At innprenting kan være et trekk ved utvikling av pattedyr ble foreslått i avlsforsøk hos mus som bærer gjensidige kromosomale translokasjoner. Nukleustransplantasjonseksperimenter i zygoter fra mus tidlig på 1980-tallet bekreftet at normal utvikling krever bidrag fra både moder- og fadergenomet. De aller fleste musembryoer avledet fra parthenogenese (kalt parthenogenoner, med to moder- eller egggenomer) og androgenese (kalt androgenoner, med to fader- eller sædgenomer) dør ved eller før blastocyst / implantasjonstrinnet. I de sjeldne tilfellene de utvikler seg til postimplantasjonstrinn, viser gynogenetiske embryoer bedre embryonal utvikling i forhold til placentautvikling, mens det for androgenoner er det motsatte. Likevel, for sistnevnte, er bare noen få beskrevet (i en artikkel fra 1984).
Ingen naturlig forekommende tilfeller av partenogenese eksisterer hos pattedyr på grunn av påtrykte gener. I 2004 førte imidlertid eksperimentell manipulasjon av japanske forskere av et faderalt metyleringsavtrykk som styrte Igf2-genet, til fødselen av en mus (kalt Kaguya) med to morsett kromosomer, selv om det ikke er et sant parthenogenon siden celler fra to forskjellige kvinner mus ble brukt. Forskerne var i stand til å lykkes ved å bruke ett egg fra en umoden forelder, og dermed redusere mors inntrykk, og modifisere det for å uttrykke genet Igf2, som normalt bare uttrykkes av faderens kopi av genet.
Parthenogenetic / gynogenetiske embryoer har dobbelt så normalt ekspresjonsnivå av gener som er avledet fra moder, og mangler uttrykk for paternalt uttrykte gener, mens det motsatte gjelder for androgenetiske embryoer. Det er nå kjent at det er minst 80 påtrykte gener hos mennesker og mus, hvorav mange er involvert i embryonal og placenta vekst og utvikling. Hybride avkom av to arter kan utvise uvanlig vekst på grunn av den nye kombinasjonen av påtrykte gener.
Ulike metoder har blitt brukt for å identifisere påtrykte gener. Hos svin, Bischoff et al. sammenlignet transkripsjonsprofiler ved hjelp av DNA-mikromatriser for å kartlegge differensielt uttrykte gener mellom parthenoter (2 modergenomer) og kontrollfoster (1 moderlig, 1 faderlig genom). En spennende studie som undersøkte transkriptomet av murine hjernevev avslørte over 1300 påtrykte genlokier (omtrent 10 ganger mer enn tidligere rapportert) ved RNA-sekvensering fra F1-hybrider som følge av gjensidige kryss. Resultatet er imidlertid blitt utfordret av andre som hevdet at dette er en overestimering med en størrelsesorden på grunn av mangelfull statistisk analyse.
I tamme husdyr har enkeltnukleotidpolymorfier i påtrykte gener som påvirker fostrets vekst og utvikling, blitt vist å være assosiert med økonomisk viktige produksjonsegenskaper hos storfe, sau og gris.
Genetisk kartlegging av påtrykte gener Rediger
Samtidig som generasjonen av de gynogenetiske og androgenetiske embryoene ble diskutert ovenfor ble det også generert musembryoer som bare inneholdt små regioner som var avledet fra enten en faderlig eller mors kilde. Generasjonen av en serie av slike uniparental ulykker, som sammen spenner over hele genomet, tillot opprettelsen av et avtrykkende kart. De regionene som når de arves fra en enslig forelder, resulterer i en merkbar fenotype inneholder påtrykt gen (er). Ytterligere undersøkelser viste at det i disse regionene ofte var mange påtrykte gener. Rundt 80% av innprentede gener finnes i klynger som disse, kalt påtrykte domener, noe som tyder på et nivå av koordinert kontroll. Mer nylig har genomdekkende skjermer for å identifisere imprintede gener brukt differensialuttrykk av mRNA fra kontrollfostre og parthenogenetiske eller androgenetiske fostre hybridisert til genuttrykksprofilering av mikroarrays, allelspesifikk genuttrykk ved bruk av SNP-genotyping av mikroarrays, transkriptomsekvensering, og i silico prediksjon rørledninger .
Imprintings mekanismer Rediger
Imprinting er en dynamisk prosess. Det må være mulig å slette og gjenopprette avtrykk gjennom hver generasjon, slik at gener som er innprentet hos en voksen, fremdeles kan uttrykkes i den voksnes avkom. (For eksempel vil modergenene som styrer insulinproduksjonen bli trykt i en hann, men vil komme til uttrykk i noen av mannens avkom som arver disse genene. Naturen til innprenting må derfor være epigenetisk i stedet for DNA-sekvensavhengig. I kimlinjeceller blir avtrykket slettet og deretter reetablert i henhold til individets kjønn, dvs. i sperma som utvikler seg (under spermatogenese), blir et faderalt avtrykk etablert, mens det ved utvikling av oocytter (oogenesis) etableres et maternalt avtrykk. Denne prosessen med sletting og omprogrammering er nødvendig slik at kimcellens innprentningsstatus er relevant for individets kjønn.I både planter og pattedyr er det to store mekanismer som er involvert i å etablere avtrykket; Dette er DNA-metylering og histon-modifikasjoner.
Nylig har en ny studie antydet en ny arvelig avtrykksmekanisme hos mennesker som ville være spesifikk for placentavev og som er uavhengig av DNA-metylering (den viktigste og klassiske mekanismen for genomisk avtrykk). Dette ble observert hos mennesker, men ikke hos mus, noe som tyder på utvikling etter evolusjonær divergens hos mennesker og mus, ~ 80 Mya. Blant de hypotetiske forklaringene på dette nye fenomenet, er to mulige mekanismer blitt foreslått: enten en histon-modifikasjon som gir avtrykk på nye placenta-spesifikke pregede lokus eller alternativt en rekruttering av DNMTs til disse loci av en spesifikk og ukjent transkripsjonsfaktor som bli uttrykt under tidlig trofoblastdifferensiering.
RegulationEdit
Grupperingen av påtrykte gener i klynger gjør at de kan dele vanlige regulatoriske elementer, for eksempel ikke-kodende RNA og differensielt metylerte regioner (DMRer) . Når disse regulatoriske elementene kontrollerer inntrykk av et eller flere gener, er de kjent som innprenting av kontrollregioner (ICR). Ekspresjonen av ikke-kodende RNA, slik som antisense Igf2r RNA (Air) på musekromosom 17 og KCNQ1OT1 på humant kromosom 11p15.5, har vist seg å være viktig for innprenting av gener i deres tilsvarende regioner.
Differensielt metylerte regioner er generelt segmenter av DNA som er rike på cytosin og guaninnukleotider, med cytosinnukleotidene metylert på en kopi, men ikke på den andre. I motsetning til forventning, betyr ikke metylering nødvendigvis lyding; i stedet avhenger effekten av metylering av standardtilstanden i regionen.
Funksjoner av imprintede gener Rediger
Kontrollen av ekspresjon av spesifikke gener ved genomisk imprinting er unik for therianpattedyr (placenta pattedyr og pungdyr) og blomstrende planter. Påtrykk av hele kromosomer er rapportert hos melkeboller (slekt: Pseudococcus). og en soppmugg (Sciara). Det er også fastslått at inaktivering av X-kromosom forekommer påtrykt måte i det ekstra embryonale vevet til mus og i alt vev i pungdyr, der det alltid er faderlig X-kromosom som blir tauset.
flertallet av påtrykte gener hos pattedyr har vist seg å ha roller i kontrollen av embryonal vekst og utvikling, inkludert utvikling av morkaken. Andre imprintede gener er involvert i postnatal utvikling, med roller som påvirker diende og metabolisme.
Hypoteser om opprinnelsen til imprintingEdit
En allment akseptert hypotese for utviklingen av genomisk imprinting er den «foreldrekonflikthypotese». Denne hypotesen er også kjent som slektskapsteorien om genomisk avtrykk, og sier at ulikheten mellom foreldrenes genomer på grunn av inntrykk er et resultat av de forskjellige interessene til hver av foreldrene når det gjelder deres evolusjonære egnethet. Faderens gener som koder for avtrykk, får større kondisjon gjennom avkomets suksess, på bekostning av moren. Morens evolusjonære imperativ er ofte å spare ressurser for sin egen overlevelse samtidig som den gir tilstrekkelig næring til nåværende og påfølgende kull. . Følgelig har paternalt uttrykte gener en tendens til å være vekstfremmende, mens maternalt uttrykte gener har en tendens til å være vekstbegrensende. Til støtte for denne hypotesen er genomisk innprenting funnet hos alle placentapattedyr, der etterbefruktning avkom ressursforbruk på bekostning av moren er høyt; selv om det også er funnet hos eggfugler der det er relativt lite ressursoverføring etter befruktning og derfor mindre foreldrekonflikt. Et lite antall innprentede gener utvikler seg raskt under positivt darwinistisk utvalg muligens på grunn av antagonistisk samutvikling. Flertallet av påtrykte gener viser høye nivåer av mikro-syntenskonservering og har gjennomgått veldig få duplikasjoner i placentapattedyrlinjer.
Vår forståelse av de molekylære mekanismene bak genomisk avtrykk viser imidlertid at det er moderens genom som kontrollerer mye av innprentingen av både sine egne og de paternalt avledede genene i zygoten, noe som gjør det vanskelig å forklare hvorfor modergenene villig ville gi fra seg dominansen til de av de paternalt avledede genene i lys av konflikthypotesen. p>
En annen hypotese som er foreslått er at noen påtrykte gener virker samadaptivt for å forbedre både fosterutvikling og maternell tilførsel av ernæring og omsorg. I den sameksprimeres en delmengde av paternalt uttrykte gener i både morkaken og moderens hypothalamus. Dette vil skje gjennom selektivt trykk fra foreldre-spedbarns samtilpassing for å forbedre spedbarnsoverlevelse. Faderlig uttrykt 3 (PEG3) er et gen som denne hypotesen kan gjelde for.
Andre har nærmet seg studien av opprinnelsen til genomisk avtrykk fra en annen side, og hevder at naturlig seleksjon fungerer på rollen som epigenetiske merker som maskiner for homolog kromosomgjenkjenning under meiose, snarere enn på deres rolle i differensialuttrykk. Dette argumentet fokuserer på eksistensen av epigenetiske effekter på kromosomer som ikke direkte påvirker genuttrykk, men avhenger av hvilken forelder kromosomet stammer fra. Denne gruppen av epigenetiske endringer som avhenger av kromosomets opprinnelsesforelder (inkludert både de som påvirker genuttrykk og de som ikke gjør det) kalles foreldrenes opprinnelseseffekter, og inkluderer fenomener som inaktivering av fader X i pungdyrene, ikke-tilfeldig foreldrekromatid distribusjon i bregner, og til og med parring av bytting i gjær. Dette mangfoldet i organismer som viser foreldrenes opprinnelseseffekter har fått teoretikere til å plassere den evolusjonære opprinnelsen til genomisk avtrykk før den siste felles forfedren til planter og dyr, for over en milliard år siden. / p>
Naturlig seleksjon for genomisk avtrykk krever genetisk variasjon i en populasjon. En hypotese for opprinnelsen til denne genetiske variasjonen sier at vertsforsvarssystemet som er ansvarlig for å stille utenlandske DNA-elementer, for eksempel gener av viral opprinnelse, feilaktig er stille. gener hvis tysting viste seg å være gunstig for organismen. Det ser ut til å være en overrepresentasjon av retrotransponerte gener, det vil si gener som settes inn i genomet av virus, blant påtrykte gener. Det har også blitt postulert at hvis det retrotransponerte genet settes inn nær et annet påtrykt gen, kan det bare tilegne seg dette avtrykket.