Геномный импринтинг

Геномный импринтинг — эпигенетический процесс, при котором экспрессия определенных генов осуществляется в зависимости от того, от родителя какого пола поступил аллель гена. Это ненаследуемый процесс, который не подчиняется наследованию по Менделю. Импринтинг генов вызывает экспрессию аллелей гена, полученных от матери в случае генов H19 или CDKN1C и от отца в случае гена IGF2. Импринтинг некоторых генов в составе генома показан для насекомых, млекопитающих и цветковых растений.

Обзор

У диплоидных организмов соматические клетки несут две копии генома. Поэтому каждый аутосомный ген представлен двумя копиями, аллелями, полученными от материнского и отцовского организмов в результате оплодотворения. Для преобладающего числа генов экспрессия идёт с обеих аллелей одновременно. Однако у млекопитающих менее одного процента генов импринтированы, то есть экспрессируется только один аллель.^[1]Какой аллель будет экспрессироваться, зависит от пола родительского организма, предоставившего аллель. Например, для гена IGF2 (Инсулино-подобного фактора роста) экспрессируется только аллель, наследуемая от отца.^[2]

Слово "импринтинг" было впервые использовано для описания явлений, наблюдаемых у насекомого Pseudococcus nipae.^[3] У псевдококцид (Homoptera, Coccoidea) самцы и самки развиваются из оплодотворённых яиц. У самок все хромосомы остаются эухроматиновыми и функционируют, в то время как у самцов один гаплоидный набор хромосом становится гетерохроматиновым после шестого деления зиготы и остаётся таким в большинстве тканей, поэтому самцы являются функционально гаплоидными.^[4][5][6] У насекомых явления импринтинга обычно означают сайленсинг генома у самцов и поэтому вовлечены в процессы определения пола. У млекопитающих процессы геномного импринтинга вовлечены в функциональное неравенство между родительскими аллелями генов.^[7]

История открытия

Первые опыты, обнаружившие различие в хромосомах, полученных от отца или от матери, были проделаны практически одновременно учёными, работавшими в Филадельфии^[8] и Кембридже^[9] в 1984 году.

Пятью годами позже Дэвид Хэйг (en:David Haig) из Оксфорда высказал гипотезу, что отцовские гены ответственны за образование плаценты, а материнские — за дифференциацию клеток эмбриона в будущие части тела и органы. Из этого он сделал вывод, что у яйцекладущих и даже у сумчатых не должно быть импринтинга отцовских или материнских генов. Этот вывод был экспериментально подтверждён.^[10] Но исследования Хейга объясняют лишь некоторые случаи импринтинга^[11][12].

Механизм

Импринтинг генов осуществляется с помощью процесса метилирования ДНК. Если по каким-то причинам импринтинг не сработает, это может привести к появлению генетических нарушений (например, синдром Прадера-Вилли).^[13]

См. также

• Эпигенетика
• Метилирование ДНК

Примечания

1. ↑ Wilkinson, Lawrence S.; William Davies and Anthony R. Isles (November 2007). «Genomic imprinting effects on brain development and function». Nature Reviews Neuroscience 8 (11): 832–843. DOI:10.1038/nrn2235. PMID 17925812. Проверено 2008-07-01.
2. ↑ DeChiara, Thomas M.; Elizabeth J. Robertson and Argiris Efstratiadis (February 1991). «Parental imprinting of the mouse insulin-like growth factor II gene». Cell 64 (4): 849–59. PMID 1997210. Проверено 2008-07-01.
3. ↑ Schrader, Franz (May 1921). «The chromosomes in Pseudococcus nipæ». Biological Bullitin 40 (5): 259–270. DOI:10.2307/1536736. Проверено 2008-07-01.
4. ↑ Brown, S. W.; U. Nur (1964). «Heterochromatic chromosomes in the coccids». Science 145: 130–136. DOI:10.1126/science.145.3628.130. PMID 14171547.
5. ↑ Hughes-Schrader, S. (1948). «Cytology of coccids (Coccoïdea-Homoptera)». Advances in Genetics 35 (2): 127–203. PMID 18103373. Проверено 2008-07-01.
6. ↑ Nur, U. (1990). «Heterochromatization and euchromatization of whole genomes in scale insects (Coccoidea: Homoptera)». Dev. Suppl.: 29–34. PMID 2090427. Проверено 2008-07-01.
7. ↑ Feil, Robert Feil; Frédéric Berger (April 2007). «Convergent evolution of genomic imprinting in plants and mammals». Trends in Genetics 23 (4): 192–9. DOI:10.1016/j.tig.2007.02.004. PMID 17316885. Проверено 2008-07-01.
8. ↑ McGrath J., Solter D. 1984. Completion of mouse embryogenesis requires both the maternal and paternal genomes. Cell 37: 179—183
9. ↑ Barton S. C., Surami M. A. H., Norris M. L. 1984. Role of paternal and maternal genomes in mouse development. Nature 311: 374—376
10. ↑ Haig D., Westoby M. 1989. Parent-specific gene expression and the triploid endosperm. American Naturalist 134: 147—155
11. ↑ Hurst L. D., McVean G. T. 1997. Growth effects of uniparental disomies and the conflict theory of genomic imprinting. Trends in Genetics 13: 436—443
12. ↑ Hurst L. D. 1997. Evolutionary theories of genomic imprinting. In: Reik W., Surani A. (eds), Genomic imprinting, p. 211—237. Oxford University Press, Oxford
13. ↑ Horsthemke B. 1997. Imprinting in the Prader-Willi / Angelman syndrome region on human chromosome 15. In: Reik W., Surani A. (eds), Genomic imprinting, p. 177—190. Oxford University Press, Oxford