Ezt a lenyomatot az emlõsök fejlõdésének lehetõvé tették, és reciprok kromoszómális transzlokációt végzõ egereken végzett tenyésztési kísérletekben javasolták. A sejtmag transzplantációs kísérletei az egér zigótáiban az 1980-as évek elején megerősítették, hogy a normális fejlődéshez mind az anyai, mind az apai genom hozzájárulása szükséges. A parthenogenezisből (úgynevezett parthenogenonokból, két anyai vagy petesejt genomból) és az androgenesisből (úgynevezett androgenonokból, két apai vagy spermium genomból) származó egér embriók túlnyomó többsége a blastocysta / implantáció szakaszában vagy azt megelőzően elpusztul. Azokban a ritka esetekben, amikor posztimplantációs stádiumig fejlődnek, a gynogenetikus embriók jobb embrionális fejlődést mutatnak a placenta fejlődéséhez képest, míg az androgenonok esetében ez fordítva igaz. Mindazonáltal az utóbbi esetében csak néhányat írtak le (egy 1984-es cikkben).
Az emlősökben természetesen nem fordulnak elő partenogenezis esetek a lenyomott gének miatt. 2004-ben azonban az Igf2 gént szabályozó apai metilációs lenyomat japán kutatóinak kísérleti manipulációja két anyai kromoszómával rendelkező egér (Kaguya) születéséhez vezetett, bár ez nem igazi parthenogenon, mivel két különböző nőstény sejtjei egereket használtunk. A kutatóknak sikerült elérniük egy éretlen szülő egyik petéjét, ezáltal csökkentve az anyai lenyomatot, és módosítva azt az Igf2 gén expressziójához, amelyet általában csak a gén apai kópiája expresszál.
Parthenogenetikus / a gynogenetikus embriók kétszer meghaladják az anyai eredetű gének normál expressziós szintjét, és hiányzik az apánál expresszált gének expressziója, míg az ellenkezője igaz az androgenetikus embriókra. Ma már ismert, hogy emberekben és egerekben legalább 80 be van nyomva a gén, amelyek közül sok részt vesz az embrionális és a placenta növekedésében és fejlődésében. Két faj hibrid utódai szokatlan növekedést mutathatnak a nyomott gének újszerű kombinációja miatt.
Különböző módszereket alkalmaztak a nyomdai gének azonosítására. Sertésekben Bischoff és mtsai. összehasonlította a transzkripciós profilokat DNS-mikro-sugarak segítségével a parthenoták (2 anyai genom) és a kontroll magzatok (1 anyai, 1 apai genom) között differenciáltan expresszált gének felmérésére. Egy érdekes tanulmány, amely az egér agyszöveteinek transzkriptómját vizsgálta, több mint 1300 lenyomott génlókuszt tárt fel (körülbelül tízszeresét a korábbiaknál nagyobb mértékben) az F1 hibridek reciprok keresztezésből származó RNS-szekvenálásával. Az eredményt azonban mások megkérdőjelezték, akik azt állították, hogy ez nagyságrendekkel túlértékelés a hibás statisztikai elemzés miatt.
A háziasított állatállományban a magzat növekedését és fejlődését befolyásoló, egynyomú nukleotid polimorfizmusok az imprintált génekben bebizonyosodott, hogy szarvasmarhák, juhok és sertések gazdaságilag fontos termelési jellemzőivel vannak összefüggésben.
Az impresszált gének genetikai feltérképezéseEdit
A tárgyalt gynogenetikai és androgenetikai embriók létrehozásával egy időben fentebb olyan egér embriókat is létrehoztak, amelyek csak kis régiókat tartalmaznak, amelyek akár apai, akár anyai forrásból származnak. Az ilyen uniparentális rendellenességek sorozatának generálása, amelyek együttesen lefedik a teljes genomot, lehetővé tették az imprinting térkép elkészítését. Azok a régiók, amelyek egyetlen szülőtől örökölve felismerhető fenotípust eredményeznek, nyomott gén (ek) et tartalmaznak. További kutatások kimutatták, hogy ezeken a régiókon belül gyakran számos bejegyzett gén található. Az impresszált gének körülbelül 80% -a olyan klaszterekben található, mint ezek, úgynevezett imprinted domének, ami arra utal, hogy az összehangolt kontroll szintje. Újabban a genom egészére kiterjedő képernyők az impresszált gének azonosítására a kontroll magzatokból és a partenogenetikus vagy androgenetikus magzatokból származó mRNS-ek differenciális expresszióját hibridizálták génexpressziós profilképző mikro-sávokkal, allél-specifikus génexpresszióval SNP genotipizáló mikro-sávokkal, transzkriptóm szekvenálással és in silico predikciós csővezetékekkel. .
Impresszum mechanizmusaiSzerkesztés
Az imprinting dinamikus folyamat. Lehetővé kell tenni minden egyes generáción keresztül a lenyomatok törlését és helyreállítását, hogy a felnőttben lenyomott gének továbbra is kifejeződhessenek a felnőtt utódaiban. (Például az inzulintermelést szabályozó anyai gének egy hím, de bármelyik hím utódban kifejeződik, amely örökli ezeket a géneket.) Ezért a lenyomat jellegének inkább epigenetikusnak kell lennie, mintsem DNS-szekvenciától függőnek. A csíra sejtekben az impresszum törlődik, majd az egyén neme szerint újra helyreáll, vagyis a fejlődő spermiumokban (a spermatogenezis során) apai lenyomat jön létre, míg a fejlődő petesejtekben (oogenesis) anyai lenyomat jön létre. Erre a törlési és újraprogramozási folyamatra azért van szükség, hogy a csírasejt-lenyomat státusza releváns legyen az egyén nemének szempontjából.Mind a növényekben, mind az emlősökben két fő mechanizmus létezik, amelyek részt vesznek a lenyomat létrehozásában; ezek a DNS-metiláció és a hiszton-módosítások.
Nemrégiben egy új tanulmány egy új, öröklődő imprinting mechanizmust javasolt az emberekben, amely specifikus lenne a placenta szövetére, és amely független a DNS metilációjától (a genomikus lenyomat). Ezt embereknél, de egereknél nem figyelték meg, ami az emberek és az egerek evolúciós divergenciája, ~ 80 Mya utáni fejlődésre utal. Ennek az új jelenségnek a hipotetikus magyarázatai között két lehetséges mechanizmust javasoltak: vagy egy hisztonmódosítást, amely új placenta-specifikus lenyomatok megjelenítését teszi lehetővé, vagy alternatív megoldásként DNMT-k toborzását ezekre a lókuszokra egy specifikus és ismeretlen transzkripciós faktor segítségével, amely a korai trofoblaszt-differenciálódás során fejeződnek ki.
RegulationEdit
Az impresszált gének klasztereken belüli csoportosítása lehetővé teszi számukra, hogy közös szabályozási elemeket osszanak meg, például nem kódoló RNS-eket és differenciálisan metilált régiókat (DMR-eket). . Amikor ezek a szabályozó elemek egy vagy több gén impresszióját ellenőrzik, akkor ezeket imprinting kontroll régióknak (ICR) nevezik. A nem kódoló RNS-ek, például az antiszensz Igf2r RNS (Air) expressziója az egér 17. kromoszómáján és a KCNQ1OT1 az emberi 11p15.5 kromoszómán kimutatták, hogy elengedhetetlenek a gének megfelelő régióikban történő megjelenítéséhez.
A differenciálisan metilált régiók általában citoszin- és guanin-nukleotidokban gazdag DNS-szegmensek, amelyek egyik példányában metilezett citozin-nukleotidok találhatók, a másikon azonban nem. A metiláció a várakozásokkal ellentétben nem feltétlenül jelenti az elnémítást; ehelyett a metiláció hatása a régió alapértelmezett állapotától függ.
Az impresszált gének funkcióiEdit
A specifikus gének expressziójának ellenőrzése genomi imprinteléssel egyedülálló a terián emlősöknél (placenta emlősök és erszényesek) és virágos növények. Az egész kromoszómák lenyomatának beszámolásáról a liszthibákban (nemzetség: Pseudococcus) számoltak be. és egy gombás gnat (Sciara). Megállapítást nyert az is, hogy az X-kromoszóma inaktiválása nyomon követett módon történik az egerek extra-embrionális szöveteiben és az erszényesek összes szövetében, ahol mindig az apai X-kromoszóma csendesül el.
Úgy találták, hogy az emlősökben lévő gének többségének szerepe van az embrionális növekedés és fejlődés szabályozásában, ideértve a placenta fejlődését is. Más impresszumú gének vesznek részt a posztnatális fejlődésben, szerepük befolyásolja a szoptatást és az anyagcserét.
Hipotézisek az imprinting eredetérőlEdit
A genomikus imprinting evolúciójának széles körben elfogadott hipotézise a “szülői konfliktus hipotézis”. Ez a hipotézis más néven a genomi imprinting rokonsági elmélete szerint azt állítja, hogy a szülői genomok közötti impresszivitásból eredő egyenlőtlenség az egyes szülők eltérő érdeklődésének eredménye a génjeik evolúciós alkalmassága szempontjából. Az apa lenyomatát kódoló génjei az utódok sikerén keresztül az anya rovására nagyobb alkalmasságot nyernek. Az anya evolúciós eleme gyakran az, hogy erőforrásokat takarítson meg saját túlélése érdekében, miközben elegendő táplálékot biztosít a jelenlegi és a későbbi almok számára. . Ennek megfelelően az apai úton expresszált gének általában növekedést elősegítőek, míg az anyai úton expresszált gének növekedést korlátozóak. Ennek a hipotézisnek az alátámasztására genomikus lenyomatot találtak minden placenta emlősnél, ahol a megtermékenyítés utáni utódok erőforrás-fogyasztása az anya rovására magas; bár petesejtes madaraknál is előfordult, ahol a megtermékenyítés utáni erőforrás-átadás viszonylag kevés, ezért a szülői konfliktus kevésbé. Kis számú lenyomott gén gyorsan fejlődik pozitív darwini szelekció alatt, valószínűleg az antagonista együtt evolúciónak köszönhetően. Az impresszált gének többsége magas szintű mikroszintén megőrzést mutat, és nagyon kevés duplikáción esett át a placenta emlősök vonalában.
A genomi lenyomat hátterében lévő molekuláris mechanizmusok megértése azonban azt mutatja, hogy az anyai genom az, amely ellenőrzi mind a saját, mind az apai eredetű gének megjelenését a zigótában, megnehezítve annak megmagyarázását, hogy az anyai gének miért akarják lemondani dominanciájukról az apai eredetű gének dominanciáját a konfliktushipotézis fényében.
Egy másik hipotézis szerint az egyes bejelölt gének koadaptív módon hatnak a magzati fejlődés, valamint az anyák táplálkozási és gondozási célú ellátására. Ebben az apai úton expresszált gének egy része együtt expresszálódik mind a placentában, mind az anya hipotalamuszában. Ez a szülő-csecsemő együttes adaptációjának szelektív nyomása révén jön létre a csecsemő túlélésének javítása érdekében. Az apánként expresszált 3 (PEG3) egy gén amelyekre ez a hipotézis alkalmazható.
Mások más oldalról közelítették meg a genomikus lenyomat eredetének tanulmányozását, azzal érvelve, hogy a természetes szelekció az epigenetikus jelek szerepét látja el, mint a homológ kromoszóma felismerés mechanizmusát a meiózis során, nem pedig a differenciális kifejezés. Ez az érvelés a kromoszómák epigenetikus hatásainak középpontjában áll, amelyek nem befolyásolják közvetlenül a génexpressziót, de attól függenek, hogy a kromoszóma melyik szülőtől származik. Az epigenetikus változások ezen csoportját, amely a kromoszóma származásától függ (beleértve mind azokat, amelyek befolyásolják a génexpressziót, mind azokat, amelyek nem befolyásolják), szülői eredetű hatásoknak nevezzük, és olyan jelenségeket foglal magában, mint például az erszényeseknél az apai X inaktiválása, a véletlenszerű szülői kromatidák a páfrányokban való eloszlás, sőt az élesztő párzási típusának váltása. A szülői eredetű hatásokat mutató organizmusok ezen sokfélesége arra késztette a teoretikusokat, hogy a genomi lenyomat evolúciós eredetét a növények és állatok utolsó közös őse elé helyezzék, több mint egymilliárd évvel ezelőtt.
A természetes szelekcióhoz a genomi lenyomat készítéséhez genetikai variációra van szükség a populációban. Ennek a genetikai variációnak az eredetére vonatkozó hipotézis szerint az idegen DNS-elemek, például a vírus eredetű gének elhallgattatásáért felelős gazda-védelmi rendszer tévesen elhallgattatta. gének, amelyek elhallgattatása hasznosnak bizonyult a szervezet számára. Úgy tűnik, hogy a retrotranszponált gének túlreprezentáltak, vagyis olyan gének, amelyeket a vírusok a beillesztett gének közé helyeznek be a genomba. Azt is feltételezték, hogy ha a retrotranszponált gént beillesztik egy másik lenyomott gén közelébe, akkor csak megszerezheti ezt a lenyomatot.