A lenyomat alá eső gén

Ez a cikk a biológiával kapcsolatos tervezet .

Megoszthatja ismereteit fejlesztésével ( hogyan? ) A megfelelő projektek ajánlásai szerint .

Azt mondják, hogy egy gént szülői lenyomatnak vetnek alá, amikor diploid organizmusokban az anyától örökölt és az apától származó példány nem egyformán fejeződik ki. Általában a gén két példányának egyike teljesen kihalt, míg a másik aktív.

A szülői lenyomatnak kitett gének lényegében részt vesznek a fejlődésben . Ma csak az emlősökben és a virágos növényekben lenyomat alá helyezett génekről tudunk .

Egy molekuláris szempontból, a szülői lenyomata annak köszönhető, hogy a terméken elhelyezett epigenetikus jelek a csírasejtekben a szülők. Ezek a jelek például egy gén visszaszorításához vezethetnek. A szülői lenyomat az anyától örökölt gén kópiáján és az apától örökölt gén kópiájának különbségén alapul.

Történelem és felfedezés

Az 1980-as évek során a kutatók kimutatták, hogy egy hím két haploid kromoszóma sorozatának mesterséges előállításával mesterségesen előállított egér embrió szisztematikusan megszakad, míg egy nő két haploid genomjának fúziójával előállított embriók normál arányban, de sokkal kisebb mértékben mint a normális. Ez azt sugallja, hogy az anyai és az apai genomok nem ugyanazt a szerepet töltik be a fejlődés során. Így született meg az impresszum ötlete. A szerzők már javasolják, anélkül, hogy elképzelnék a kiinduló mechanizmust, hogy a lenyomat a gametogenezis során a szülőknél játszódik le. Ezután úgy tűnik, hogy a szülői lenyomat elengedhetetlen az embrió normális fejlődéséhez. Néhány évvel később, az 1990-es évek elején fedezték fel az első , szülői lenyomatnak kitett géneket egerekben. Ez az IGF2 , egy növekedési faktor. A szerzők azt mutatják, hogy a mutáció hatása erre a génre aszimmetrikus. Az egészséges allélt anyától örökölt embriónak, az apától pedig a mutált allélt öröklődik növekedési hiánya, míg a mutált allélt az anyától és az egészséges allélt az apától öröklő embrió normálisan fejlődik. Ez tehát arra utal, hogy csak az apától örökölt IGF2 gén allélje fejeződik ki egerekben történő fejlődés során. Az egerekben más nyomott gének felfedezése nagyon gyorsan következett. Ma már ismert, hogy 151 gén szülője van egerekben, körülbelül 100 emberben és egy tucat orrszárnyban .

A benyomás rögzítésének mechanizmusa

A szülői lenyomat az epigenetikus nyomoknak , vagyis a DNS kémiai változásainak köszönhető, amelyek nem befolyásolják a kódoló szekvenciát. Ezek a változások azonban örökletesek, és megváltoztathatják a genetikai információk expressziójának szintjét. Ezek között a módosítások között szerepel a DNS metilezése , a hisztonok módosítása (metiláció vagy acetilezés ) és a nukleoszómák pozicionálása . Az egerekben a DNS-ujjlenyomatvételben részt vevő fő epigenetikai jelek a CpG-szigetek szintjén történő metilezésnek tűnnek (amikor a citozin és a guanin nukleotidok szomszédosak a kódoló szekvenciával), vagyis metilcsoport (CH 3 ) hozzáadása a citozin szintjén . A metilezésben, demetilezésben és a metiláció fenntartásában, tehát az imprinting jelenségben részt vevő enzimeket most azonosították, és a DNS-metiltranszferázok (DNMT) családjába tartoznak.

A nemi úton szaporodó organizmusokban általában meg lehet különböztetni a csírasejteket , a nemi szaporodásban részt vevő sejteket és a szomatikus sejteket , az egyén összes többi sejtjét. A benyomási mechanizmusok általában különböznek e két szövet között. A szemközti ábra a szülői lenyomat ciklust mutatja.

A csírasejtekben helyezik el a lenyomatokat. Amikor a csírasejteket beültetik az ivarmirigyekbe, és megindul a szexuális differenciálódás (12,5 nap egereknél), a szülőktől örökölt lenyomatok törlődnek. Az új jeleket a nemi sejtek differenciálódásának kezdetén, tehát a fejlődés során rögzítik. A nemek megkülönböztetése ezután engedélyezi az egyedi jelek elhelyezését, az egyén nemének megfelelően. A hímeknél a spermiumok különböző jelöléseket fognak viselni, mint a nőstények petéi, ami létrehozza az imprinting jelenségét. Az apai jelek elhelyezkedése a spermatogoniában történik (az egér fejlődésének E17.5 stádiumában), ezek a sejtek pubertásig inaktívak maradnak, mielőtt mitózis, majd meiózis sorozatnak vetnék alá a spermatozoákat. A nőstényeknél az epigenetikus jelek elhelyezkedése az elsődleges petesejtek növekedése során történik.
Míg a szomatikus sejtek a fejlődés korai szakaszában változnak epigenetikai jelölésükben , az általuk örökölt szülői lenyomat általában az egyén egész életében megmarad.

A szülők lenyomatának evolúcióelmélete

A szülői lenyomat gyorsan fejlődő rejtélyként jelenik meg. Valójában egy gén egy példányának kikapcsolásával az expresszált kópia káros mutációi jobban ki vannak téve, és jelentős fitneszköltségekhez vezethetnek . A szülői lenyomat tehát azt jelenti, hogy lemondunk a diploiditás bizonyos gének előnyeiről. Még az első szülői lenyomatnak alávetett gén felfedezése előtt megjelent az első cikk, amely a szülők lenyomatának evolúciós történetére összpontosított. Ez a cikk a szülői lenyomat evolúciójára összpontosít a virágos növényekben, de a kidolgozott elmélet alkalmazható emlősökre is. A szerzők valóban azt javasolják, hogy a szülők közötti konfliktus állhat a szülői lenyomat alakulásának hátterében. Feltételezik, hogy az erőforrások mennyisége korlátozott, de a növényekben, akárcsak az emlősökben, az anya a fejlődés során erőforrásokkal látja el a magzatot. Így az anya érdeke az lesz, hogy elegendő forrást biztosítson utódainak ahhoz, hogy túlélésüket és fejlődésüket lehetővé tegyék, miközben erőforrásokat tartanak fenn a jövő utódai számára. Az apa viszont, főleg a sokszögű lakosság körében , nem garantáltan az anya jövőbeli leszármazottainak apja. Szaporodási sikereinek növelése érdekében ezért érdeke, hogy utódai a lehető legellenállóbbak legyenek, és ezért minél több erőforrást vegyenek el az anyától. Ebben a kontextusban azt jósolják, hogy az apától örökölt erőforrások mennyiségét meghatározó gén esetében az anyától örökölt kópia teljesen visszaszorul, és az apától örökölt teljes mértékben kifejeződik.

Három fő elméletet különböztethetünk meg a szülői lenyomat fejlődésének magyarázatára:

Rokonság-elmélet vagy rokoni konfliktusok elmélete : Ennek az elméletnek az alapján, amelyet főleg David Haig fejlesztett ki, a szülői lenyomat fejlődését azzal magyarázhatnánk, hogy az apától örökölt gén másolata és az anyától örökölt gén másolata nem ugyanaz a befogadó szelektív értéke, amely szexuális konfliktusokat okoz . Ez az elmélet áll mögött Haig és Westerbody cikkében (fentebb leírva), ezért az első elmélet kialakult. Azóta számos matematikai modellt fejlesztettek ki ennek az elméletnek a keretében. Kimutatták, hogy a szexuális konfliktusoknak kitett helység evolúciósan stabil stratégiája az, hogy az egyik példány teljesen kiolt, a másik pedig teljesen kifejeződik.
Szexuális antagonizmus elmélete: Bonduriansky és Day fejlesztette ki, ez az elmélet azt sugallja, hogy az apától örökölt génmásolatok jobban megfelelnek a férfinak, míg az anyától örökölt másolatok inkább a nõknek. Ilyen körülmények között az a módosító gén, amely csak a lányokban lévő gén anyai példányának és a fiaknál az apai kópiának a kifejeződését eredményezné, lehetővé tenné a szülői lenyomat fejlődését. Ilyen körülmények között az intralokuszos szexuális konfliktust a szülői lenyomat fejlődése oldaná fel, lehetővé téve a hímekben és a nőkben kifejezett allélok független fejlődését. A rokonság elméletétől eltérően a férfiak és a nők nem viselnék ugyanazokat a szülői lenyomatokat.
Anya-utód koadaptációs elmélet: Ez az elmélet, amelyet Hager és Wolf indított el, azt javasolja, hogy a természetes szelekció elősegíthesse az anyától örökölt gének expressziójának változását, hogy lehetővé tegye az anya és leendő utódjának együttes alkalmazkodását az élő lények fejlődése során belső fejlődés. Ez az elmélet azt jósolja, hogy a beillesztett gének többségében csak az anyai másolat fog kifejeződni.

Ez a három elmélet nagyon pontosan megjósolja az impresszumnak kitett gének típusait, valamint a kifejezési mintázatukat, de az eddig rendelkezésre álló kísérleti adatok még nem elég pontosak ahhoz, hogy a különböző hipotézisek között dönteni tudjanak. Mindenesetre ez a három elmélet nem zárja ki egymást, és nagyon valószínű, hogy több is alkalmazható egyszerre. Egyes szerzők különbséget tesznek az erős elmélet között, amely lehetővé teszi az impresszum megjelenésének, fenntartásának és fejlődésének a magyarázatát, valamint a gyenge elmélet között, amely csak a fejlődésének magyarázatát teszi lehetővé. Így a parsimony elve szerint nagyon valószínű, hogy egyetlen elmélet erős és megmagyarázza a szülői lenyomat megjelenését, de miután a jelenség megjelent, különböző elméletek biztosan meg tudják magyarázni annak fejlődését különböző lokuszokban.

Lábnyom a rovarokban

A DNS-ujjlenyomatot először a Sciara Diptera-ban írták le , ahol az apai kópia géncsendesítése (vagy expressziójának hiánya) részt vesz a nemi determinizmusban.

Emberi lábnyom és orvosi szempontok

A gén megfelelő működéséhez mind az anyai, mind az apai génre szükség van. Az impresszumnak alávetett gének nagy része a 6. , 7. , 11. , 14. és 15. kromoszómán található . Az imprintálás alá eső gének ismerete lehetővé teszi bizonyos genetikai betegségek megértését, és lehetővé teszi a releváns genetikai tanácsadást. Így az egyik szülő génjének vagy lokuszának változatának eltűnése törléssel vagy uniparentalis diszómiával , azonos eredetű két példány jelenlétével a felelős:

Lenyomat a virágos növényekben

A virágos növényekben körülbelül tíz lenyomatozott gént azonosítottak az Arabidopsis thaliana és a Zea mays .

Külső hivatkozás

en) Lábnyomok fajonként

Megjegyzések és hivatkozások

(a) Marisa S. Bartolomei és Shirley M. Tilghman , " Genomic imprinting emlősökben " , Annual Review of Genetics , Annual Reviews, Inc., Vol. 31,1997, P. 493–526 ( online olvasás )
(in) Miguel Constancia , Gavin Kelsey és Wolf Reik , " Resourceful imprinting " , Nature , vol. 432,2004. november 4, P. 53–57 ( ISSN 0028-0836 , DOI 10.1038 / 432053a , online olvasás , hozzáférés : 2016. május 9. )
Robert Feil és Frédéric Berger , „A növények és emlősök genomi lenyomatának konvergens evolúciója ”, Trends in Genetics , vol. 23,1 st április 2007, P. 192–199 ( DOI 10.1016 / j.tig.2007.02.004 , online olvasás , hozzáférés : 2016. május 9. )
MA Surani , SC Barton és ML Norris , „ Fejlesztési helyreállított egér tojás javasolja imprinting során annak genomja ivarsejtszaporodásra ”, Nature , vol. 308,1984. április 5, P. 548-550 ( ISSN 0028-0836 , PMID 6709062 , olvasható online , elérhető május 12, 2016 )
Thomas M. DeChiara , Elizabeth J. Robertson és Argiris Efstratiadis " Az egér inzulinszerű II. Növekedési faktor génjének szülői lenyomatozása " Cell , Vol. 64,1991. február 22, P. 849–859 ( DOI 10.1016 / 0092-8674 (91) 90513-X , online olvasás , hozzáférés : 2016. május 31 )
Kimberly D. Tremblay , Jennifer R. Saam , Robert S. Ingram és Shirley M. Tilghman : „ Apai specifikus metilációs lenyomat jelöli az egér H19 génjének alléljait ”, Nature Genetics , vol. 9,1 st április 1995, P. 407-413 ( ISSN 1061-4036 , DOI 10.1038 / ng0495-407 , online olvasás , hozzáférés : 2016. május 31 )
(a) DP Barlow , R. Stöger , BG Herrmann és K. Saito , " Az egér inzulin-szerű növekedési faktor-szerű receptor 2, és van ellátva étroitement kapcsolódik a lókusz TME " , Nature , Vol. 349,1991. január 3, P. 84–87 ( DOI 10.1038 / 349084a0 , online olvasás , hozzáférés : 2016. május 31. )
(in) Williamson CM Blake A, Thomas S, Beechey CV, J Hancock, Cattanach WB és Peters J, " Mouse Book nyomott loci " on www.mousebook.org ,2016. május 31(megtekintve 2016. május 31. )
" Geneimprint: Genes " , a www.geneimprint.com címen (hozzáférés : 2016. május 31. )
(in) Hiroyuki Sasaki és Yasuhisa Matsui , " Epigenetikus események az emlősök csírasejt-fejlődésében: újraprogramozás és azon túl " , Nature Reviews Genetics , vol. 9,1 st február 2008, P. 129–140 ( ISSN 1471-0056 , DOI 10.1038 / nrg2295 , online olvasás , hozzáférés : 2016. június 9. )
(in) Suhua Feng , Steven E. Jacobsen és Wolf Reik , " Epigenetikus újraprogramozás a növények és állatok fejlődésében " , Science , vol. 330,2010. október 29, P. 622-627 ( ISSN 0036-8075 és 1095-9203 , PMID 21030646 , PMCID 2989926 , DOI 10.1126 / science.1190614 , online olvasás , hozzáférés : 2016. június 9 )
Jason B. Wolf és Reinmar Hager , „ Anya - utódok koadaptációs elmélete a genomi imprinting evolúciójához ”, PLOS Biol , vol. 4,2006. november 14, e380 ( ISSN 1545-7885 , PMID 17105351 , PMCID 1635750 , DOI 10.1371 / journal.pbio.0040380 , online olvasás , hozzáférés : 2016. június 9 )
David Haig és Mark Westoby , „ Szülőspecifikus génkifejezés és a triploid endospermium ”, The American Naturalist , vol. 134,1 st január 1989, P. 147–155 ( online olvasás , hozzáférés: 2016. június 9. )
(a) úr Patten , L. Ross , JP Curley és DC Queller , " The evolution of genomiális imprinting: elméletek, előrejelzések és empirikus vizsgálatok " , Heredity , vol. 113,1 st augusztus 2014, P. 119–128 ( ISSN 0018-067X , PMID 24755983 , PMCID 4105453 , DOI 10.1038 / hdy.2014.29 , online olvasás , hozzáférés : 2016. június 9. )
(in) David Haig , "A szülők antagonizmusa, rokonságának aszimmetriái és genomi imprintingje " , Proceedings of the Royal Society of London B: Biological Sciences , vol. 264,1997. november 22, P. 1657–1662 ( ISSN 0962-8452 és 1471-2954 , PMID 9404029 , PMCID 1688715 , DOI 10.1098 / rspb.1997.0230 , online olvasás , hozzáférés : 2016. június 9. )
(in) Troy Day és Russell Bonduriansky : "Az intralókus szexuális konfliktus a genetikai imprinting evolúcióját előidézheti " , Genetika , vol. 167,1 st augusztus 2004, P. 1537–1546 ( ISSN 0016-6731 és 1943-2631 , PMID 15342496 , PMCID 1470977 , DOI 10.1534 / genetics.103.026211 , online olvasás , hozzáférés : 2016. június 9. )
(in) Jon F. Wilkins és David Haig , " Mire jó genomi imprinting: a funkció szülő-specifikus gén kifejeződése " , Nature Reviews Genetics , vol. 4,1 st május 2003, P. 359-368 ( ISSN 1471-0056 , DOI 10.1038 / nrg1062 , online olvasás , hozzáférés : 2016. június 9 )
Crouse, HV, 1960. A vezérlő eleme a nemi kromoszóma viselkedés Sciara. Genetics 45, 1429-1443.
Feil, R. és Berger, F. 2007. A genomi lenyomatok konvergens evolúciója növényekben és emlősökben. Trendek a genetikában 23, 192–199. DOI : 10.1016 / j.tig.2007.02.004