Импринтинг
Импринтинг (imprinting, англ. imprint — отпечатывать, запечатлевать).
- 1) формирование в раннем периоде развития организма устойчивой индивидуальной избирательности к внешним стимулам; основы концепции импринтинга создал К. Лоренц;
- 2) генетический импринтинг - различие в экспрессии гена в организме, зависящее от происхождения этого гена (от мужской или женской особи); примером генетического импринтинга может служить хорея Гентингтона (симптомы заболевания проявляются в юности, если доминантный аллель этого наследственного заболевания передан отцом, и не ранее 40 лет, если аллель передан матерью). Импринтинг присущ небольшому числу генов и осуществляется обычно с помощью избирательного их метилирования (см. Метилирование). Термин «импринтинг.» впервые был использован Х. Кроузом в 1960 г. для описания селективной элиминации отцовских хромосом у насекомых;
- 3) молекулярный импринтинг - см. Молекулярно импринтированные полимеры.
Импринт можно определить как эпигенетическую модификацию, отличающую материнскую копию гена от отцовской копии гена. Импринт, будучи однажды сформирован, должен также позволять транскрипционной машине по-разному обрабатывать материнскую и отцовскую копии гена, находящиеся в одном и том же ядре. См. " Геномный импринтинг - эпигенетическая система регуляции генов ".
При импринтинге специфический характер дифференциальной активности генов определяется полом организма, от которого эти гены унаследованы. У некоторых насекомых, например, грибных комариков (Sciaridae), весь набор отцовских хромосом элиминируется во время сперматогенеза. У этих организмов отцовские хромосомы маркируются в цитоплазме клеток зародышевой линии, удаляются при созревании гамет и не передают свои гены следующему поколению. У млекопитающих и высших цветковых растений отцовские и материнские гены оказывают разный эффект на развитие эмбриона, но в одинаковой степени представлены в гаметах, образующихся в результате мейоза. В этом случае вклады отцовского и материнского геномов в развитие организмов не эквивалентны и происходит видимое искажение менделевских правил наследования некоторых признаков.
Иными словами, характер экспрессии отцовского и материнского аллелей одного и того же гена в организме-потомке может быть различным, так как зависит от их происхождения. Молекулярные механизмы этого явления в настоящее время до конца непонятны. Предполагается, что в развитие феномена импринтинга вносят вклад зависимые от пола модификации ДНК определенных генов, в частности метилирование их регуляторных участков.
Импринтинг распространяется на узкую группу (более 20) генов млекопитающих, отличающихся от большинства генов тем, что их аллели функционально неравноценны. Обычно копии того или иного гена либо обе не работают, либо равно активны. В случае импринтированных генов активен только один аллель (отцовский или материнский), причем статус строго детерминирован именно происхождением (от какой из родительских клеток). Не все импринтированные гены идентифицированы в функциональном отношении: установлено, однако, что большинство из них обеспечивает развитие зародыша . Дифференциальная активность аллелей импринтированных генов обусловлена различиями в метилировании регуляторных последовательностей этих генов - энхансеров и сайленсеров , обладающих противоположными функциями ( рис. 1а ). Первые трансактивируют прилежащие гены, тогда как вторые, напротив, подавляют их активность. Результатом метилирования регуляторных последовательностей становится инвертирование их функций - энхансеры перестают активировать гены, а сайленсеры - их подавлять.
Мозаика метилированных и неметилированных (интактных) регуляторных последовательностей определяет импринтированное состояние гена. В клетках с мутантной ДНК-метилтрансферазой различия в профиле метилирования импринтированных генов сглаживаются и соответственно исчезают различия в их активности ( рис. 1б ) [ Li, ea 1993 , Surani, ea 1993].
Геномным импринтингом называют зависимость фенотипических проявлений от пола родителя, передающего по наследству специфический генетический материал (определенные гены и участки хромосом).
Геномный имиринтинг предполагают на основании анализа родословной ( рис. 30.7 и рис. 30.8 ) с необычным характером наследования. Имиринтинг, вероятно, имеет место во многих различных частях генома, но считается, что он имеет особенно важное значение при экспрессии генов, связанных с развитием, ростом, образованием злокачественных опухолей, эволюцией и поведением.
Имиринтинг у людей отмечается при фенотипических различиях синдрома Прадера-Вилли и синдрома Ангельмана , которые ассоциируются с делецией в одной и той же области хромосомы 15 и унипарентальной дисомией . В результате унипарентальная дисомия по материнскому типу в отсутствие сегмента на отцовской хромосоме 15 также приводит к развитию синдрома Прадера-Вилли. При этом синдроме делеция, если она имеет место, всегда выявляется на хромосоме 15, полученной от отца. Это позволяет предположить, что фенотип синдрома Прадера Вилли обусловлен отсутствием генетической информации, полученной от отца, которую несет этот сегмент хромосомы 15. Напротив, при обнаружении делеции хромосомы 15 при синдроме Ангельмана, хромосома, содержащая делецию, всегда наследуется от матери; унипарентальная дисомия в этих случаях встречается всегда по отцовскому типу, т.е. имеет место отсутствие материнской генетической информации. Вероятно, существует много других заболеваний, в основе которых гакже лежит механизм импринтинга.
Отцовский импринтинг и аллельное исключение
Смотрите также:
