Геномный импринтинг — эпигенетический процесс, при котором экспрессия определённых генов осуществляется в зависимости от того, от какого родителя поступили аллели. Наследование признаков, определяемых импринтируемыми генами, происходит не по Менделю. Импринтинг осуществляется посредством метилирования ДНК в промоторах, в результате чего транскрипция гена блокируется. Обычно импринтируемые гены образуют кластеры в геноме.[1] Импринтинг некоторых генов в составе генома показан для насекомых, млекопитающих и цветковых растений.
Обзор
У диплоидных организмов в соматических клетках каждый аутосомный ген представлен двумя экземплярами, аллелями, полученными от материнского и отцовского организмов в результате оплодотворения. Для преобладающего числа генов экспрессия идёт с обоих аллелей одновременно. Однако у млекопитающих некоторые гены (менее одного процента) импринтированы, то есть экспрессируется только один аллель.[2]
Какой аллель будет экспрессироваться, зависит от пола родительского организма, предоставившего аллель. Например, для гена IGF2 (инсулиноподобного фактора роста) экспрессируется только аллель, наследуемый от отца.[3]
Слово «импринтинг» было впервые использовано для описания явлений, наблюдаемых у насекомого Pseudococcus nipae.[4] 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.[5][6][7] У насекомых явления импринтинга обычно означают сайленсинггенома у самцов и поэтому вовлечены в процессы определения пола. У млекопитающих процессы геномного импринтинга вовлечены в функциональное неравенство между родительскими аллелями генов.[8]
История открытия
Первые опыты, обнаружившие различие в хромосомах, полученных от отца или от матери, были проделаны практически одновременно учёными, работавшими в Филадельфии[9] и Кембридже[10], в 1984 году.
Пятью годами позже Дэвид Хэйг[англ.] из Гарварда высказал гипотезу, что отцовские гены отвечают за образование плаценты, а материнские — за дифференцировку клеток эмбриона при формировании тканей и органов. 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[11]. Но исследования Хейга объясняют лишь некоторые случаи импринтинга[12][13].
Механизм
Импринтинг генов осуществляется с помощью процесса метилирования ДНК, а также с помощью модификации гистоноврепрессорными комплексами поликомб[14]. Если по каким-то причинам импринтинг не сработает, это может привести к появлению генетических нарушений — например, синдром Прадера — Вилли[15], синдромы Беквита — Видемана и Рассела — Сильвера, а также к целому ряду других нарушений[16]. Кроме того потеря импринтинга является одной из причин низкой эффективности при клонировании животныхпутем переноса ядер соматических клеток и способствует дефектам развития, наблюдаемым у клонированных эмбрионов[17][18]
См. также
Примечания
- ↑Нуклеиновые кислоты: от А до Я / Б. Аппель [и др.]. — М.: Бином: Лаборатория знаний, 2013. — 413 с. — 700 экз. — ISBN 978-5-9963-0376-2.
- ↑Wilkinson, Lawrence S.; William Davies and Anthony R. Isles.Genomic imprinting effects on brain development and function (англ.) // Nature Reviews Neuroscience : journal. — 2007. — November (vol. 8, no. 11). — P. 832—843. — doi:10.1038/nrn2235. — PMID17925812. Архивировано 8 февраля 2009 года.
- ↑DeChiara, Thomas M.; Elizabeth J. Robertson and Argiris Efstratiadis.Parental imprinting of the mouse insulin-like growth factor II gene (англ.) // Cell : journal. — Cell Press, 1991. — February (vol. 64, no. 4). — P. 849—859. — PMID1997210. Архивировано 30 мая 2020 года.
- ↑Schrader, Franz.The chromosomes in Pseudococcus nipæ // Biological Bullitin. — 1921. — Май (т. 40, № 5). — С. 259—270. — doi:10.2307/1536736. Архивировано 25 июля 2011 года.
- ↑Brown, S. W.; U. Nur.Heterochromatic chromosomes in the coccids (англ.) // Science : journal. — 1964. — Vol. 145. — P. 130—136. — doi:10.1126/science.145.3628.130. — PMID14171547. Архивировано 9 февраля 2009 года.
- ↑Hughes-Schrader, S. Cytology of coccids (Coccoïdea-Homoptera) // Advances in Genetics. — 1948. — Т. 35, № 2. — С. 127—203. — PMID18103373.
- ↑Nur, U. Heterochromatization and euchromatization of whole genomes in scale insects (Coccoidea: Homoptera) (англ.) // Dev. Suppl.[англ.] : journal. — 1990. — P. 29—34. — PMID2090427.
- ↑Feil, Robert Feil; Frédéric Berger.Convergent evolution of genomic imprinting in plants and mammals (англ.) // Trends in Genetics[англ.] : journal. — Cell Press, 2007. — April (vol. 23, no. 4). — P. 192—199. — doi:10.1016/j.tig.2007.02.004. — PMID17316885. Архивировано 19 февраля 2019 года.
- ↑McGrath J., Solter D.Completion of mouse embryogenesis requires both the maternal and paternal genomes. (англ.) // Cell. — 1984. — May (vol. 37, no. 1). — P. 179—183. — doi:10.1016/0092-8674(84)90313-1. — PMID6722870.
- ↑Barton S. C., Surani M. A., Norris M. L.Role of paternal and maternal genomes in mouse development. (англ.) // Nature. — 1984. — 27 September (vol. 311, no. 5984). — P. 374—376. — doi:10.1038/311374a0. — PMID6482961.
- ↑Haig David, Westoby Mark.Parent-Specific Gene Expression and the Triploid Endosperm (англ.) // The American Naturalist. — 1989. — July (vol. 134, no. 1). — P. 147—155. — ISSN0003-0147. — doi:10.1086/284971.
- ↑Hurst L. D., McVean G. T.Growth effects of uniparental disomies and the conflict theory of genomic imprinting. (англ.) // Trends In Genetics : TIG. — 1997. — November (vol. 13, no. 11). — P. 436—443. — doi:10.1016/s0168-9525(97)01273-0. — PMID9385840.
- ↑Hurst L. D. 1997. Evolutionary theories of genomic imprinting. In: Reik W., Surani A. (eds), Genomic imprinting, p. 211—237. Oxford University Press, Oxford.
- ↑Weaver J. R., Bartolomei M. S.Chromatin regulators of genomic imprinting. (англ.) // Biochimica Et Biophysica Acta. — 2014. — March (vol. 1839, no. 3). — P. 169—177. — doi:10.1016/j.bbagrm.2013.12.002. — PMID24345612.
- ↑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.
- ↑Elbracht M., Mackay D., Begemann M., Kagan K. O., Eggermann T.Disturbed genomic imprinting and its relevance for human reproduction: causes and clinical consequences. (англ.) // Human Reproduction Update. — 2020. — 28 February (vol. 26, no. 2). — P. 197—213. — doi:10.1093/humupd/dmz045. — PMID32068234.
- ↑Overcoming Genomic Imprinting Barrier Improves Mammal Cloning. Дата обращения: 20 июня 2020. Архивировано 20 июня 2020 года.
- ↑Wang L. Y., Li Z. K., Wang L. B., Liu C., Sun X. H., Feng G. H., Wang J. Q., Li Y. F., Qiao L. Y., Nie H., Jiang L. Y., Sun H., Xie Y. L., Ma S. N., Wan H. F., Lu F. L., Li W., Zhou Q.Overcoming Intrinsic H3K27me3 Imprinting Barriers Improves Post-implantation Development after Somatic Cell Nuclear Transfer. (англ.) // Cell Stem Cell. — 2020. — 6 August (vol. 27, no. 2). — P. 315—325. — doi:10.1016/j.stem.2020.05.014. — PMID32559418.
Литература
- da Rocha, S. T., & Gendrel, A. V. (2019). The influence of DNA methylation on monoallelic expression. Essays in Biochemistry, 63(6), 663—676. doi:10.1042/EBC20190034PMC 6923323
- Inoue, A., Jiang, L., Lu, F., Suzuki, T., & Zhang, Y. (2017). Maternal H3K27me3 controls DNA methylation-independent imprinting. Nature, 547(7664), 419—424. PMID28723896doi:10.1038/nature23262
- Inoue, A., Jiang, L., Lu, F., & Zhang, Y. (2017). Genomic imprinting of Xist by maternal H3K27me3. Genes & development, 31(19), 1927—1932. doi:10.1101/gad.304113.117PMC 5710138
- Le-Yun Wang et al., (2020). Overcoming Intrinsic H3K27me3 Imprinting Barriers Improves Post-implantation Development after Somatic Cell Nuclear Transfer. Cell Stem Cell doi:10.1016/j.stem.2020.05.014
