Геномный импринтинг у млекопитающих: общее резюме
Млекопитающие являются диплоидными организмами, чьи клетки обладают двумя совмещенными [matched] наборами хромосом, один из которых унаследован от матери, а другой - от отца. Таким образом, млекопитающие обладают двумя копиями каждого гена. В норме и материнская, и отцовская копии каждого гена имеют одну и ту же возможность быть активной в любой клетке. Геномный импринтинг - это эпигенетический механизм, который изменяет эту потенцию, потому что он ограничивает экспрессию гена одной из двух родительских хромосом. Это явление демонстрируют лишь несколько сотен из примерно 25ООО генов в нашем геноме, а большинство экспрессируются в равной степени, будучи унаследованы от любого из родителей. Геномный импринтинг затрагивает и мужское, и женское потомство и поэтому является следствием родительского наследования, а не пола. Как пример того, что под этим подразумевается, можно сказать, что импринтированный ген, активный на хромосоме, унаследованной от матери, будет активным на материнской хромосоме и "молчащим" на отцовской хромосоме у всех самцов и самок.
Определение геномного импринтинга ограничено здесь "специфичной, в отношении родителя, экспрессией генов в диплоидных клетках". Таким образом, диплоидные клетки, содержащие по две родительские копии всех генов, будут экспрессировать только одну родительскую копию импринтированного гена и сайленсировать другую родительскую копию. Напротив, неимпринтированные гены будут экспрессироваться в диплоидной клетке обеими родительскими копиями. Для понимания концепции импринтированных генов важно различать импринтированные гены и гены, демонстрирующие кажущуюся специфичную в отношении родителя экспрессию из-за неравного родительского генетического вклада в зародыш. Примерами неравного родительского генетического вклада являются гены, сцепленные с Y-хромосомой и присутствующие только у самцов, гены, избежавшие Х-инактивации у самок, митохондриальные гены, привносимые в основном матерью, и иРНК и белки, присутствующие в цитоплазме только спермия или только яйцеклетки.
Многие особенности геномного импринтинга у млекопитающих делают его весьма привлекательной биологической проблемой в постгеномную эпоху. Например, он дает ключ к пониманию возможной эволюционной реакции на родительский конфликт, к адаптации материнского родителя к внутренней воспроизводительной системе; возможно, он дает также хотя бы некоторое представление о способах, которыми геном млекопитающих защищает себя от вторжения [чужеродных] нуклеотидных последовательностей ДНК. Геномный импринтинг - явление, бросающее вызов интеллекту не в последнюю очередь потому, что он ставит вопрос о том, почему у диплоидного организма развивается система сайленсинга, отвергающая преимущества диплоидного состояния. Возможно, самым интригующим является то обстоятельство, что выборка генов, подверженных геномному импринтингу, в основном кодирует факторы, регулирующие эмбриональный и неонатальный рост. Таким образом, кажется весьма вероятным, что геномный импринтинг развился для того, чтобы играть специфическую роль в репродукции млекопитающих.
На этом этапе наших знаний геномный импринтинг не выглядит широкораспространенным в четырех эукариотных царствах, включающих протистов, грибы, растения и животных. Однако он существует, возможно в родственной форме, у двух групп беспозвоночных - у членистоногих Coccidae и Sciaridae , а также в эндосперме некоторых семенных растений, таких как кукуруза и Arabidopsis . Такое распределение показывает, что геномный импринтинг возникал независимо по меньшей мере трижды в эволюции живого. Удивительно, что, несмотря на эту предсказываемую независимую эволюцию геномного импринтинга, вырисовываются некоторые черты сходства в механизмах импринтинга. Весьма вероятно, что это отражает консерватизм базовых эпигенетических регуляторных механизмов, лежащих в основе как геномного импринтинга, так и нормального регулирования генов.
Смотрите также:
