インプリンティングが哺乳類の発育の特徴である可能性があることは、相互染色体転座を有するマウスでの繁殖実験で示唆されました。 1980年代初頭のマウス接合子における核移植実験により、正常な発達には母方と父方の両方のゲノムの寄与が必要であることが確認されました。単為生殖（2つの母体または卵子ゲノムを持つ単為生殖と呼ばれる）および単為生殖（2つの父方または精子ゲノムを持つアンドロゲノンと呼ばれる）に由来するマウス胚の大部分は、胚盤胞/着床段階またはその前に死亡します。それらが移植後の段階に発達するまれな例では、雌性発生胚は胎盤発達と比較してより良い胚発達を示しますが、アンドロゲノンの場合、その逆が当てはまります。それにもかかわらず、後者については、ほんのわずかしか記載されていません（1984年の論文）。
遺伝子が刷り込まれているため、哺乳類に単為生殖の自然発生例は存在しません。しかし、2004年に日本の研究者がIgf2遺伝子を制御する父方のメチル化インプリントを実験的に操作した結果、2組の母方の染色体を持つマウス（かぐやという名前）が誕生しました。マウスを使用した。研究者たちは、未熟な親からの卵を1つ使用することで成功し、母親の刷り込みを減らし、通常は遺伝子の父親のコピーによってのみ発現される遺伝子Igf2を発現するように改変しました。
Parthenogenetic /雌性発生胚は、母性由来遺伝子の通常の2倍の発現レベルを持ち、父性発現遺伝子の発現を欠いていますが、アンドロゲン性胚の場合はその逆です。現在、ヒトとマウスには少なくとも80の刷り込み遺伝子があり、その多くが胚および胎盤の成長と発達に関与していることが知られています。 2種の雑種の子孫は、刷り込み遺伝子の新しい組み合わせにより、異常な成長を示す可能性があります。
刷り込み遺伝子を特定するために、さまざまな方法が使用されてきました。ブタにおいて、Bischoff等。 DNAマイクロアレイを使用して転写プロファイルを比較し、パルテノート（2つの母体ゲノム）と対照胎児（1つの母体、1つの父体ゲノム）の間で差次的に発現する遺伝子を調査しました。ネズミの脳組織のトランスクリプトームを調査した興味深い研究では、相互交配から生じるF1雑種からのRNAシーケンスにより、1300を超える刷り込み遺伝子座（以前に報告されたものの約10倍）が明らかになりました。しかし、統計分析に欠陥があるため、これは桁違いに過大評価されていると主張する他の人々は、この結果に異議を唱えています。
家畜では、胎児の成長と発達に影響を与える刷り込み遺伝子の一塩基多型が牛、羊、豚の経済的に重要な生産特性に関連していることが示されています。
刷り込み遺伝子の遺伝子マッピング編集
議論された雌性発生および雄性発生胚の生成と同時に、上記では、父方または母方の供給源に由来する小さな領域のみを含むマウス胚も生成されていました。ゲノム全体にまたがる一連のそのような片親性ダイソミーの生成は、刷り込みマップの作成を可能にしました。単一の親から受け継がれたときに識別可能な表現型をもたらすこれらの領域には、刷り込み遺伝子が含まれています。さらなる研究は、これらの地域内にしばしば多数の刷り込み遺伝子があったことを示しました。インプリントされた遺伝子の約80％は、インプリントされたドメインと呼ばれるこれらのようなクラスターに見られ、協調的な制御のレベルを示唆しています。より最近では、刷り込み遺伝子を同定するためのゲノムワイドスクリーンは、遺伝子発現プロファイリングマイクロアレイにハイブリダイズした対照胎児および分娩遺伝性またはアンドロゲン性胎児からのmRNAの差次的発現、SNP遺伝子型決定マイクロアレイを使用した対立遺伝子特異的遺伝子発現、トランスクリプトーム配列決定、およびインシリコ予測パイプラインを使用している。 。
インプリンティングメカニズム編集
インプリンティングは動的なプロセスです。成人に刷り込まれた遺伝子がその成人の子孫にまだ発現されるように、世代ごとに刷り込みを消去して再確立することが可能でなければなりません（たとえば、インスリン産生を制御する母体遺伝子は、男性ですが、これらの遺伝子を受け継ぐ男性の子孫のいずれかで発現します。）したがって、刷り込みの性質は、DNA配列に依存するのではなく、エピジェネティックでなければなりません。生殖細胞では、インプリントは消去され、個人の性別に応じて再確立されます。つまり、発達中の精子（精子形成中）では父方のインプリントが確立されますが、卵母細胞の発達（卵形成）では母体のインプリントが確立されます。生殖細胞の刷り込み状態が個人の性別に関連するように、この消去と再プログラミングのプロセスが必要です。植物と哺乳類の両方で、痕跡の確立に関与する2つの主要なメカニズムがあります。これらはDNAメチル化とヒストン修飾です。
最近、新しい研究により、胎盤組織に特異的であり、DNAメチル化とは独立したヒトにおける新しい遺伝的刷り込みメカニズムが示唆されました（ゲノムインプリンティング）。これはヒトで観察されましたが、マウスでは観察されませんでした。これは、ヒトとマウスの進化的分岐後の発達、約80Myaを示唆しています。この新しい現象の仮説的な説明の中で、2つの可能なメカニズムが提案されています：新しい胎盤特異的刷り込み遺伝子座に刷り込みを与えるヒストン修飾、あるいは、特定の未知の転写因子によるこれらの遺伝子座へのDNMTの動員初期の栄養芽細胞分化中に発現します。
RegulationEdit
クラスター内の刷り込み遺伝子のグループ化により、非コードRNAや示差メチル化領域（DMR）などの共通の調節要素を共有できます。 。これらの調節要素が1つまたは複数の遺伝子の刷り込みを制御する場合、それらは刷り込み制御領域（ICR）として知られています。マウス染色体17のアンチセンスIgf2rRNA（Air）やヒト染色体11p15.5のKCNQ1OT1などの非コードRNAの発現は、対応する領域の遺伝子の刷り込みに不可欠であることが示されています。
示差的にメチル化された領域は、一般に、シトシンおよびグアニンヌクレオチドが豊富なDNAのセグメントであり、シトシンヌクレオチドは一方のコピーではメチル化されていますが、もう一方のコピーではメチル化されていません。予想に反して、メチル化は必ずしもサイレンシングを意味するわけではありません。代わりに、メチル化の効果は領域のデフォルト状態に依存します。
インプリントされた遺伝子の機能編集
ゲノムインプリンティングによる特定の遺伝子の発現の制御は、獣類の哺乳類（胎盤哺乳類および有袋類）および顕花植物。コナカイガラムシ（属：クワコナカイガラムシ）では、染色体全体の刷り込みが報告されています。と菌類（Sciara）。 X染色体の不活性化は、マウスの胚体外組織および有袋類のすべての組織で刷り込まれた方法で発生することも確立されています。ここでは、常に父方のX染色体が沈黙しています。
哺乳類の刷り込み遺伝子の大部分は、胎盤の発達を含む、胚の成長と発達の制御に役割を果たしていることがわかっています。他の刷り込み遺伝子は出生後の発達に関与しており、授乳と代謝に影響を与える役割を果たします。
刷り込みの起源に関する仮説編集
ゲノム刷り込みの進化について広く受け入れられている仮説は、 「親の対立仮説」。ゲノムインプリンティングの親族理論としても知られているこの仮説は、インプリンティングによる親ゲノム間の不平等は、遺伝子の進化的適応度に関する各親の関心の違いの結果であると述べています。刷り込みをコードする父親の遺伝子は、母親を犠牲にして、子孫の成功を通じてより大きな適応度を獲得します。母親の進化の必要性は、現在およびその後の同腹児に十分な栄養を提供しながら、自分の生存のために資源を節約することです。 。したがって、父方に発現された遺伝子は成長を促進する傾向があるが、母方に発現された遺伝子は成長を制限する傾向がある。この仮説を支持するために、ゲノムインプリンティングはすべての胎盤哺乳類で発見されており、母親を犠牲にして受精後の子孫の資源消費が高い。ただし、受精後の資源移動が比較的少なく、したがって親の対立が少ない卵生の鳥にも見られます。少数の刷り込み遺伝子は、おそらく拮抗的な共進化のために、正のダーウィン淘汰の下で急速に進化しています。インプリントされた遺伝子の大部分は、高レベルのマイクロシンテニー保存を示し、哺乳類の胎盤系統での重複はほとんどありません。
しかし、ゲノムインプリンティングの背後にある分子メカニズムの理解は、母体のゲノムが接合体における自身の遺伝子と父方由来の遺伝子の両方の刷り込みの多くを制御しているため、対立仮説に照らして、母方の遺伝子が父方由来の遺伝子の優位性を進んで放棄する理由を説明することは困難です。
提案されている別の仮説は、いくつかの刷り込み遺伝子が協調的に作用して、胎児の発育と母体の栄養とケアの提供の両方を改善するというものです。その中で、父性発現遺伝子のサブセットは、胎盤と母親の視床下部の両方で共発現されます。これは、乳児の生存を改善するための親子共適応からの選択的圧力によってもたらされます。父性発現3（PEG3）は遺伝子です。この仮説が当てはまる可能性があります。
他の人々は、ゲノムインプリンティングの起源の研究に別の側面からアプローチし、自然淘汰は減数分裂中の相同染色体認識の機構としてのエピジェネティックマークの役割に作用していると主張しています。微分式。この議論は、遺伝子発現に直接影響を与えないが、染色体がどちらの親に由来するかに依存する、染色体に対するエピジェネティックな影響の存在に焦点を合わせています。染色体の起源の親（遺伝子発現に影響を与えるものと影響を与えないものの両方を含む）に依存するこのエピジェネティックな変化のグループは、親起源効果と呼ばれ、火星における父方のX不活性化、非ランダムな親染色分体などの現象が含まれますシダの分布、さらには酵母の交配型の切り替え。親起源の影響を示す生物のこの多様性により、理論家は、10億年以上前に、植物や動物の最後の共通の祖先の前にゲノムインプリンティングの進化的起源を置くようになりました。
ゲノムインプリンティングの自然選択には、集団における遺伝子変異が必要です。この遺伝子変異の起源に関する仮説は、ウイルス起源の遺伝子などの外来DNA要素のサイレンシングに関与する宿主防御システムが誤ってサイレンシングされたと述べていますそのサイレンシングが生物にとって有益であることが判明した遺伝子。つまり、刷り込み遺伝子の中で、ウイルスによってゲノムに挿入される遺伝子です。また、レトロトランスポーズされた遺伝子が別のインプリントされた遺伝子の近くに挿入された場合、それはこのインプリントを取得する可能性があると仮定されています。