Tätä merkintää voi olla nisäkkäiden kehityksen piirre ehdotettiin jalostuskokeissa hiirillä, joilla oli vastavuoroisia kromosomaalisia translokaatioita. Ytimensiirtokokeet hiiren zygoteissa 1980-luvun alussa vahvistivat, että normaali kehitys vaatii sekä äidin että isän genomien panosta. Suurin osa hiiren alkioista, jotka ovat peräisin partenogeneesistä (kutsutaan parthenogenoneiksi, kahdella äidin tai munan genomilla) ja androgeneesillä (kutsutaan androgenoneiksi, joissa on kaksi isän tai siittiöiden genomia), kuolee blastokysta / implantointivaiheessa tai ennen sitä. Harvinaisissa tapauksissa, joissa gynogeneettisissä alkioissa kehittyy postimplantointivaiheisiin, niiden alkionkehitys on parempi istukan kehitykseen verrattuna, kun taas androgenoneilla päinvastoin. Jälkimmäisten osalta on kuitenkin kuvattu vain muutama (vuoden 1984 artikkelissa).
Luonnollisesti esiintyviä partenogeneesitapauksia ei ole nisäkkäissä painettujen geenien takia. Kuitenkin vuonna 2004 japanilaisten tutkijoiden kokeellinen manipulointi isän metylaatiojäljitteellä, joka kontrolloi Igf2-geeniä, johti hiiren (nimeltä Kaguya) syntymiseen, jossa oli kaksi äidin kromosomisarjaa, vaikka se ei olekaan todellinen parthenogenoni, koska solut kahdesta eri naaraspuolisesta hiiriä käytettiin. Tutkijat onnistuivat menestymään käyttämällä yhtä epäkypsästä vanhemmasta peräisin olevaa munaa, mikä vähentää äidin jälkiääntymistä ja modifioi sen ilmentämään Igf2-geeniä, jota normaalisti ilmentää vain geenin isän kopio.
Partenogeneettinen / gynogeneettisissä alkioissa on kaksinkertainen äitiysperäisten geenien normaali ilmentymistaso, eikä niillä ole isältä ilmentyneiden geenien ilmentymistä, kun taas päinvastoin pätee androgeenisiin alkioihin. Nyt tiedetään, että ihmisissä ja hiirissä on vähintään 80 painettua geeniä, joista monet ovat mukana alkion ja istukan kasvussa ja kehityksessä. Kahden lajin hybridipoikasilla voi olla epätavallinen kasvu johtuen painettujen geenien uudesta yhdistelmästä.
Painettujen geenien tunnistamiseen on käytetty erilaisia menetelmiä. Sioissa Bischoff et ai. verrattiin transkriptioprofiileja käyttäen DNA-mikrosäteitä erilaisten ekspressoitujen geenien tutkimiseen partenoottien (2 äidin genomia) ja kontrollisikiöiden (1 äidin, 1 isän genomi) välillä. Kiinnostava tutkimus, jossa tutkittiin hiiren aivokudosten transkriptiota, paljasti yli 1300 painettua geenilokusta (noin 10 kertaa enemmän kuin aiemmin raportoitiin) RNA-sekvensoinnilla F1-hybrideistä, jotka johtuvat vastavuoroisista ristityksistä. Tuloksen ovat kuitenkin kyseenalaistaneet muut, jotka väittivät, että tämä on suuruusluokan yliarviointi puutteellisen tilastollisen analyysin vuoksi. on osoitettu liittyvän karjan, lampaiden ja sikojen taloudellisesti tärkeisiin tuotanto-ominaisuuksiin.
Painettujen geenien geneettinen kartoitusMuokkaa
Samanaikaisesti käsiteltyjen gynogeneettisten ja androgeenisten alkioiden muodostamisen kanssa yllä tuotettiin myös hiiren alkioita, jotka sisälsivät vain pieniä alueita, jotka olivat peräisin joko isältä tai äidiltä. Sarjan tällaisten uniparentaalisten sairauksien luominen, jotka kattavat yhdessä koko genomin, mahdollistivat painokartan luomisen. Ne alueet, jotka periessään yksinhuoltajalta johtavat havaittavaan fenotyyppiin, sisältävät painettuja geenejä. Lisätutkimukset osoittivat, että näillä alueilla oli usein lukuisia painettuja geenejä. Noin 80% painetuista geeneistä löytyy tällaisista klustereista, joita kutsutaan painetuiksi domeeneiksi, mikä viittaa koordinoidun kontrollin tasoon. Viime aikoina genomin laajuisissa näytöissä painettujen geenien tunnistamiseksi on käytetty kontrollisikiöiden ja partenogeneettisten tai androgeneettisten sikiöiden mRNA: iden erilaista ilmentymistä, jotka hybridisoituvat geeniekspressioprofiloiviin mikropalkeisiin, alleelispesifisiin geeniekspressioihin SNP-genotyyppimikroaaltoja, transkriptiosekvenssejä ja silikoniennustusputkistoja käyttäen .
PainatusmekanismitMuokkaa
Painatus on dynaaminen prosessi. Tulosteiden on oltava mahdollista pyyhkiä ja palauttaa jokaisen sukupolven kautta, jotta aikuisella painetut geenit voivat edelleen ilmetä kyseisen aikuisen jälkeläisissä. (Esimerkiksi äidin geenit, jotka säätelevät insuliinin tuotantoa, painetaan uros, mutta se ilmentyy missä tahansa uroksen jälkeläisessä, joka perii nämä geenit.) Leikkauksen luonteen on sen vuoksi oltava pikemminkin epigeneettinen kuin DNA-sekvenssistä riippuvainen. Sukusoluissa jälki poistetaan ja vahvistetaan sitten uudelleen yksilön sukupuolen mukaan, ts. Kehittyvässä siittiössä (spermatogeneesin aikana) syntyy isän jälki, kun taas kehittyvissä munasoluissa (oogenesis) syntyy äidin jälki. Tämä poistamis- ja uudelleenohjelmointiprosessi on välttämätön, jotta sukusolujen merkintätila on merkityksellinen yksilön sukupuolen kannalta.Sekä kasveissa että nisäkkäissä on kaksi päämekanismia, jotka osallistuvat jäljen muodostamiseen; nämä ovat DNA: n metylaatio ja histonimodifikaatiot.
Äskettäin uusi tutkimus on ehdottanut ihmisille uudenlaista periytyvää painatusmekanismia, joka olisi spesifinen istukan kudokselle ja riippumaton DNA: n metylaatiosta (tärkein ja klassinen genominen painatus). Tämä havaittiin ihmisillä, mutta ei hiirillä, mikä viittaa kehitykseen ihmisten ja hiirten evoluutioeron, ~ 80 Mya, jälkeen. Tämän uuden ilmiön hypoteettisten selitysten joukossa on ehdotettu kahta mahdollista mekanismia: joko histonimodifikaatio, joka antaa jälkipainon uusille istukan spesifisille painetuille lokuksille, tai vaihtoehtoisesti DNMT: n rekrytointi näihin lokuksiin erityisellä ja tuntemattomalla transkriptiotekijällä, joka ilmaistaan varhaisen trofoblastien erilaistumisen aikana.
RegulationEdit
Painettujen geenien ryhmittely klustereissa antaa heille mahdollisuuden jakaa yhteisiä säätelyelementtejä, kuten koodaamattomat RNA: t ja differentiaalisesti metyloidut alueet (DMR) . Kun nämä säätelyelementit kontrolloivat yhden tai useamman geenin merkintää, ne tunnetaan imprinting-kontrollialueina (ICR). Ei-koodaavien RNA: iden, kuten antisense Igf2r RNA: n (ilma) ilmentymisen hiiren kromosomissa 17 ja KCNQ1OT1 ihmisen kromosomissa 11p15.5, on osoitettu olevan välttämätöntä geenien merkitsemisessä niiden vastaavilla alueilla.
Diferentiaalisesti metyloidut alueet ovat yleensä DNA-segmenttejä, joissa on runsaasti sytosiini- ja guaniininukleotideja, ja sytosiininukleotidit metyloidaan yhdessä kappaleessa, mutta eivät toisessa. Vastoin odotuksia metylaatio ei välttämättä tarkoita hiljentämistä; sen sijaan metylaation vaikutus riippuu alueen oletustilasta.
Painettujen geenien toiminnotMuokkaa
Tiettyjen geenien ilmentymisen hallinta genomisella painatuksella on ainutlaatuista terian nisäkkäille (istukan nisäkkäät ja pussieläimet) ja kukkivat kasvit. Koko kromosomien jälki on raportoitu jauhelevyissä (suku: Pseudococcus). ja sienihyökkääjä (Sciara). On myös todettu, että X-kromosomien inaktivaatio tapahtuu painetulla tavalla hiirien alkion ulkopuolisissa kudoksissa ja muissa pussieläinten kudoksissa, joissa aina isän X-kromosomi hiljennetään.
The Suurimmalla osalla nisäkkäiden painetuista geeneistä on todettu olevan rooleja alkion kasvun ja kehityksen säätelyssä, mukaan lukien istukan kehitys. Muut painetut geenit osallistuvat postnataaliseen kehitykseen, ja roolit vaikuttavat imemiseen ja aineenvaihduntaan.
Hypoteeseja imprintingin alkuperästä ”vanhempien konfliktien hypoteesi”. Tämä hypoteesi tunnetaan myös nimellä genomipainatuksen sukulaisuusteoria, että merkinnöistä johtuva epätasa-arvo vanhempien genomien välillä on seurausta kummankin vanhemman erilaisista intresseistä geenien evoluutiokyvyn suhteen. Isän geenit, jotka koodaavat painatusta, saavat paremman kuntoaan jälkeläisten menestymisen kautta äidin kustannuksella. Äidin evoluutiovaatimuksena on usein säästää resursseja omaa selviytymistään varten samalla kun riittävästi ravitaan nykyisille ja myöhemmille pentueille. . Vastaavasti isällisesti ekspressoidut geenit ovat yleensä kasvua edistäviä, kun taas äidillä ekspressoidut geenit ovat yleensä kasvua rajoittavia. Tämän hypoteesin tueksi on havaittu genominen jälki kaikilla istukan nisäkkäillä, joissa hedelmöityksen jälkeisten jälkeläisten resurssien kulutus äidin kustannuksella on suuri; vaikka sitä on todettu myös munasoluilla, joissa resurssien siirto hedelmöityksen jälkeen on suhteellisen vähäistä ja siten vanhempien konflikteja vähemmän. Pieni määrä painettuja geenejä kehittyy nopeasti positiivisen Darwinin-valinnan alla mahdollisesti antagonistisen yhteis evoluution vuoksi. Suurimmalla osalla painetuista geeneistä on korkea mikrosynteenien suojelun taso ja niillä on vain hyvin vähän päällekkäisyyksiä istukan nisäkäslinjoissa.
Ymmärtämyksemme genomipainatuksen taustalla olevista molekyylimekanismeista osoittaa kuitenkin, että äidin genomi on hallitsee suurta osaa sekä omien että isältä peräisin olevien geenien jäljittelemisestä zygotassa, mikä tekee vaikeaksi selittää, miksi äidin geenit luovuttaisivat mielivaltaisesti määräävän asemansa isältä peräisin olevien geenien kanssa konfliktihypoteesin valossa. p>
Toinen ehdotettu hypoteesi on, että jotkut painetut geenit toimivat samanaikaisesti parantamaan sekä sikiön kehitystä että äitien ravitsemusta ja hoitoa. Siinä isänsä ilmentämien geenien osajoukko ilmentyy yhdessä sekä istukassa että äidin hypotalamuksessa. Tämä tapahtuisi vanhempien ja pikkulasten yhteensovittamisesta aiheutuvan selektiivisen paineen avulla lapsen eloonjäämisen parantamiseksi. Paternaalisesti ekspressoitu 3 (PEG3) on geeni joihin tätä hypoteesia voidaan soveltaa.
Toiset ovat lähestyneet genomipainatuksen alkuperää koskevaa tutkimustaan toiselta puolelta ja väittäneet, että luonnollinen valinta toimii epigeneettisten merkkien roolina homologisen kromosomien tunnistamisen koneena meioosin aikana, eikä niiden rooliin differentiaalilauseke. Tämä väite keskittyy epigeneettisten vaikutusten olemassaoloon kromosomeissa, jotka eivät suoraan vaikuta geenien ilmentymiseen, mutta riippuvat siitä, kumpi kromosomi on kotoisin. Tätä epigeneettisten muutosten ryhmää, joka riippuu kromosomin alkuperästä (mukaan lukien sekä ne, jotka vaikuttavat geenien ilmentymiseen, että niitä, jotka eivät vaikuta), kutsutaan vanhempien alkuperän vaikutuksiksi, ja siihen sisältyvät ilmiöt, kuten isän X inaktivaatio pussieläimissä, satunnainen vanhempien kromatidi leviäminen saniaisissa ja jopa parittelutyyppien vaihtaminen hiivassa. Tämä monimuotoisuus organismeissa, joilla on vanhempien alkuperävaikutuksia, on saanut teoretistit asettamaan genomipainatuksen evoluution alkuperän kasvien ja eläinten viimeisen yhteisen esi-isän eteen, yli miljardi vuotta sitten. / p>
Luonnollinen valinta genomipainatukseen vaatii geneettistä vaihtelua populaatiossa. Tämän geneettisen muunnelman alkuperää koskevassa hypoteesissa todetaan, että vieraiden DNA-elementtien, kuten virusperäisten geenien, hiljentämisestä vastaava isäntäpuolustusjärjestelmä on vahingossa vaimentanut. geenit, joiden hiljentäminen osoittautui hyödylliseksi organismille. Retrotransponoitujen geenien näyttää olevan liikaa, toisin sanoen geenit, jotka virukset lisäävät genomiin painettujen geenien joukossa. On myös oletettu, että jos uudelleensijoitettu geeni insertoidaan lähelle toista painettua geeniä, se voi vain hankkia tämän jäljen.