Məlumat

Genetik İmprinting və Hüceyrə Fərqlənməsi

Genetik İmprinting və Hüceyrə Fərqlənməsi


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Bu iki prosesin bir arada olması mümkün görünmür:

1) Genetik iz, genlərin mənşəyindən asılı olaraq fərqli şəkildə ifadə edildiyi bir fenomendir:

1a. DNT-nin metilləşdirilmiş uzantıları transkripsiya edilmir.

1b. Əgər anadan alınan gen nüsxəsi metillənirsə, amma atasının surəti yoxdursa, yalnız atanın nüsxəsi ifadə ediləcək (məsələn, Prader Willi sindromu).

1c. Hüceyrələrin bölünməsi zamanı metilləşmə qorunur.

1d. Metilasyon, gametogenezdə silinir, qadınlar atanın izlərini siləcək və mayozdan əvvəl ana izinə görə yenidən çap etdirəcəklər.

Ancaq indi hüceyrə fərqlənməsindəki epigenetikanın rolu haqqında oxuyuram və kəşf edirəm:

2) Hüceyrə fərqliliyi soyun xüsusi metilasyon nümunələri ilə baş verir.

2a. Döllənmədən dərhal sonra (birinci hüceyrə bölünməsindən əvvəl) ata genomu demetilasiyaya məruz qalır.

2b. İlk bir neçə hüceyrə bölünməsi zamanı ananın genomu demetilasiyaya məruz qalır.

2c. Hüceyrə fərqlənməsi bu "mendil" lərin ardınca mütərəqqi yenidən metilləşmə ilə müşayiət olunur və bəlkə də həyata keçirilir.

2 üçün mənbə): http://labs.genetics.ucla.edu/fan/papers/HuangK_RM2010.pdf "Hüceyrə diferensiasiyasında və yenidən proqramlaşdırmada DNT metilasiyası: yaranan sistematik baxış" Huang & Fan (2010). Regen Med. 5 (4): 531-44.

Heç bir münaqişə olmadığından şübhələnirəm və sadəcə birini, digərini və ya hər ikisini səhv başa düşürəm. Əks halda, metilasiya nümunəsi həm gametogenez, həm də erkən embrional mərhələlərdə necə silinə və hələ də miras qala bilər?


Basılan bölgələr silinməyə qarşı immunitetlidirsə nə etməli? Ayrıca, DNT metilasyonu ilə histon metilasyonunu (?) Qarışdıra bilərsiniz. Klassik biokimya, DNT metilasyon vəziyyətinin bölünən ana hüceyrədən hər iki qızı hüceyrəyə ötürülə biləcəyini irəli sürür, çünki DNT replikasiyasından sonra iki qız xromosomunun hər biri hemi-metilləşəcək və bir hemi-metilləşmiş yer tapan bir DNT metilazı digər ipi metilatlayacaq. (düzəldici düzəliş mexanizmi kimi). Sualınızda nəzərə alınacaq üçüncü şey, valideyn izlərinin mikrob xəttində qurulmasıdır. Erkən embriogenez zamanı digər epigenetik işarələrin silinməsi baxımından, mövcud olanlar yalnız gametogenezdə iştirak edənlər olacaqdır. Başqa sözlə, bildiyimizə görə, əzələ inkişafında aktivləşən genlər ilkin mikrob hüceyrələrini meydana gətirəcək zigotik hüceyrələrdə mayalanmadan sonra heç vaxt ifadə olunmur, buna görə də əzələlərə xas olan epigenetik işarələrin silinməsinə ehtiyac yoxdur. embrion. Nə sperma, nə də yumurta heç vaxt əzələ miozini və s.


Yəqin ki, çap üçün dar və geniş təriflər var. Düşünürəm ki, çap etməklə bağlı araşdırmaların tarixi aşağıdakı kimi olacaq.

Başlanğıcda, ana və ya ata fenotipinin ötürülməsi tanındı və ana və ya atadan məsul gen işləmədiyi üçün belə fenotiplərdən bəziləri görünürdü. Bildiyiniz kimi, bu, açıq-aydın təsir göstərir.

Daha sonra DNT metilasiyası aşkar edildi və yuxarıda müəyyən edilmiş imprinting genlərinin inaktivasiyasına cavabdeh olduğu ortaya çıxdı. Bununla birlikdə, DNT metilasyonu və ifadənin metilasyonla bastırılması digər genlərdə də olur. ES hüceyrələrinin fərqli bir DNT metilasyon modelinə sahib olduğunu düşünürəm, ehtimal ki, fərqli gen ifadəsi modelini ən azı qismən izah edə bilər. Bundan əlavə, bəzi şiş supressor genlərinin metilasiya yolu ilə bastırılması kanserogenez zamanı baş verir. Deyəsən, DNT metilasiyası yuxarıda göstərilən gen ifadələrini və çapı tənzimləyir. Mən bilirəm ki, insanlar bütün gen tənzimləmələrini DNT metilasiyasının izlənməsi ilə adlandırırlar. Bu geniş tərifdir.


İçindəkilər

Diploid orqanizmlərdə (insanlar kimi) somatik hüceyrələr genomun iki nüsxəsinə malikdir, biri atadan, digəri isə anadan miras qalmışdır. Hər bir otozom geni, gübrələmə zamanı hər bir valideyndən miras qalan bir nüsxə ilə iki nüsxə və ya allel ilə təmsil olunur. İfadə olunan allel valideyn mənşəyindən asılıdır. Məsələn, insulinə bənzər böyümə faktoru 2 (IGF2/Igf2) kodlayan gen yalnız atadan miras qalan alleldən ifadə edilir. İmprinting məməlilərin genlərinin kiçik bir hissəsini təşkil etsə də, onlar embriogenezdə, xüsusən də visseral strukturların və sinir sisteminin formalaşmasında mühüm rol oynayırlar. [13]

“İmprinting” termini ilk dəfə həşəratdakı hadisələri təsvir etmək üçün istifadə edilmişdir Pseudococcus nipae. [14] Pseudococcids (mealybugs) (Hemiptera, Coccoidea) cinsində həm kişi, həm də dişi döllənmiş yumurtadan əmələ gəlir. Qadınlarda bütün xromosomlar evromatik və funksional olaraq qalır. Kişi olmaq təyin olunan embrionlarda, bir haploid xromosom dəsti altıncı parçalanma bölünməsindən sonra heteroxromatinləşir və əksər toxumalarda belə qalır ki, kişilər funksional olaraq haploid olurlar. [15] [16] [17]

Qarşılıqlı xromosomal translokasiyalar daşıyan siçanlar üzərində aparılan təcrübələrdə, bu izin məməlilərin inkişafının bir xüsusiyyəti ola biləcəyi irəli sürüldü. [18] 1980 -ci illərin əvvəllərində siçan zigotlarında nüvə transplantasiyası təcrübələri normal inkişafın həm ana, həm də ata genomunun iştirakını tələb etdiyini təsdiqlədi. Partenogenez (iki ana və ya yumurta genomu olan partenogenonlar adlanır) və androgenez (iki ata və ya sperma genomlu androgenonlar adlanır) nəticəsində yaranan siçan embrionlarının böyük əksəriyyəti blastosist/implantasiya mərhələsində və ya ondan əvvəl ölür. Nadir hallarda, postimplantasiya mərhələsinə keçdikdə, ginogenetik embrionlar plasental inkişafa nisbətən daha yaxşı embrional inkişaf göstərir, androgenonlar üçün isə əksinə doğrudur. Buna baxmayaraq, sonuncular üçün yalnız bir neçəsi təsvir edilmişdir (1984 -cü il məqaləsində). [19] [20] [21]

Məməlilərdə genlərin izi olduğu üçün təbii olaraq meydana gələn partenogenez halları yoxdur. Bununla birlikdə, 2004 -cü ildə Yapon tədqiqatçılar tərəfindən ata metilasyon izi üzərində eksperimental manipulyasiya Igf2 gen, iki ana dişi siçandan hüceyrələr istifadə edildiyindən əsl parthenogenon olmasa da iki ana xromosom dəsti olan bir siçanın (Kaguya adlı) doğulmasına səbəb oldu. Tədqiqatçılar yetişməmiş bir valideynin bir yumurtasından istifadə edərək, ananın izlərini azaltmaqla və normal olaraq yalnız genin ata tərəfindən ifadə olunan Igf2 genini ifadə etmək üçün dəyişdirərək uğur qazana bildilər.

Parthenogenetic/ginogenetic embrionlar, analıq mənşəli genlərin normal ifadə səviyyəsindən iki dəfə çoxdur və atadan ifadə olunan genlərin ifadəsini tapmır, əksinə androgenetik embrionlar üçün doğrudur. İndi məlumdur ki, insanlarda və siçanlarda bir çoxu embrional və plasental böyümə və inkişafda iştirak edən ən az 80 basdırılmış gen var. [11] [22] [23] [24] İki növün hibrid nəsli, çap olunmuş genlərin yeni birləşməsinə görə qeyri-adi böyümə nümayiş etdirə bilər. [25]

İzlənmiş genləri müəyyən etmək üçün müxtəlif üsullardan istifadə edilmişdir. Donuzlarda Bischoff və b. parthenotes (2 ana genomu) və nəzarət edilən fetuslar (1 ana, 1 ata genomu) arasında fərqli ifadə olunan genləri araşdırmaq üçün DNT mikroarraylarından istifadə edərək transkripsiya profillərini müqayisə etdi. [26] Sıçan beyin toxumalarının transkriptomunu tədqiq edən maraqlı bir araşdırma, qarşılıqlı çarpazlar nəticəsində F1 hibridlərindən RNT ardıcıllığı ilə 1300-dən çox çap edilmiş gen lokusunu (əvvəllər bildiriləndən təxminən 10 dəfə çox) aşkar etdi. [27] Nəticə, qüsurlu statistik təhlil səbəbiylə böyüklüyə görə həddindən artıq qiymətləndirmə olduğunu iddia edən başqaları tərəfindən etiraz edildi. [28] [29]

Evcil heyvandarlıqda, dölün böyüməsinə və inkişafına təsir edən basılmış genlərdəki tək nukleotid polimorfizmlərin mal-qara, qoyun və donuzlarda iqtisadi cəhətdən əhəmiyyətli istehsal xüsusiyyətləri ilə əlaqəli olduğu göstərilmişdir. [30] [31]

Basılan genlərin genetik xəritələndirilməsi

Yuxarıda müzakirə edilən ginogenetik və androgenetik embrionların nəsli ilə eyni zamanda, ata və ya ana mənbədən əldə edilən yalnız kiçik bölgələri ehtiva edən siçan embrionları da yaradılırdı. [32] [33] Birlikdə bütün genomu əhatə edən bu cür uniparental disomiyaların əmələ gəlməsi, çap xəritəsinin yaradılmasına imkan verdi. [34] Tək valideyndən miras alındıqda nəzərə çarpan fenotiplə nəticələnən o bölgələr çap olunmuş gen(lər)i ehtiva edir. Əlavə tədqiqatlar göstərdi ki, bu bölgələrdə tez -tez çoxsaylı genlər var idi. [35] İzlənmiş genlərin təxminən 80% -i koordinasiya edilmiş bir nəzarət səviyyəsini nəzərdə tutan, basdırılmış domenlər adlanan bu kimi qruplarda olur. [36] Bu yaxınlarda çap olunmuş genləri müəyyən etmək üçün geniş genom ekranları mRNT-lərin nəzarət döllərindən və partenogenetik və ya androgenetik döllərdən diferensial ekspressiyasından istifadə etmişlər. ] transkriptom sıralaması, [39] və silo proqnoz boru kəmərlərində. [40]

Çap mexanizmləri Redaktə edin

Çap etmək dinamik bir prosesdir. Hər bir nəsil vasitəsilə izləri silmək və yenidən qurmaq mümkün olmalıdır ki, bir yetkinə damğalanan genlər hələ də həmin yetkinin nəslində ifadə olunsun. (Məsələn, insulin istehsalını idarə edən ana genləri bir kişidə yazılacaq, ancaq bu genləri miras alan kişilərin hər hansı bir nəslində ifadə ediləcəkdir.) Bu səbəbdən damğanın təbiəti DNT ardıcıllığından asılı deyil, epigenetik olmalıdır. Germline hüceyrələrində iz silinir və sonra fərdin cinsinə uyğun olaraq bərpa olunur, yəni inkişaf etməkdə olan spermada (spermatogenez zamanı) ata izi, inkişaf etməkdə olan oositlərdə (ovogenez) isə ana izi qurulur. Bu silmə və yenidən proqramlaşdırma prosesi [41], cinsi hüceyrə izi statusunun fərdin cinsinə uyğun olması üçün lazımdır. Həm bitkilərdə, həm də məməlilərdə damğanın qurulmasında iştirak edən iki əsas mexanizm var - bunlar DNT metilasiyası və histon modifikasiyalarıdır.

Bu yaxınlarda, yeni bir araşdırma [42] insanlarda plasenta toxumasına xas olan və DNT metilasiyasından (genomik çap üçün əsas və klassik mexanizm) müstəqil olan yeni irsi imprinting mexanizmini təklif etdi. Bu, insanlarda müşahidə edildi, ancaq siçanlarda yox idi, bu da insanların və siçanların təkamül fərqliliyindən sonra inkişaf etdiyini göstərir,

80 Mya. Bu yeni fenomenin hipotetik izahları arasında iki mümkün mexanizm təklif edilmişdir: ya yeni bir plasental spesifik izə basılmış histon modifikasiyası. lokus ya da alternativ olaraq, bu lokuslara DNMT -lərin erkən trofoblast fərqlənməsi zamanı ifadə ediləcək spesifik və naməlum transkripsiya faktoru ilə işə götürülməsi.

Qaydaların redaktəsi

Çoxluqlar daxilində çap olunmuş genlərin qruplaşdırılması onlara kodlaşdırılmayan RNT və diferensial metilləşdirilmiş bölgələr (DMR) kimi ümumi tənzimləyici elementləri paylaşmağa imkan verir. Bu tənzimləyici elementlər bir və ya daha çox genin izinə nəzarət etdikdə, onlar izləmə bölgələri (ICR) kimi tanınır. Antisens Igf2r RNA kimi kodlaşdırmayan RNT-lərin ifadəsi (Hava) siçan xromosomunda 17 və insan xromosomunda 11p15.5 üzərindəki KCNQ1OT1, müvafiq bölgələrdə genlərin izlənməsi üçün vacib olduğu sübut edilmişdir. [43]

Diferensial metilasiya olunmuş bölgələr ümumiyyətlə sitozin və guanin nukleotidləri ilə zəngin DNT seqmentləridir, sitozin nukleotidləri bir nüsxədə metilləşir, digərində yox. Gözlənilənin əksinə olaraq, metilasyon mütləq susmaq demək deyil, metilasyonun təsiri bölgənin standart vəziyyətindən asılıdır. [44]

Basılan genlərin funksiyaları Redaktə edin

Xüsusi genlərin genomik izlə ifadə edilməsinə nəzarət termiya məməlilərinə (plasental məməlilər və kəsiklər) və çiçəkli bitkilərə xasdır. Bütün xromosomların izlənməsi mealybuglarda (Cins: Psevdokok). [14] [15] [16] [17] və bir göbələk ağcaqanadı (Sciara). [45] X-xromosom inaktivasiyasının, siçanların ekstra embrional toxumalarında və kəsikli heyvanlardakı bütün toxumalarda, hər zaman atalıq X-xromosomunun susdurulduğu yerdə, möhürlənmiş şəkildə meydana gəldiyi müəyyən edilmişdir. [36] [46]

Məməlilərdə yazılmış genlərin əksəriyyətinin, plasentanın inkişafı da daxil olmaqla, embrionun böyüməsini və inkişafını idarə etməkdə rolu olduğu aşkar edilmişdir. [22] [47] Digər basılmış genlər, əmizdirmə və maddələr mübadiləsinə təsir edən rollarla, doğuşdan sonrakı inkişafda iştirak edirlər. [47] [48]

Redaktənin çapının mənşəyi ilə bağlı hipotezlər

Genomik imprinting təkamülü üçün geniş qəbul edilmiş fərziyyə "valideyn münaqişəsi hipotezi" dir. [49] Genomik izlərin qohumluq nəzəriyyəsi olaraq da bilinən bu hipotez, iz buraxma səbəbiylə valideyn genomları arasındakı bərabərsizliyin, hər bir valideynin genlərinin təkamül uyğunluğu baxımından fərqli maraqlarının nəticəsidir. [50] [51] İmprinting üçün kodlaşdıran atanın genləri, ananın hesabına nəslin uğuru ilə daha çox uyğunluq əldə edir. Ananın təkamül zərurəti, çox vaxt mövcud və sonrakı çöplərə kifayət qədər qidalanma təmin edərkən öz yaşaması üçün qaynaqları qorumaqdır. Müvafiq olaraq, ata tərəfindən ifadə olunan genlər böyüməyi təşviq edir, ana tərəfindən ifadə olunan genlər isə böyüməyi məhdudlaşdırır. [49] Bu fərziyyəni dəstəkləmək üçün bütün plasental məməlilərdə genomik imprinting aşkar edilmişdir, burada mayalanmadan sonrakı nəslin resurs istehlakı ana hesabına yüksəkdir, baxmayaraq ki, yumurtaparan quşlarda da aşkar edilmişdir [52] [53]. gübrələmə sonrası resurs köçürmələri nisbətən azdır və buna görə də valideyn qarşıdurması daha azdır. Az miqdarda iz qoyulmuş gen, ehtimal ki, antaqonist birgə təkamül səbəbiylə müsbət Darvin seçimində sürətlə inkişaf edir. [54] İzlənmiş genlərin əksəriyyəti yüksək səviyyədə mikro-sinteniya qorunur və plasental məməlilər nəsillərində çox az sayda təkrarlanmaya məruz qalmışdır. [54]

Bununla belə, genomik izlənmənin arxasında duran molekulyar mexanizmlər haqqında anlayışımız göstərir ki, ziqotda həm özünün, həm də atadan əldə edilən genlərin izlənməsinin çoxuna ananın genomu nəzarət edir və bu, ana genlərinin nə üçün həvəslə imtina etdiyini izah etməyi çətinləşdirir. konflikt fərziyyəsinin işığında onların atadan törəmə genlərə üstünlüyü. [55]

Təklif edilən başqa bir fərziyyə ondan ibarətdir ki, bəzi çap edilmiş genlər həm dölün inkişafını, həm də qidalanma və qulluq üçün ananın təminatını yaxşılaşdırmaq üçün uyğunlaşan şəkildə hərəkət edir. [9] [55] [56] İçərisində, ata tərəfindən ifadə edilən genlərin bir alt qrupu həm plasentada, həm də ananın hipotalamusunda birgə ifadə olunur. Bu, körpənin sağ qalmasını yaxşılaşdırmaq üçün valideyn-körpə koadaptasiyasının seçici təzyiqi nəticəsində yaranacaq. Atalıq ifadəsi 3 (PEG3) bu hipotezin tətbiq oluna biləcəyi bir gendir. [9]

Digərləri, genomik izlərin mənşəyi ilə bağlı araşdırmalara fərqli bir tərəfdən yanaşaraq, təbii seleksiyanın diferensial ifadədəki rolundan çox, meyoz zamanı homolog xromosomların tanınması üçün bir mexanizm kimi epigenetik işarələrin rolu üzərində işlədiyini müdafiə etdilər. [57] Bu arqument gen ifadəsinə birbaşa təsir etməyən, lakin xromosomun hansı valideyndən qaynaqlandığından asılı olan xromosomlar üzərində epigenetik təsirlərin mövcudluğuna əsaslanır. [58] Xromosomun mənşəli valideynindən asılı olan bu epigenetik dəyişikliklər qrupuna (həm gen ifadəsini təsir edənlər, həm də təsir etməyənlər də daxil olmaqla) valideyn mənşəli təsirlər deyilir və kəsikli cinslərdə ata X inaktivasiyası, təsadüfi olmayan valideyn qıjılarda xromatidlərin paylanması və hətta mayada cütləşmə tipinin dəyişməsi. [58] Valideyn mənşəli təsir göstərən orqanizmlərdəki bu müxtəliflik nəzəriyyəçiləri genomik izlərin təkamül mənşəyini bir milyard ildən çox əvvəl bitki və heyvanların son ortaq əcdadı qarşısında qoymağa vadar etdi. [57]

Genomik izləmə üçün təbii seçim bir populyasiyada genetik dəyişikliyi tələb edir. Bu genetik varyasyonun mənşəyinə dair bir fərziyyə, viral mənşəli genlər kimi xarici DNT elementlərinin susdurulmasından məsul olan ev sahibi müdafiə sisteminin, susdurmasının orqanizm üçün faydalı olduğu ortaya çıxan genləri səhvən susdurduğunu bildirir. [59] Retrotransposed genlərin, yəni genlərin içərisinə viruslar tərəfindən daxil edilmiş genlərin həddindən artıq təmsil olunması görünür. Retrotranspozisiya edilmiş gen başqa bir çap edilmiş genə yaxın yerləşdirilərsə, o, sadəcə olaraq bu izi əldə edə bilər. [60]

Təəssüf ki, basdırılmış genlərin fenotipi və genotipi arasındakı əlaqə yalnız konseptualdır. Fikir, tək bir lokusda iki allel istifadə edərək işlədilən və üç fərqli genotip sinifinə sahib olan çərçivədir. [61] Qarşılıqlı heterozigotların genotip sinfi çapın genotipdən fenotipə necə təsir edəcəyini anlamağa kömək edir. Qarşılıqlı heterozigotların genetik ekvivalenti var, lakin fenotipik olaraq heç bir ekvivalent deyillər. [62] Onların fenotipi genotipin ekvivalentliyindən asılı olmaya bilər. Bu, nəhayət, genetik siniflərdə müxtəlifliyi artıraraq, çap olunmuş genlərin elastikliyini genişləndirə bilər. [63] Bu artım, eyni zamanda izləmə mövcudluğunu təyin etmək üçün test qabiliyyətlərində və test çeşidlərində daha yüksək bir dərəcəyə məcbur edəcək.

Lokusun çap edilmiş olduğu müəyyən edildikdə, iki fərqli sinif fərqli allelləri ifadə edir. [61] Nəslin irsi çap edilmiş genlərinin monoalel ifadələr olduğuna inanılır. İki allel miras alınsa da, tək bir lokus tamamilə fenotipini istehsal edəcəkdir. Bu genotip sinifinə valideyn izləri və dominant izlər deyilir. [64] Fenotipik nümunələr ata və ana genotiplərindən mümkün ifadələrin variantıdır. Fərqli valideynlərdən miras qalan fərqli allellər fərqli fenotipik keyfiyyətlərə sahib olacaq. Bir allel daha böyük fenotipik dəyərə malik olacaq və digər allel susdurulacaq. [61] Lokusun aşağı dominantlığı fenotipik ifadənin başqa bir ehtimalıdır. Həm ana, həm də ata fenotiplərinin biri böyük bir dəyərə sahib olmaq və digərini susdurmaq əvəzinə kiçik bir dəyərə sahib olacaq.

Statistik çərçivələr və xəritəçəkmə modelləri genlərə və mürəkkəb əlamətlərə təsirləri müəyyən etmək üçün istifadə olunur. Allelik valideyn -of -origin, genotip siniflərinin izlənməsindən qaynaqlanan fenotipdəki müxtəlifliyə təsir göstərir. [61] Xəritəçəkmə və çap effektlərinin müəyyənləşdirilməsinin bu modellərinə xəritəçəkmə modellərinin qurulması üçün sıralanmamış genotiplərdən istifadə daxildir. [63] Bu modellər klassik kəmiyyət genetikasını və basdırılmış genlərin dominantlığının təsirlərini göstərəcək.

Kopyalama, düzgün mövqelərində metilatlanmayan DNT olan klonlarla problem yarada bilər. Mümkündür ki, bu, yenidən proqramlaşdırmaya tam nail olmaq üçün vaxtın olmaması ilə bağlıdır. Somatik hüceyrənin nüvə ötürülməsi zamanı yumurtaya bir nüvə əlavə edildikdə, yumurta embrion inkişafı zamanı yenidən proqramlaşdırma üçün lazım olan günlər və ya aylarla müqayisədə bir neçə dəqiqə ərzində bölünməyə başlayır. Vaxt məsul amildirsə, düzgün yenidən proqramlaşdırmanın baş verməsi üçün vaxt verərək klonlarda hüceyrə bölünməsini gecikdirmək mümkündür. [ sitat lazımdır ]

Qoyunlarda olan "callipyge" (yunan dilindən "gözəl kalçalar") və ya CLPG geninin alleli çox az yağlı əzələlərdən ibarət böyük kalçalar əmələ gətirir. Böyük ombalı fenotip yalnız allel qoyun atasından miras qalmış 18-ci xromosomun surətində olduqda baş verir. yox o qoyunun anasından miras qalan 18 -ci xromosomun surətində. [65]

ICSI daxil olmaqla, in vitro gübrələmə 3,7 odds nisbəti (95% güvən intervalı 1,4-9,7) ilə çap pozğunluqları riskinin artması ilə əlaqələndirilir. [66]

Kişi sonsuzluğu Düzəliş

Kişi sonsuzluğu ilə əlaqəli sperma H19 genində epigenetik tənzimləmələr müşahidə edilmişdir. [67] Həqiqətən, H19 basdırılmış genində metilasyon itkisi, infertil kişilərdən alınan sperma nümunələrində MTHFR geninin təşviqçisi hipermetilasiyası ilə əlaqədar olaraq müşahidə edilmişdir. [68]

Prader-Willi/Angelman Redaktə edin

İnsanlarda təsvir ediləcək ilk izlənmiş genetik xəstəliklər qarşılıqlı olaraq miras alınan Prader-Willi sindromu və Angelman sindromu idi. Hər iki sindrom 15q11-13 xromosom bölgəsinin (15-ci xromosomun uzun qolunun 11-ci bandı) itirilməsi ilə əlaqələndirilir. Bu bölgə ata tərəfindən ifadə edilən SNRPN və NDN genlərini və ana tərəfindən ifadə olunan UBE3A genini ehtiva edir.

  • Bu bölgənin silinməsinin ata tərəfindən irsiyyəti Prader-Willi sindromu (hipotoniya, piylənmə və hipoqonadizm ilə xarakterizə olunur) ilə əlaqələndirilir.
  • Eyni silinmənin anadan miras qalması Angelman sindromu ilə əlaqələndirilir (epilepsiya, titrəmə və daimi gülümsəyən üz ifadəsi ilə xarakterizə olunur).

DIRAS3 (NOEY2 və ya ARH1) Redaktə edin

DIRAS3, insanlarda 1 -ci xromosomda yerləşən, ata tərəfindən ifadə edilmiş və ana tərəfindən basılmış bir gendir. Azaldılmış DIRAS3 ifadəsi, döş və yumurtalıq xərçənglərinin 41% -də yumurtalıq və döş xərçəngi riskinin artması ilə əlaqədardır və DIRAS3 tərəfindən kodlanan zülalın bir şiş bastırıcı gen olaraq fəaliyyət göstərdiyini ifadə etmir. [69] Buna görə də, əgər uniparental disomiya baş verərsə və bir insan hər iki xromosomu anadan miras alarsa, gen ifadə edilməyəcək və fərd döş və yumurtalıq xərçəngi üçün daha böyük riskə məruz qalacaq.

Digər Redaktə

"İmprinted beyin fərziyyəsi" balanssız izlərin autizm və psixozun səbəbi ola biləcəyini iddia edir.

Böcəklərdə, iz bütün xromosomları təsir edir. Bəzi həşəratlarda bütün ata genomu kişi nəsillərində susdurulur və beləliklə cinsiyyətin təyin edilməsində iştirak edir. Imprinting, arrenotoki də daxil olmaqla, erkək nəsillərdə atadan miras qalmış xromosomları aradan qaldıran digər həşəratlardakı mexanizmlərə bənzər təsirlər yaradır. [72]

Plasental növlərdə, ana-övlad qarşıdurması, embrionların ana qida təminatını pozmaq üçün genomik izləmə kimi strategiyaların təkamülü ilə nəticələnə bilər. Tapmaq üçün bir neçə dəfə cəhd edilməsinə baxmayaraq, platipus, sürünənlər, quşlar və balıqlarda genomik izlər tapılmadı. Pseudemoia entrecasteauxii, plasental sürünənlərdə genomik izin olmaması maraqlıdır, çünki genomik izin canlılığın təkamülü və plasental qida nəqli ilə əlaqəli olduğu düşünülür. [73]

Süd və ətlik mal-qara kimi ev heyvanlarında aparılan tədqiqatlar, Holşteyn-Friz mal-qarasında süd məhsuldarlığı da daxil olmaqla, [74] [75] [30] bir sıra iqtisadi əlamətlərdə çap olunmuş genləri (məsələn, IGF2) təsirləndirmişdir. [76]

Bənzər bir izləmə fenomeni çiçəkli bitkilərdə (angiospermlər) də təsvir edilmişdir. [77] Yumurta hüceyrəsinin mayalanması zamanı, ikinci bir ayrı döllənmə hadisəsi, embrionu məməli plasentaya bənzər şəkildə qidalandıran ekstraembrionik bir quruluş olan endospermanın yaranmasına səbəb olur. Embriondan fərqli olaraq, endosperm tez -tez iki ana hüceyrənin kişi gameti ilə birləşməsindən əmələ gəlir. Bunun nəticəsində triploid genom yaranır. Ananın ata genomunun 2: 1 nisbətinin toxum inkişafı üçün çox vacib olduğu görünür. Bəzi genlərin hər iki ana genomundan, digərlərinin isə yalnız ata nüsxəsindən ifadə edildiyi təsbit edilir. [78] Bu basılmış genlərin, çiçəkli bitkilərdə diploidlər və ototetraploidlər arasında hibridləşməni maneə törədən triploid blok təsirindən məsul olduğu irəli sürülmüşdür. [79]


İzlərin yaradılması, saxlanması və silinməsi

İlk möhürlənmiş genlərin eyniləşdirilməsi (Igf2r, Igf2H19) 1991-ci ildə (Barlow et al., 1991 Bartolomei et al., 1991 DeChiara et al., 1991) genomik çapın vaxtını və yerləşdirilməsini birlikdə idarə edən izin yaradılması, saxlanması və silinməsi mexanizmlərinin aydınlaşdırılması istiqamətində ilkin səylərə səbəb oldu. 1). ICR-lərin allele-spesifik DNT metilasiyası gübrələmədən sonra valideynlərə xas izlərin verilməsi üçün ən yaxşı namizəd mexanizm kimi təqib edilmişdir. Üstəlik, valideyn genomlarını ayırd etmək mümkün olduqda valideynə xas izlərin qoyulması fərziyyəsi tədqiqatçıları gametogenez zamanı, ana və ata genomları ayrı-ayrı bölmələrdə olduqda və müstəqil şəkildə dəyişdirilə biləndə metilləşmənin əldə edilməsini təhlil etməyə sövq etdi. Əvvəlcə atanın spesifik metilasyonunun olduğu göstərildi H19/Igf2 ICR, erkək cücərmə zolağında mayozun başlanmasından əvvəl, progmatmatogoniyada doğuşdan əvvəl əldə edilir (Davis və digərləri, 2000). Bunun əksinə olaraq, anaya xas ICR metilasiyası artan oositlərdə doğuşdan sonra baş verir, fərqli ICR-lər oosit böyüməsi zamanı bir qədər fərqli vaxtda metilləşir (Lucifero et al., 2004). Hər iki rüşeym xəttində DNT metilasiyası onların təsiri ilə qurulur de novo DNA metiltransferaz 3a (DNMT3A) və köməkçi protein DNMT3L (Bourc'his et al., 2001 Hata et al., 2002 Kaneda və digərləri, 2004 Okano və digərləri, 1999). Germ xəttində allele-spesifik DNT metilasiyası üçün spesifik ardıcıllığın necə seçildiyi hələ də zəif başa düşülsə də, son işlər göstərmişdir ki, ICR ardıcıllıqları vasitəsilə transkripsiya DNT metiltransferaza zülalları üçün əsas təlimatlandırıcı addım təmin edir (Chotalia et al., 2009 Henckel et al. , 2012).

Siçan inkişafı zamanı genomik izlərin qurulması, saxlanılması və silinməsi. İzlər inkişaf zamanı yetkin rüşeym xəttində (açıq yaşıl dairələr) cinsinə uyğun olaraq əldə edilir, ata izləri (mavi xromosomlar) doğuşdan əvvəl və ana izləri (çəhrayı xromosomlar) doğuşdan sonra qurulur. Bu izlər, ata genomunun aktiv demetilasiyası və ana genomunun passiv demetilasiyası da daxil olmaqla, döllənmədən sonra meydana gələn DNT metilasyonunda qlobal dəyişikliklərə baxmayaraq saxlanılır. Bu izlər yetkinlik dövründə somatik toxumalarda saxlanılır. İlkin cinsiyyət hüceyrələrində (PGC, tünd yaşıl dairələr) izlər silinir (boz xromosomlar) və sonrakı nəsil üçün sıfırlanır.

Siçan inkişafı zamanı genomik izlərin yaradılması, saxlanması və silinməsi. İzlər, inkişaf əsnasında yetkin cücərmə xəttində (açıq yaşıl dairələr) əldə edilir, doğuşdan əvvəl ata izləri (mavi xromosomlar), doğuşdan sonra isə ana izləri (çəhrayı xromosomlar) yaradılır. Bu izlər, ata genomunun aktiv demetilasiyası və ana genomunun passiv demetilasiyası da daxil olmaqla, döllənmədən sonra meydana gələn DNT metilasyonunda qlobal dəyişikliklərə baxmayaraq saxlanılır. Bu izlər yetkinlik dövründə somatik toxumalarda saxlanılır. İlkin germ hüceyrələrində (PGCs, tünd yaşıl dairələr) izlər silinir (boz xromosomlar) və növbəti nəsil üçün yenidən qurulur.

Döllənmədən sonra, genomun yenidən proqramlaşdırılmasına və bu anda meydana gələn DNT demetilasyonuna baxmayaraq, valideynlərə xas izlər saxlanılmalıdır (Bartolomei və Ferguson-Smith, 2011). DNT-nin yeni sintez edilmiş zəncirini metilləşdirən DNMT1 metitransferazasının saxlanma fəaliyyətinə əlavə olaraq, çox güman ki, unikal tanınması cis-hərəkət edən ardıcıllıqlar trans-fəaliyyət göstərən amillər gübrələmə sonrası yenidən proqramlaşdırmadan müdafiəni təmin edir. Məsələn, ana faktoru PGC7 (həmçinin STELLA və ya DPPA3 kimi tanınır) dimetilatlanmış histon 3, lizin 9 qalıqları ilə qarşılıqlı təsir yolu ilə hərəkət edərək, erkən siçan embrionunda DNT metilasiyasının saxlanmasında ümumi rol oynayır (Nakamura və digərləri, 2012). Bundan əlavə, sink barmaq protein homologu 57 (ZFP57) çap edilmiş genlərin tənzimlənməsində daha spesifik rol oynayır. ZFP57 müvəqqəti neonatal diabet xəstələrində mutasiyalar təsbit edildi və bir neçə basılan lokusda qüsurlu DNT metilasyonu ilə əlaqədardır (Mackay və digərləri, 2008). Buna uyğun olaraq, Zfp57 null siçanların hamısında deyil, bir çox yerlərində çap etmə itkisi göstərir (Li və digərləri, 2008). Mümkündür ki, digər hələ müəyyən edilməmiş zülallar da erkən embrionda ICR-lərdə DNT metilasiyasını saxlayır.

Nəhayət, imprinting dövrünü başa çatdırmaq üçün, biparental izlərin somatik nümunəsi erkən embrionda somatik hüceyrələrdən toplanan primordial mikrob hüceyrələrində (PGC) silinir. Bu silinmə prosesi yaxşı başa düşülməsə də, belə görünür ki, izlər bir sıra aktiv və passiv hadisələr, o cümlədən 5-in oksidləşməsini kataliz edən metilsitozin dioksigenazların on-on bir translokasiya (Tet) ailəsinin təsiri ilə itirilir. metilsitozindən 5-hidroksimetilsitozinə (Dawlaty et al., 2013 Hackett et al., 2013 Yamaguchi et al., 2013), həmçinin DNT təmir maşınlarının hərəkəti (Pastor və digərləri, 2013). Bundan əlavə, DNMT1 tərəfindən yeni kopyalanan DNT -nin metilasiyası, ehtimal ki, Uhrf1, DNMT1 -in replikasiya çəngəlinə cəlb edilməsi üçün vacib bir faktor (Kagiwada et al., 2012).


Materiallar və metodlar

F1 hibridləri C57Bl/6J və PWK/PhJ siçan suşlarının qarşılıqlı şəkildə kəsişməsi nəticəsində yaranıb. F1 siçanlarından siçan süd vəzi toxumaları LD-15-də toplanmış və parçalanmışdır. Ümumilikdə beş C57BL/6 × PWK/PhJ F1 hibridləri və dörd PWK/PhJ × C57BL/6 F1 hibridləri nümunə götürülüb. Bütün eksperimental və heyvanlara qulluq və rəftar prosedurları CAS, Kunming Zoologiya İnstitutunun Etika Komitəsi tərəfindən təsdiq edilmiş protokollara uyğun olaraq həyata keçirilmişdir.

RNT çıxarılması və sıralanması

Total RNT, TRIzol reagentindən (Həyat Texnologiyaları) istifadə edərək hasil edilmişdir. RNT konsentrasiyaları və A260 nm/A280 nm nisbətləri NanoDrop ND-1000 spektrofotometri ilə ölçülmüşdür (Thermo Scientific). RNA nümunələri, IllRina X-Ten platformasında mRNA ardıcıllığı nümunə hazırlanması üçün göstərilən protokollara uyğun olaraq sıralanmışdır.

Hizalama və tapşırığı oxuyun

Ardıcıl oxunuşlar Trimmomatic (v0.36) istifadə edərək keyfiyyətə nəzarət edildi (Bolger et al., 2014). Hizalama keyfiyyətini artırmaq və valideyn genomları ilə istinad ardıcıllığı arasındakı genetik məsafələrdəki fərqlərin səbəb olduğu önyargıları minimuma endirmək üçün, ardıcıl oxunuşları valideynin "yalançı genlərinə" uyğunlaşdıraraq əvvəlki analiz strategiyasını (Crowley və digərləri, 2015) uyğunlaşdırdıq. Daha sonra, hər bir xəritələmə nəticəsinin koordinatlarını mm10 istinad genomuna köçürmək və oxuduğu valideynlərin mənşəyini müəyyən etmək üçün pilapel və asma vasitələrdən istifadə etdik (Huang et al., 2014). İG-lər eşik həddi və/yaxud defolt üsullarla tövsiyə olunan iş axınına əsasən (3 × 2-dən çox replika mövcud olduqda) ISOLDE skripti ilə müəyyən edilmişdir. Valideynlərin oxunuşlarının təyin edilməsi və IG-lərin identifikasiyası Əlavə materialda təsvir edilmişdir.

HC11 hüceyrə xəttindən olan RNT seq məlumatları, keyfiyyətə nəzarət oxunduqdan sonra Ensembl gen annotasiya faylı (Release 96) ilə Hisat2 (Kim et al., 2019) istifadə edərək birbaşa siçan genomuna (mm10) uyğunlaşdırıldı. FeatureCounts boru kəməri, gen səviyyəsində oxunma sayının cədvəlini hazırlamaq üçün istifadə edilmişdir (Liao və digərləri, 2014). Diferensial ifadə təhlili edgeR (Robinson et al., 2010) istifadə edilərək həyata keçirilmişdir.

Transkriptome annotasiya faylı

IG-lərin identifikasiyası üçün gen annotasiya faylı üç annotasiya mənbəyini, yəni Ensembl (Wang və digərləri, 2011), RefSeq (Andergassen et al., 2017) və ardıcıllaşdırılmış hibrid fərdlərdən RNT-seq məlumatlarından istifadə edərək yeni yığılmış transkriptləri birləşdirməklə yaradılıb. bu işdə və Andergassen və digərlərindən RNA-seq məlumatları. (2017). Təfərrüatlar Əlavə materialda təsvir edilmişdir.

Prior IG-lər www.geneimprint.com və www.har.mrc.ac.uk/research/genomic_imprinting saytından götürülüb. Protein kodlaşdıran genlə əlaqəli GOBP şərtləri haqqında məlumatlar GSEA üçün Ensembl BioMarts verilənlər bazasından alındı.

ScRNA-seq məlumat təhlili

ScRNA-seq məlumatları Walid T. Khaledin laboratoriyasından buraxılan NCBI GEO verilənlər bazasından endirildi (Bach və digərləri, 2017). Giriş faylları Seurat paketindən (v3.1) istifadə edərək əvvəlcədən işlənmişdir (Stuart et al., 2019). Hüceyrələr, ümumi gen sayı, bənzərsiz molekulyar identifikatorlar və mitokondrial genlərlə əlaqəli molekulların faizi ilə idarə olunurdu. Müvafiq hüceyrə markerləri (məsələn, epiteliya hüceyrələri: Epcam, Cd24a, Cd29, Krt14 və Krt18 immun hüceyrələri) istifadə edərək epiteli olmayan hüceyrələri çıxarmaq üçün hüceyrələrə ilkin ölçü azalması (xətti və xətti olmayan ölçü azalmaları müvafiq olaraq RunPCA və RunUMAP tərəfindən həyata keçirilmişdir): Cd74, Cd72 və Cd54 endotel hüceyrələri: Eng, S1pr1 və Emcn və perisit hüceyrələri: Des və Cspg4). Fərqli epiteliya markerlərinin yüksək ifadəsini göstərən qruplar (məsələn, bazal və luminal markerləri eyni vaxtda ifadə edən qruplar) ikili qruplar kimi təsnif edildi və bioinformatik hesablamalara potensial təsirini azaltmaq üçün silindi (Bach və digərləri, 2017). Nəhayət, aşağı axın analizi üçün MaSC, bazal, mioepiteliya və luminal hüceyrələr daxil edilmişdir. ScRNA-seq məlumatları hər bir hüceyrədə mövcud olan transkriptlərin yalnız kiçik bir hissəsini ardıcıllıqla sıraladı, bu da aşağı və ya orta ifadəli genlərin etibarsız kəmiyyəti ilə nəticələnə bilər və beləliklə, genlər arasında PCC analizi də daxil olmaqla, aşağı axın təhlilinə mane ola bilər (Huang et al., 2018). cütlüklər. Beləliklə, gen ifadəsini bərpa etmək üçün SAVER-dən istifadə etdik. Hesablama yükünü və vaxt istehlakını azaltmaq üçün mümkünsə hər bir soydan 500 hüceyrəni yenidən nümunə götürdük. Ümumilikdə, gen ifadəsinin bərpası və aşağı axın PCC hesablanması üçün 3843 hüceyrə istifadə edilmişdir.

GSEA istifadə edərək IG-lərin funksional annotasiyası

Hmisc paketindən istifadə etməklə hər bir gen arasında PCC-lər R-də hesablanmışdır. Genlər əhəmiyyətli dərəcədə əlaqəlidir (P ≤ 0.01) spesifik IG-lər PCC-lər tərəfindən sıralandı və fgsea paketindən istifadə etməklə GO zənginləşdirmə qiymətləndirməsi üçün seçildi (Sergushichev, 2016), bu da aşağı axın təhlili üçün sıralanmış logFC əvəzinə sıralanmış PCC-lərdən istifadə etməyi nəzərdə tuturdu. IG və əhəmiyyətli GOBP gen dəstləri arasında bir əlaqə matrisi qurduq (P ≤ 0.01), müvafiq olaraq 1, −1 və 0 ilə müsbət, mənfi və əhəmiyyətli korrelyasiya yoxdur. GO -nun zənginləşdirilməsinin istilik xəritəsi R -də pheatmap istifadə edərək tərtib edilmişdir.

IGN tikintisi

IG-lərin birgə tənzimləmə və ya ortaq ifadə modulları sırasıyla Monocle-3 və WGCNA istifadə edərək təhlil edildi. Bu analiz üçün SAVER tərəfindən əldə edilən gen ifadəsi matrisi istifadə edildi. Monocle-3 üçün, default parametrləri ilə modul tikintisi üçün find_gene_modules istifadə edilmişdir. WGCNA üçün birgə ifadə profili addım-addım şəbəkə qurulması və modul aşkarlama strategiyalarından istifadə etməklə müvafiq parametrlərlə (məsələn, softPower = 12, type=‘imzalanmış’, MEDissThres = 0.7) hesablanmışdır. Sonra hər bir modulda paylanmış IG -lər alındı. Hər bir IG arasındakı əlaqə üç yolla hesablanmışdır: (i) Birbaşa müvafiq kəsmə dəyərindən istifadə etməklə (məsələn, |PCCs| ˃ 0.4 və P & lt 0.01) (ii) Şəbəkəni Cytoscape-ə ixrac etmək üçün WGCNA və 'eşik = 0.1' istifadə edərək əlaqə qurmaq (iii) Qarşılıqlı dərəcə (MR) kəsilməsindən istifadə etməklə (MR & lt 575). MR hesablanması və IGN quruluşu Əlavə materialda təsvir edilmişdir. Şəbəkə daxilindəki əlaqələr Cytoscape tərəfindən nümayiş etdirildi. Alt şəbəkələrin bioloji funksiyaları, hər bir alt şəbəkədə müvafiq olaraq əlaqəli IG olmayan DAVID istifadə edərək təhlil edildi. Hər bir IG üçün, göstərilən bioloji funksiyalar clusterProfiler-də enrichGO və enrichKEGG funksiyalarından istifadə edərək, birgə ifadə edilən qeyri-IG-lər tərəfindən nəticə çıxarıldı (Yu və digərləri, 2012).

Qübbə meydana gəlməsi təhlili

HC11 hüceyrələri 10% fetal iribuynuzlu zərdab (FBS), 5 μg/ml insulin, 5 μg/ml gentamisin sulfat və 10 ng/ml epidermal böyümə faktoru (EGF) ilə əlavə edilmiş RPMI-1640 mühitində yetişdirildi. Laktojenik diferensiasiya təhlili üçün birləşmə HC11 hüceyrələri 24 saat ərzində EGF olmadan ac qaldı, sonra DIP ortamı (1 μM deksametazon, 5 μg/ml insulin və 5 μg/ml prolaktin) əlavə edildi.

İmmunofloresans

Müxtəlif inkişaf mərhələlərində olan süd vəziləri 4%-li paraformaldehiddə (PFA) bərkidilmiş və parafinə daxil edilmişdir. İmmunofluoressensiya üçün bölmələr dərəcəli spirtdə rehidratlandı, sonra antigen axtarışı 10 mM natrium sitrat tamponunda 20 dəqiqə həyata keçirildi. Slaydlar 10% keçi serumunda 2 saat bloklandı, sonra 4 ° C -də bir gecədə birincil antikorlarla inkübe edildi. Slaydlar fosfat tamponlu duzlu su ilə (PBS) üç dəfə (hər dəfə 5 dəq) yuyuldu və 1 saat otaq temperaturunda ikincil antikorlar ilə inkübe edildi. İstifadə olunan əsas antikorlar Sgce (1: 100, Abcam) və Ube3a (1: 100, Proteintech) idi və ikinci dərəcəli antikor flüoresan etiketli dovşan əleyhinə idi (1: 200, KPL).

QRT-PCR

Ümumi RNT TRIzol reagentindən istifadə edərək çıxarıldı və sonra təqdim edilmiş təlimatlara uyğun olaraq PrimeScript™ RT reagent dəstindən istifadə edərək cDNA-ya çevrildi. Bundan sonra qRT-PCR, SYBR Green PCR Master Mix istifadə edərək QuantStudio 3 alətində həyata keçirildi. QRT-PCR analizi üçün istifadə olunan primer sıralar Əlavə Cədvəl S4-də verilmişdir.

Mamosfer formalaşması təhlili

MaSC-lər saxlanıla və keçə bilər in vitro süspansiyonda və mamosfer sayımlarında yetişdirilən sahələr özünü yeniləmə qabiliyyətini təmsil edə bilər (Guo et al., 2012). Süd vəzinin epiteliya hüceyrələri əvvəllər bildirildiyi kimi yetişdirilmişdir (Chakrabarti et al., 2012). Süd vəzilərinin əsas epitel hüceyrələri vektorlarla transfeksiya edildi və sonra 20000 hüceyrə/ml sıxlıqda 96 quyulu, ultra aşağı əlavə lövhələrə yerləşdirildi və sonra 2 həftə ərzində 37°C-də inkubasiya edildi. Bundan sonra mamosferlərin sayı hesablanıb.

Transplantasiya təhlili

Mammary epitel hüceyrələrinin tək hüceyrəli dayandırılması Sgce nokdaun təmizlənmiş yağ yastıqlarına enjeksiyon üçün hazırlanmışdır. Transplantasiya analizi müxtəlif nömrələrlə aparılmışdır Sgce məmə əsas hüceyrələri 50% PBS və 50% Matrigel ilə yenidən dayandırılır. MaSC tezliyi həddindən artıq məhdudlaşdırıcı seyreltmə təhlili (ELDA) istifadə edərək hesablanmışdır (Lim və digərləri, 2010).

ChIRP təhlili

Triplex əmələ gətirən oligonükleotid (TFO) məlumatları LongTarget veb saytından (http://lncrna.smu.edu.cn/show/download) alınmışdır (Liu və digərləri, 2017). Biotin ilə etiketlənmiş H19 -un 4–50 nt (TFO1) və 1870–1926 nt (TFO2) mövqelərində olan RNT sekansları istifadə edilmişdir. Bu analiz əvvəllər dərc edilmiş protokollar (Postepska-Igielska və digərləri, 2015) və əvvəlki araşdırmalarımızdan (Wang və digərləri, 2018) sonra həyata keçirilmişdir. Bu analizdə HC11 hüceyrə xəttinin hüceyrə nüvələri sonikləşdirildi (20 dövr, 30 saniyə AÇIQ və 45 saniyə OFF) və 4°C-də 5 dəqiqə ərzində 10000 rpm-də fırlandı.

Məlumat girişi

Bu yazıda bildirilən xam ardıcıllıq məlumatları, CRA001791 və CRA002258 nömrələri altında, BIG Məlumat Mərkəzində, Pekin Genomika İnstitutunda (BIG), Çin Elmlər Akademiyasındakı Genom Ardıcıllığı Arxivində (Wang et al., 2017a) saxlanılmışdır. http://bigd.big.ac.cn/gsa ünvanında ictimaiyyətə açıqdır. NCBI GEO və SRA məlumat anbarından qəbul edilən digər məlumatların giriş nömrələri müvafiq olaraq GSE106273 və SRP067322 -dir.


İmprinted genlər hamiləlik və laktasiya dövründə ananın resurs bölgüsünə nəzarət edir

Bir genin çapı üçün bu seçici təzyiq demək olar ki, yalnız ana-övlad interfeysində təsir göstərərək, çap olunmuş genlərə ana resurslarının bölüşdürülməsinə təsir etməkdə unikal rol verdi. Ananın qaynaq bölgüsü həm konsepsiyadan, həm də anadan asılıdır və möhürlənmiş genlərin rolu bunu əks etdirir, hər ikisini də təsir edən və ikisi arasındakı ünsiyyətdə iştirak edən gen hərəkətləri. Ananın enerji tədarükünü modulyasiya etmək anlayışında hərəkət edən basılı genlər, plasentada və fetusda fəaliyyət göstərənlərə bölünə bilər.

Plasenta vasitəsilə fetal resursun alınması

İnkişaf edən fetusa qida maddələrinin verilməsi sürəti plasentadan asılıdır. Dölün inkişafı üçün əsas substrat qlükozadır. Ana -fetal qlükoza köçürülməsi, ana -fetal qan qlükoza konsentrasiyası gradienti, qan axınının sürəti və plasental qlükoza daşıyıcısının sıxlığı da daxil olmaqla bir çox amillərdən qaynaqlanır (Hay, 1991). Plasental amin turşusunun ananın qan dövranından dölə daşınması konsentrasiya qradientinə qarşı işləyir və xüsusi daşıyıcı zülallar tələb edən enerjidən asılı bir prosesdir (Hay, 1991).

İnsintin və siçanların üzərində çap işlərinin aparılması ən geniş yayılmışdır. Bu orqanizmlər oxşar plasenta fiziologiyasını bölüşürlər: hər ikisi ana qanının endoteldən deyil, trofoblast hüceyrələri ilə örtülmüş sinusoidal boşluqlardan keçdiyi hemoxorial plasentadan istifadə edir və qida maddələrinin daha səmərəli ötürülməsinə imkan verir (Rai və Cross, 2014-cü ildə nəzərdən keçirilmişdir). Plasentadakı fərqli hüceyrə populyasiyaları, trofoblast və ekstraembrional mezoderm, döllənmədən sonra ana uterin dekiduasına girən trofoblast hüceyrələri ilə embriogenezin əvvəlində fərqlənir. Siçanlarda hamiləliyin ortalarında ana qan axınını plasentadan keçirən trofoblast hüceyrələri ilə ekstraembrional mezodermin (bu, embrion damarlarını meydana gətirəcək) interkalasiyası nəticəsində müəyyən plasenta əmələ gəlir. Plasentanın ana və fetal dövriyyəsinin bir -birinə zidd olduğu hissəsi siçanlarda labirint olaraq bilinir. Trofoblast daha sonra həm endokrin, həm də enerji saxlama xüsusiyyətlərinə malik olan çoxlu hüceyrə tiplərinə fərqlənir (Rai və Cross, 2014).

Imprinted genlərin plasentanın inkişafı və qida daşıma qabiliyyətinə təsiri yaxşı qurulmuşdur və geniş şəkildə nəzərdən keçirilmişdir (Fowden et al., 2011 Monk, 2015). Əksər genlər plasentada monoallel olaraq ifadə olunur və orqanı quran erkən inkişaf proseslərini idarə etdiyi göstərilir [məs. Peg10 (Ono və digərləri, 2006)]. Əlavə olaraq, möhürlənmiş gen məhsulları labirent ölçüsünü və mübadilə üçün səthini modulyasiya edə bilər [Igf2 (Sibley et al., 2004) və Artım faktoru ilə əlaqəli protein 10 (Grb10 Charalambous və başqaları, 2010)]] həmçinin damar dallanma sıxlığı [Aquaporin (Guo və başqaları, 2016)]. Plasentaya basılmış genlər, trofoblastdan çıxarılan endokrin hüceyrələrin fərqlənməsinə nəzarət edərək ana fiziologiyasına da birbaşa təsir edə bilər (John, 2017-də nəzərdən keçirilmişdir).

Fetal qaynaqların əldə edilməsində iştirak edən çap olunmuş genlər

Ana toxumalarından qidalanma və fetal böyümə nisbətləri bir -biri ilə əlaqəli proseslərdir (Hay, 1991). İmprinted genlər birbaşa dölün böyüməsini təşviq edən yollarda hərəkət edə bilər və beləliklə, ana resurslarına tələbatı artırır. IGF yolu dölün böyüməsini təşviq edən əsas yoldur və çap olunmuş genlər tərəfindən kodlanmış iki əsas komponentdən ibarətdir (Igf2Igf2r DeChiara və başqaları, 1991 Lau və başqaları, 1994 Wang və başqaları, 1994). Dölün böyüməsi də daxil olmaqla, basılmış genlər tərəfindən məhdudlaşdırılır Siklindən asılı kinaz inhibitoru 1C [Cdkn1c (Tunster et al., 2011)] və Grb10 (Charalambous et al., 2003). Grb10 siqnalizasiyanı maneə törətmək üçün tirozin-kinaz reseptorlarının aşağı axınında hərəkət edən bir adapter zülalını kodlaşdırır və rapamisin (mTOR) yolunun qida algılayan mexaniki hədəfinin mühüm avtomatik tənzimləyici komponentidir (Hsu və digərləri, 2011 Yu və digərləri, 2011) ). Grb10 fetal böyümə stimulatoru ilə eyni siqnal yolunda hərəkət edə bilər Deltaya bənzər homoloq 1 (Dlk1 Madon-Simon və digərləri, 2014). Dlk1 qanda dolaşan həll olunan bir forma əldə etmək üçün parçalana bilən tək keçidli transmembran zülalını kodlayan atalıq olaraq ifadə olunan bir gendir (Smas və digərləri, 1997). Dlk1 embriondakı ifadə səviyyələri hamiləliyin ikinci yarısında embrion kütləsi ilə müsbət əlaqələndirilir (Cleaton et al., 2016). Dlk1 silinməsi böyümə geriliyinə səbəb olur (Cleaton et al., 2016 Moon et al., 2002) və həddindən artıq ifadə plasentadan asılı olmayaraq həddindən artıq böyüməyə səbəb olur (da Rocha et al., 2009). DLK1-in fəaliyyət göstərdiyi siqnal yolu hələ aydınlaşdırılmamışdır. Bununla birlikdə, fetusdan DLK1 ana qan dövranına salınır və qida məhdudiyyətinə hamiləliyin xüsusi reaksiyasını dəyişdirmək üçün hərəkət edir (Cleaton və digərləri, 2016).

Xülasə, konsepsiyada çap edilmiş genlər ananın resurs bölgüsündə dəyişiklik edərək məhsullar istehsal edir: (i) plasentanın daşıma qabiliyyətini dəyişdirərək (ii) daxili böyümə sürətinə təsir edərək dölün resurslara tələbatını artırır və (iii) ananın resursuna siqnal verir. ananın maddələr mübadiləsini dəyişdirən fetal/plasental hormonların istehsalı ilə ana.

Hamiləlik dövründə enerji homeostazı və resurs bölgüsü

Hamiləliyin enerjili dəyəri üç hissəyə bölünür: yəni konsepsiya məhsullarına yatırılan enerji, anada yağ toxuması olaraq yatan enerji və bu yeni toxumaların saxlanılması üçün lazım olan enerji (Thomson and Hytten, 1961). Yaxşı qidalanmış insanlar və gəmiricilər hamiləliyin ilk yarısında hamiləlik dövründə yağ toxuması ehtiyatlarını toplayırlar (Herrera və Ortega-Senovilla, 2014 King, 2000). Hamiləliyin ümumi dəyəri hamiləlik əvvəli piylənmə ilə əlaqələndirilir-bədən kütləsi indeksi (VKİ) daha yüksək olan insanlar hamiləlik dövründə həm yağ toxuması ehtiyatı, həm də konsepsiya kütləsi ilə daha çox kilo alırlar (Prentice və Goldberg, 2000). Bu, anadakı yağ ehtiyatlarının konsepsiyadan sonra orqanizmə qidalanma səviyyəsini istiqamətləndirən bir siqnal verə biləcəyini göstərir (Prentice və Goldberg, 2000). Leptin və digər adipokinlər bu cür siqnal molekulları üçün ideal namizədlərdir.

Yağ kütləsinə nisbətdə yalnız yağ toxuması tərəfindən ifraz olunan bir sitokin olan Leptin, iştahı, enerji xərclərini və reproduktiv davranışa nəzarət edən mərkəzi yollara enerji ehtiyatının vəziyyətini bildirməkdə əsas rol oynayır (van Swieten və digərləri, 2014). Enerji homeostazının hipotalamik nəzarəti üzərində leptinin hərəkəti mürəkkəbdir və ətraflı təsvir bu araşdırmanın əhatə dairəsindən kənardır. Qısaca, leptin, hipotalamusun (ARH) qövs nüvəsindəki birinci dərəcəli neyronların səthində ifadə olunan reseptorlarına siqnal verir. ARH-də iki neyron populyasiyası yaxşı müəyyən edilmişdir-leptin tərəfindən inhibe edilən oreksigenik nöropeptid Y (NPY)/Agouti ilə əlaqəli peptid (AGRP) neyronları və anoreksigen pro-opiomelanokortin (POMC) neyronları tərəfindən aktivləşdirilir. leptin (van Swieten və digərləri, 2014 -də nəzərdən keçirilmişdir). Bu neyronlar qidalanma davranışına nəzarət edən paraventrikulyar nüvə (PVN) və simpatik neyronal fəaliyyət səviyyəsini tənzimləyən dorsomedial hipotalamus (DMH) kimi ikincil hipotalamik sahələrə proyeksiya edir. Əhəmiyyətli bir ara siqnal molekulu, POMC nöronları tərəfindən ifraz olunan və leptinin aşağı hərəkətlərinə vasitəçilik etmək üçün melanokortin reseptorlarına təsir edən α-melanosit stimullaşdırıcı hormon (αMSH) nöropeptiddir (van Swieten və digərləri, 2014). AGRP αMSH əleyhinə təsir göstərir. Sadəcə, adekvat yağ mağazalarından yüksək bir leptin səviyyəsi, orexigenic nöronal yolları deaktiv edərək iştahı azaldır və aktivliyi və simpatik nöronal aktivliyi artıraraq enerji xərclərini artırır. Simpatik neyron aktivliyin artması, qəhvəyi və bej yağ toxumasında termojenik genlərin ifadəsini aktivləşdirərək bədən istiliyini artırır (van Swieten və digərləri, 2014). Yağ ehtiyatlarının az olması əks reaksiya seriyası ilə nəticələnir. Birlikdə götürdükdə, bu mexanizmlər bədən çəkisini dar diapazonda saxlayan homeostatik “təyin edilmiş nöqtəni” saxlayır.

Leptin siqnal yolu komponentlərinin genetik və ekoloji modulyasiyaları bu təyin olunan nöqtələrin dəyərində dəyişikliklərə və ya homeostazın əldə edilməməsinə səbəb ola bilər. Məsələn, perinatal dövrdə yüksək yağlı ana pəhrizinə məruz qalan siçan balaları ARH və PVN arasında nöronal əlaqə qura bilmir, nəticədə bədən tərkibi dəyişir və böyüklər kimi metabolik xəstəliklərə meyllidir (Vogt və s., 2014) ). Leptin çatışmazlığı (ob/obsiçanlar və mərkəzi melanokortin yolunun komponentlərində mutasiyaya məruz qalan insanlar hiperfajik və obezdirlər - leptin çatışmazlığı və ya müqavimət səbəbiylə bədən çəkisinin daha yüksək bir nöqtəsini saxlayırlar (Farooqi və O'Rahilly, 2014 tərəfindən nəzərdən keçirilmişdir).

Zamanlı leptin əvəzedici terapiyadan istifadə edən zərif işlər ob/ob siçanlar bu adipokinin çoxalmada geniş rola malik olduğunu nümayiş etdirdilər (Malik və digərləri, 2001). Leptin siqnalı məhsuldarlıq üçün [gonadotropinin salınmasını (Padilla və s., 2017) nəzarət etməklə), konsepsiya və implantasiya üçün lazımdır. Bundan əlavə, leptin laktasiya üçün perinatal dövrdə və doğuşdan sonra müvafiq ana davranışları üçün tələb olunur (Malik et al., 2001).

Hamiləlik leptin müqaviməti ilə əlaqələndirilir. Hamiləliyin ikinci yarısında ana qanında dövr edən leptin səviyyəsi yüksəlir, lakin ARH -də oreksigenik peptidlərin NPY və AGRP -nin ifadəsi sabit olaraq qalır. Bundan əlavə, hamilə siçovullara leptin vurulması qida qəbulunu boğmur və ya aşağı αMSH yollarını aktivləşdirmir (Ladyman et al., 2010). Gec hamiləliyin leptin müqavimətinin plasental hormonların, xüsusən də prolaktin və plasental laktogen ailə molekullarının ifrazı ilə vasitəçilik edildiyi düşünülür. Dişi siçovullara intraserebroventrikulyar inyeksiya hamiləliyin leptin müqavimətini təqlid edir və prolaktin reseptorlarının ifadəsi enerji homeostazı ilə əlaqəli hipotalamik bölgələrdə geniş yayılmışdır (Ladyman və digərləri, 2010). Ardıcıl olaraq, siçanlarda prolaktin reseptorunun qlobal şəkildə silinməsi hamiləlik dövründə qlükoza homeostazında dəyişikliklərə səbəb olur, lakin bu fenotipə leptin siqnalının töhfəsi hələ açıq şəkildə sınanmamışdır (Rawn və digərləri, 2015). Bu səbəbdən, plasental hormon ifrazı ilə mərkəzi leptinə həssaslıq arasındakı qarşılıqlı təsir hamiləliyin düzgün bir ana reaksiyası üçün çox vacibdir.

İkinci bir adipokin, adiponektin, hamiləlik dövründə əhəmiyyətli funksiyalara malikdir. Adiponektin ölçülərinə görə adipositlərdən ifraz olunur və əsasən insulinə həssaslığı artırmaq üçün birdən çox toxumaya təsir göstərir (Stern və digərləri, 2016). Adiponektin səviyyələri həm gəmirici, həm də insan hamiləliyində düşür və laktasiya dövründə aşağı qalır (Combs et al., 2003 Howell and Powell, 2017). Gebeliğin ikinci yarısında aşağı adiponektin səviyyələrinin, ananın insulin müqavimətini artırdığı, bununla da ananın qlükoza alımını azaltdığı və ana -fetal qlükoza konsentrasiyası gradientini fetal mənimsəmə lehinə artırdığı düşünülür. Buna uyğun olaraq, insulinə davamlı olan obez hamilə qadınlar və gəmiricilər böyük körpələr doğur və adiponektin səviyyələrini daha da azaldır (Howell və Powell, 2017). Bundan əlavə, hamiləlik zamanı obez siçanlara adiponektin əlavə edilməsi həm ananın insulin müqavimətini, həm də dölün həddindən artıq böyüməsini geri qaytara bilər (Aye et al., 2015).

Siçanlarda silinmə və həddindən artıq ifadə modellərindən istifadə edən eksperimentlər nümayiş etdirdi ki, çap olunmuş genlər enerji homeostazında mühüm rol oynayır və nəticədə piylənmənin, adipokin istehsalının və həssaslığın sabit vəziyyət səviyyələrinin dəyişməsi ilə nəticələnir. However, many of these phenotypic alterations have not yet been tested directly for their contributions to the outcome of pregnancy, and adipokine levels during pregnancy have been measured for only very few imprinted gene manipulations (available data for murine models published to date are summarised in Table 2).

Murine models of imprinted gene regulation with details of energy homeostasis and maternal reproductive phenotypes and adipokine levels


Questions to answer & to ponder:

  • How might asymmetries be generated in the zygote?
  • How could two cells that express the same set of transcription factors, express different genes?
  • In terms of transcription factors and chromatin packing, why is it difficult to reverse differentiation?
  • Why might the organism want to reduce the number of stem cells it contains?
  • Based on your understanding of the control of gene expression, outline the steps required to reprogram a nucleus so that it might be able to support embryonic development.
  • What is necessary for cells to become different from one another - for example how do muscle cells and skin cells come to be different from one another?
  • What are the main ethical objections to human cloning? What if the clone were designed to lack a brain, and destined to be used for "spare parts"?

EPIGENETIC REGULATION AND MAMMALIAN GENOMIC IMPRINTING

Epigenetic mechanisms are heritable modifications to DNA and chromatin that do not involve changes in the DNA sequence itself but which can modulate gene expression and genome function [20, 21]. At the molecular level, epigenetic regulation involves chemical modifications to DNA such as methylation and hydroxymethylation, and to the histone proteins around which the DNA is wrapped, including acetylation, methylation, phosphorylation, and ubiquitylation and noncoding RNA (ncRNAs) action. It is becoming apparent that epigenetic modifications to developmental genes are very important cell-intrinsic programs that can interact with transcription factors and environmental cues to modulate cell maintenance and differentiation [22]. Indeed, epigenetic mechanisms seem to provide means for coordinately activating and repressing arrays of genes at specific steps in a differentiation pathway [23, 24].

During mammalian development, the vast majority of genes are expressed or repressed from both alleles. However, there are a small number of genes known as imprinted genes that are expressed monoallelically from either the maternally or paternally inherited chromosome [25]. Approximately 150 imprinted genes have been described in mammals (for a complete list, see http://www.mousebook.org/mousebook-catalogs/imprinting-resource) and are generally organised in clusters, although examples of singleton imprinted genes do exist [26, 27]. These clusters typically contain at least one ncRNA and both maternally and paternally expressed imprinted genes. An imprinting cluster is usually under the control of a DNA element called the imprinting control region (ICR), which consists of a differentially DNA-methylated region (DMR) on the two parental chromosomes (Fig. 2a). Thus, ICRs can be divided into those which are methylated on the paternally-inherited copy and those with maternally-inherited methylation. Imprints are usually established in the germline [28] and the deletion of a germline-derived ICR results in a loss of imprinting of multiple genes in the cluster [25] (Fig. 2b).

Imprinted genes are located in clusters that are under the control of the imprinting control region (ICR). (a) Mammalian somatic cells contain a maternally-inherited chromosome (pink) and a paternally-inherited chromosome (blue). Imprinted genes are located in clusters and can be expressed in the maternally-inherited chromosome and repressed from the paternally-inherited chromosome (green box A), or expressed in the paternally-inherited chromosomes and repressed from the maternally inherited chromosome (red box B). Imprinting in the cluster is regulated by a DNA element called the imprinting control region (ICR) that has differentially-methylated regions (DMRs) on the two parental chromosomes. (b) Mutations in the ICR can modify imprinting, thus affecting several genes in the cluster and resulting in a switch in the expression patterns with the paternally-inherited chromosome, thereby acquiring an epigenotype typical in the maternally-inherited chromosome, or vice versa.

There are also somatic or secondary DMRs that acquire their DMR status after fertilization. Somatic DMRs directly depend on the presence of a germline DMR [28]. Mapping experiments and germline DMR deletion experiments in mice demonstrate that the primary ICRs are essential to establish monoallelic expression and the secondary somatic DMRs play important roles in maintaining imprints [29–31].

It is well established that these parental-specific marks are assigned in the germline. At this time, both genomes are in distinct compartments and the modifications can be performed according to the sex of the transmitting gametes. During embryogenesis, the primordial germ cells (PGCs), which will give rise to the gametes, have the methylation patterns characteristic of somatic cells. However, in the genital ridges the imprints are erased during gamete formation to allow for re-establishment of new parental-specific marks (Fig. 3). After demethylation and differentiation of the PGCs, methylation is established at the ICRs in an allele-specific manner depending on whether the developing gamete is in the male or female germline. This occurs by a de novo methylation process catalysed by the DNMT3a DNA methyltransferase. DNMT3L is a regulatory co-factor of DNMT3a and is also required [32]. Maternal germline DMRs are found in gene promoters, whereas paternal germline DMRs are found in intergenic regions [28]. In male and female germ cells, DNA re-methylation occurs at different times of development. Paternal-specific methylation occurs prenatally in prospermatogonia before meiosis in the germline [33]. In contrast, maternal-specific ICR methylation takes place postnatally in growing oocytes [34]. We now know that many differentially-methylated regions are established in the germline. However, unlike imprints, they are not sustained after fertilisation [35]. Following fertilisation, a rapid, extensive reprogramming of the parentally-inherited genomes occurs and most DNA methylation is lost. However, the parental-specific imprint must be maintained during this period of dynamic epigenetic change and a memory of parental origin is propagated into daughter cells during somatic cell division (Fig. 3). Critical factors such as the Kruppel-like zinc finger protein ZFP57 protect imprints during the post-fertilisation epigenetic reprogramming period [36]. Somatic heritability is conferred by the DNMT1 DNA methyltransferase. DNMT1 acts with a maintenance function that recognizes newly replicated hemi-methylated DNA and places methylation on the newly replicated strand [37]. Indeed, DNMT1 and ZFP57 are repressed in PGCs, allowing new imprints to be established during gamete formation [38].

Establishment and maintenance of imprints during development. DNA methylation is erased in PGCs in the genital ridge. However, imprints are maintained in somatic cells throughout the organism’s lifetime. Imprints are acquired in a sex-specific manner in the germline: maternally and paternally-methylated ICRs gain DNA methylation in oocytes and sperm respectively for transmission to the next generation. Following fertilisation, the parental-specific imprints are maintained in the developing organism despite genome-wide reprogramming elsewhere. ZFP57 protects imprints during the post-fertilization epigenetic reprogramming period. DNMT3a and DNMT3L catalyse the de novo methylation process and DNMT1 participates in maintaining imprints in somatic tissues.


Teaching Resources & Other Classroom Activities

We believe that understanding the core concepts of epigenetic regulation discussed above is a critical learning objective for students, and below we discuss specific teaching strategies to achieve this. Most of the concepts covered in this review can be used to design a curriculum specific to epigenetics, as a unit in a college biology or human genetics course. This epigenetics unit will be most useful to students who have basic knowledge of chromatin structure and regulation of gene expression from introductory biology courses. Pedagogical tools such as in-class activities are excellent in helping students unpack some of the more challenging concepts in epigenetics. Several examples are provided here and can be scaled down in complexity for lower-division or introductory college courses. Finally, we believe that this review can also aid secondary biology teachers in designing an epigenetic unit and integrating it into their current curriculum.


Videoya baxın: Regulatory Hierarchies in Development, including Hox Genes (Noyabr 2022).