معلومة

9.12: الجينات المطبوعة - علم الأحياء

9.12: الجينات المطبوعة - علم الأحياء


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.

الجينات المطبوعة هي الجينات التي يتحدد تعبيرها من قبل الوالد الذي ساهم بها. تنتهك الجينات المطبوعة القاعدة المعتادة للوراثة التي يتم التعبير عنها بالتساوي في كلا الأليلين في الزيجوت المتغاير.

أمثلة على القاعدة المعتادة:

  • إذا كان الطفل يرث الجين لـ فصيلة الدم أ من أي من الوالدين والجين ل المجموعة ب من الوالد الآخر ، ستكون فصيلة دم الطفل AB.
  • إذا ورث الطفل الترميز الجيني الهيموغلوبين أ من أي من الوالدين ومن ترميز الجينات الهيموغلوبين S. من الوالد الآخر ، ستحتوي خلايا الدم الحمراء للطفل على كميات متساوية تقريبًا من نوعي الهيموجلوبين.

لكن هناك استثناءات قليلة لهذه القاعدة. تم العثور على عدد صغير من الجينات في الثدييات (حوالي 80 منهم في إحصاء حديث) وفي كاسيات البذور مطبوع. لأن معظم الجينات المطبوعة يتم قمعها أيضًا

  • ال الأم (موروث من الأم) يتم التعبير عن الأليل حصريًا لأن الأب (موروث من الأب) الأليل مطبوع أو
  • والعكس صحيح.

تبدأ العملية أثناء تكوين الأمشاج عندما

  • في الذكور يتم طبع جينات معينة في تطوير الحيوانات المنوية و
  • في الإناث ، يطبع البعض الآخر في البويضة النامية.

ستحتوي جميع الخلايا في الطفل الناتج على نفس مجموعة الجينات المطبوعة من الأب والأم باستثناء تلك الخلايا ("البلازما الجرثومية") التي من المقرر أن تستمر في تكوين الأمشاج. جميع البصمات - الأم والأب - تمحى فيها.

أمثلة

IGF2

- ترميز الجين عامل النمو الشبيه بالأنسولين -2

في البشر (والثدييات الأخرى مثل الفئران والخنازير) IGF2 يتم التعبير عن الأليل الموروث من الأب (الأب) ؛ الأليل الموروث من الأم ليس كذلك.

إذا بدأ التعبير عن كلا الأليلين في خلية ، فقد تتطور هذه الخلية إلى سرطان.

IGF2r

- الجين المشفر للخلية مستقبلات Igf-2

في الفئران IGF2r يتم التعبير عن الأليل الموروث من الأم ؛ هذا من الأب ليس كذلك. حسابات الطباعة التفاضلية لذلك ، والآلية موصوفة أدناه.

XIST

- الجين الذي يشفر الحمض النووي الريبي (RNA) الذي يحول أحد الكروموسومات X في خلية أنثوية إلى غير نشط هيئة البر. هذه العملية عشوائية في خلايا الأنثى الجنين وبالتالي فهي ليست مثالاً للطبع. ومع ذلك ، فإن جميع خلايا أغشيتها خارج الأغشية (التي تشكل السلى والمشيمة والحبل السري) بها كروموسوم الأب X غير نشط. يطبع من XIST موضع حسابات لهذا.

آلية البصمة الأبوية

تبدأ عملية البصمة في الأمشاج حيث يتم "وضع علامة" على الأليل المقدر أن يكون غير نشط في الجنين الجديد (سواء للأب أو للأم حسب الحالة). يبدو أن العلامة مثيلة من الحمض النووي في محفز (محفزات) الجين.

تضاف مجموعات الميثيل إلى السيتوزينات (Cs) في الحمض النووي. عندما يحدث هذا في امتدادات من Cs و Gs بالتناوب تسمى مواقع CpG في المحفز ، يمنع ربط عوامل النسخ بالمحفز وبالتالي إغلاق التعبير عن الجين.

على الرغم من أن المثيلة يبدو أنها بصمة الإشارة، فإن إبقاء الجين مغلقًا قد يتطلب إنتاج RNA.

غالبًا ما توجد مثيلة - وبالتالي تعطيل - محفزات الجينات الكابتة للورم في الخلايا السرطانية.

ال IGF2r الجين

تقرير في طبيعة سجية (16 أكتوبر 1997) بواسطة Wutz et al ، يكشف أن:

في الأم (الأم) نسخة من الجين ،

  • هناك مروج منبع (يسار) غير ميثيل ونشط
  • يتيح ربط عوامل النسخ لهذا المحفز الأولي إمكانية نسخ خيط إحساس الجين لإنتاجه Igf2r messenger RNA.
  • هناك أيضًا مجموعة متلقية من مواقع CpG التي يتم ميثليتها

في الأب (الأب) نسخة من IGF2r الجين (النسخة المطبوعة)

  • المروج ل IGF2r النسخ مميثل (وغير نشط) ،
  • لكن المروج النهائي غير ميثيل ونشط.
  • ينتج نسخ الشريط المضاد من معزز المصب مضاد RNA (RNA طويل غير مشفر) يشارك في إيقاف عمل جينه.

XIST

ال XIST locus على كروموسوم X يشفر أ طويل الحمض النووي الريبي غير المشفر التي تغلق كل (أو كل) الجينات الأخرى على الكروموسوم ، وتحويلها إلى غير نشط هيئة البر.

هل البصمة مهمة؟

نعم فعلا.

  • الميراث المتعمد (في الفئران) أو العرضي (عند البشر) لنسختين من كروموسوم معين من أحد الوالدين وليس من الوالد الآخر يكون قاتلًا (على الرغم من وجود جينوم كامل).
  • يمكن أن يؤدي وراثة نسختين من أحد جينات الأم وعدم وجود نسخة من الأب (أو العكس) إلى حدوث عيوب تنموية خطيرة.
    • يتسبب الفشل في وراثة العديد من الجينات غير المطبوعة على كروموسوم الأب رقم 15 في حدوث اضطراب خلقي بشري يسمى متلازمة برادر ويلي.
    • غياب أو طفرة في الجين غير المطبوع (UBE3A) على كروموسوم الأم 15 أسباب متلازمة أنجلمان.
  • قد يؤدي فشل البصمة في الخلايا الجسدية إلى سرطان.
    • تسمى الخلايا السرطانية في بعض حالات الورم الخبيث ورم ويلمسو والعديد من حالات سرطان القولون لها كلا النسختين من IGF2 الجين المعبر عنه (حيث يجب أن يكون واحد فقط ، الأب).
    • انخفاض المثيلة - وبالتالي زيادة التعبير - من الجينات المسرطنة الأولية يمكن أن يؤدي إلى السرطان ، في حين
    • زيادة المثيلة - وبالتالي انخفض التعبير - من الجينات الزائدة للورم يمكن أن تفعل ذلك أيضًا.

الطبع والتوالد العذري

الدمغ هو السبب في أن التوالد العذري ("الولادة العذراء") لا يحدث في الثدييات. لا يمكن لجينومين أنثيين كاملين إنتاج صغار حيويين بسبب الجينات المطبوعة. على سبيل المثال ، يحتاج الجنين إلى الأب إيغف 2 الجين لأن نسخة الأم مطبوعة وغير نشطة.

  • عازل - مع بروتين مرتبط يسمى CTCF ("عامل ربط CCCTC") (سمي على اسم تسلسل النوكليوتيدات الموجود في جميع العوازل) - يمنعها إيغف 2 الجين من التفاعل مع المعززات اللازمة لتشغيله.
  • يمكن تشغيل نسخة الأب من الجين لأن مثيلة عازلها تمنع الارتباط بواسطة CTCF حتى تتمكن المعززات من التفاعل مع الجين.

ومع ذلك ، فقد تم إنتاج اثنين من الفئران السليمة في المختبر عن طريق التوالد العذري. أي يحتوي على جينوم أنثيين (أحادي العدد). (انظر كونو ، ت. وآخرون., طبيعة سجية، 22 أبريل 2004.)

تم ذلك عن طريق دمج بويضتين (وبالتالي فإن كل خلية أحادية العدد):

  • بويضة طبيعية مع طبعها (غير نشط) إيغف 2 الجين
  • بويضة غير ناضجة
    • يتم حصادها قبل حدوث البصمة و
    • يحتوي على حذف للعازل الذي يمنع تنشيط محسن إيغف 2 الجين. وهكذا إيغف 2 يمكن التعبير عن الجين من هذه البويضة في الجنين النامي.

من بين عدة مئات من المحاولات ، لم يتم زرع كيسة أريمية ناتجة بنجاح في أم بديلة فحسب ، بل ولدت بشكل طبيعي. حتى أن إحداهن كبرت وأنجبت أطفالاً.

يطبع في النباتات

تُطبع بعض الجينات في السويداء من كاسيات البذور بإضافة مجموعات الميثيل. بالنسبة للبعض ، كلا النسختين الأمومي (السويداء 3n) يتم التعبير عنها (demethylated) بينما يظل الأليل الذكري مغلقًا. بالنسبة للجينات الأخرى ، يتم طبع الأليلات الأنثوية وبالتالي لا يتم التعبير عنها أثناء عمل الأليل الذكري.


9.12: الجينات المطبوعة - علم الأحياء

يتم توفير جميع المقالات المنشورة بواسطة MDPI على الفور في جميع أنحاء العالم بموجب ترخيص وصول مفتوح. لا يلزم الحصول على إذن خاص لإعادة استخدام كل أو جزء من المقالة المنشورة بواسطة MDPI ، بما في ذلك الأشكال والجداول. بالنسبة للمقالات المنشورة بموجب ترخيص Creative Common CC BY ذي الوصول المفتوح ، يمكن إعادة استخدام أي جزء من المقالة دون إذن بشرط الاستشهاد بالمقال الأصلي بوضوح.

تمثل الأوراق الرئيسية أكثر الأبحاث تقدمًا مع إمكانات كبيرة للتأثير الكبير في هذا المجال. يتم تقديم الأوراق الرئيسية بناءً على دعوة فردية أو توصية من قبل المحررين العلميين وتخضع لمراجعة الأقران قبل النشر.

يمكن أن تكون ورقة الميزات إما مقالة بحثية أصلية ، أو دراسة بحثية جديدة جوهرية غالبًا ما تتضمن العديد من التقنيات أو المناهج ، أو ورقة مراجعة شاملة مع تحديثات موجزة ودقيقة عن آخر التقدم في المجال الذي يراجع بشكل منهجي التطورات الأكثر إثارة في العلم. المؤلفات. يوفر هذا النوع من الأوراق نظرة عامة على الاتجاهات المستقبلية للبحث أو التطبيقات الممكنة.

تستند مقالات اختيار المحرر على توصيات المحررين العلميين لمجلات MDPI من جميع أنحاء العالم. يختار المحررون عددًا صغيرًا من المقالات المنشورة مؤخرًا في المجلة ويعتقدون أنها ستكون مثيرة للاهتمام بشكل خاص للمؤلفين أو مهمة في هذا المجال. الهدف هو تقديم لمحة سريعة عن بعض الأعمال الأكثر إثارة المنشورة في مجالات البحث المختلفة بالمجلة.


تحديد الشبكات التنظيمية في الخلايا الجذعية السرطانية وذريتها المباشرة من خلال تحليل بروتيني متكامل ونسخة و DNA methylome

في هذه الدراسة ، نقدم تحليلات كمية متكاملة للبروتينات والنسخ والميثيلوم للخلايا الجذعية المكونة للدم (HSCs) وأربعة مجموعات سلفية متعددة القدرات (MPP). من توصيف أكثر من 6000 بروتين و 27000 نسخة و 15000 منطقة ميثيلية تفاضلية (DMRs) ، حددنا تغييرات منسقة مرتبطة بخطوات التمايز المبكرة. تُظهر DMRs اكتسابًا أو فقدًا مستمرًا للمثيلة أثناء التمايز ، ويرتبط التغيير العام في مثيلة الحمض النووي ارتباطًا عكسيًا بالتعبير الجيني في المواقع الرئيسية. تكشف بياناتنا عن مشهد التعبير التفاضلي لـ 493 عامل نسخ و 682 lncRNAs وتسليط الضوء على مجموعات تعبير محددة تعمل في HSCs. وجدنا أيضًا نمطًا ديناميكيًا غير متوقع لتنظيم الشكل الإسوي للنسخة ، مما يشير إلى دور تنظيمي حاسم أثناء تمايز HSC ، ودورة الخلية / توقيع إصلاح الحمض النووي المرتبط بالقدرة المتعددة في خلايا MPP2. توفر هذه الدراسة مورداً شاملاً على مستوى الجينوم للاستكشاف الوظيفي للتنظيم الجزيئي والخلوي والتخليقي في أعلى التسلسل الهرمي المكون للدم.


ألغاز علم التخلق: هناك المزيد من الجينات من الحمض النووي

اكتشف علماء الأحياء في جامعتي باث وفيينا 71 جينًا جديدًا "مطبوعًا" في جينوم الفأر ، وهو اكتشاف يأخذهم خطوة أقرب لكشف بعض ألغاز علم التخلق - وهو مجال علمي يصف كيفية تشغيل الجينات ( وخارجها) في خلايا مختلفة في مراحل مختلفة من التطور والبلوغ.

لفهم أهمية الجينات المطبوعة في الوراثة ، نحتاج إلى التراجع والسؤال عن كيفية عمل الوراثة بشكل عام. تحتوي معظم الخلايا الثلاثين تريليون في جسم الشخص على جينات تأتي من كل من الأم والأب ، حيث يساهم كل من الوالدين بنسخة واحدة من كل جين. المزيج الفريد من الجينات يقطع جزءًا من الطريق لجعل الفرد فريدًا. عادةً ما يكون كل جين في الزوج نشطًا أو غير نشط في خلية معينة. هذا ليس هو الحال بالنسبة للجينات المطبوعة. تميل هذه الجينات - التي تشكل أقل من واحد بالمائة من إجمالي أكثر من 20000 جين - إلى أن تكون أكثر نشاطًا (أحيانًا أكثر نشاطًا) في نسخة أبوية واحدة عن الأخرى.

حتى الآن ، كان الباحثون على دراية بحوالي 130 جينة مطبوعة موثقة جيدًا في جينوم الفأر - الإضافات الجديدة تزيد هذا الرقم إلى أكثر من 200. قال البروفيسور توني بيري ، الذي قاد البحث من قسم البيولوجيا والكيمياء الحيوية في باث: " يؤثر الدمغ على عائلة مهمة من الجينات ، مع تأثيرات مختلفة على الصحة والمرض ، لذا فإن الجينات الجديدة التي يزيد عددها عن السبعين تضيف قطعة مهمة من أحجية الصور المقطوعة ".

أهمية الهستونات

سمح الفحص الدقيق للجينات التي تم تحديدها حديثًا للبروفيسور بيري وزملائه بإجراء اكتشاف مهم ثانٍ: لا يرتبط تشغيل الجينات المطبوعة وإيقافها دائمًا بمثيل الحمض النووي ، حيث تُضاف مجموعات الميثيل إلى الحمض النووي الجيني (وهي عملية المعروف بقمع نشاط الجينات وإيقافها). مثيلة الحمض النووي هي أول نوع معروف من البصمات ، وتم اكتشافها منذ حوالي ثلاثين عامًا. من نتائج العمل الجديد ، يبدو أن الإسهام الأكبر في عملية البصمة يتم بواسطة الهستونات - الهياكل التي يتم لفها بالحمض النووي الجيني في الكروموسومات.

جنين فأر عادي يبلغ من العمر 4 أيام (L) وجنين من نفس العمر تم التلاعب به لاحتواء كروموسومات الأم فقط (parthenogenote). في هذه المرحلة ، تظهر الأجنة (الكيسة الأريمية) متشابهة ، لكن الباثينوجينوت سيموت قريبًا ، مما يؤكد أهمية وراثة الجينات المطبوعة من كلا الوالدين. أنواع الخلايا المختلفة ملطخة باللون الأخضر أو ​​الأحمر. الائتمان: د. ماكي أسامي ، جامعة باث

على الرغم من أن العلماء قد عرفوا منذ بعض الوقت أن الهيستونات تعمل على أنها & # 8216dimmer & # 8217 مفاتيح للجينات ، مما يؤدي إلى تلاشيها (أو إعادة تشغيلها) ، حتى الآن كان يُعتقد أن مثيلة الحمض النووي توفر المفتاح الرئيسي لنشاط الجينات المطبوعة. تلقي نتائج الدراسة الجديدة بظلال من الشك على هذا الافتراض: تم العثور على العديد من الجينات التي تم تحديدها حديثًا مرتبطة بالتغييرات في هيستون 3 ليسين 27 (H3K27me3) ، وأقلية فقط مع مثيلة الحمض النووي.

لماذا يهم الطباعة

لم يتوصل العلماء بعد إلى كيفية تشغيل أو إيقاف تشغيل نسخة أبوية من جين معين (أو تلاشيها) والحفاظ عليها بهذه الطريقة بينما يكون الآخر في الحالة المعاكسة. من المعروف أن الكثير من تبديل التشغيل / الإيقاف يحدث أثناء تكوين الأمشاج (الحيوانات المنوية والبويضة) ، لكن الآليات الدقيقة تظل غير واضحة. تشير هذه الدراسة الجديدة إلى الاحتمال المثير للاهتمام أن بعض الجينات المطبوعة قد لا يتم تمييزها في الأمشاج ، ولكنها تصبح نشطة في وقت لاحق في التطور ، أو حتى في مرحلة البلوغ.

على الرغم من أنه لا يتضمن سوى نسبة صغيرة من الجينات ، إلا أن البصمة مهمة في الحياة اللاحقة. إذا حدث خطأ ، وتم تشغيل نسخة الجين المطبوع من أحد الوالدين عندما يجب إيقاف تشغيلها (أو والعكس صحيح) ، يحدث المرض أو الموت. ترتبط الجينات المطبوعة الخاطئة بالعديد من الأمراض ، بما في ذلك الاضطرابات العصبية والاستقلابية والسرطان.

قال البروفيسور بيري: "قد نقلل من أهمية العلاقة بين البصمة والمرض ، وكذلك علاقة البصمة بوراثة الأمراض المكتسبة من الوالدين ، مثل السمنة". "نأمل أن تؤدي هذه الصورة المحسّنة للطبع إلى زيادة فهمنا للمرض."

المرجع: & # 8220 يرتبط الطابع الجيني في الكيسات المتفجرة للفأر في الغالب بـ H3K27me3 & # 8221 بواسطة Laura Santini و Florian Halbritter و Fabian Titz-Teixeira و Toru Suzuki و Maki Asami و Xiaoyan Ma و Julia Ramesmayer و Andreas Lackner و Nick Warr و Florian Pauler هيبنماير ، إرنست لاو ، ماتياس فارليك ، كريستوف بوك ، أندرياس باير ، أنتوني سي إف بيري ومارتن ليب ، 21 يونيو 2021 ، اتصالات الطبيعة.
DOI: 10.1038 / s41467-021-23510-4


مناقشة

في حين أن الأهمية المحتملة للتكرارات الترادفية في البصمة الجينومية لا تزال موضع خلاف [28-30] ، فإن عدة أسطر من الأدلة تنفي الفرضية [31–34]. تجادل الدراسة الحالية أيضًا ضد الدور المقترح للعناصر المتكررة في طبع تأثير. نظرًا لأنه يُقترح أن البصمة قد تطورت بشكل عشوائي في أوقات مختلفة في سلالات مختلفة [7] ، فقد تختلف الآليات الجزيئية التي تحقق تعبيرًا جينيًا أحادي الموازي من موضع لآخر. يمكن ملاحظة التكرارات الترادفية في كل مكان تقريبًا في جينومات الثدييات [18]. ومن ثم ، يبدو من غير المعقول افتراض تكرار الترادف في حد ذاته لها دور في البصمة الجينومية بشكل عام. ما يجب أن نتناوله هو دور محدد لكل تكرار ترادفي ، مثل تقديم تركيز عالٍ من مواقع ربط العازل [35] ، بدلاً من وجود أو عدم وجود أي تكرار.

تكرار الترادف في مريد تأثير له بنية معقدة مع عناصر متكررة متداخلة ، ولكن أقصر عنصر تسلسل هو 5'-TCGGC-3 '. يتم تسلسل هذا العنصر الموجه 5 نقاط أساس ليشكل الامتداد الطويل في جينومات الفئران والجرذان وفأر الخشب. من الممكن أن تكون دورية 10-bp ، التي تنتج عن تجاور العنصر ، مستقرة جدًا لتحديد موضع الجسيمات النووية بحيث تسمح للمنطقة بتوسيع التكرار. يُذكر أن GpC الدوري بمعدل 10 نقاط أساس ، والذي يتوافق مع تكرار حلزوني واحد للحمض النووي ، غالبًا ما يوجد في المناطق التي تشكل بنية نيوكليوسوم جيدًا [36]. يحتوي أقصر عنصر بالتأكيد على ثنائي النوكليوتيد GpC (لاحظ أن هذا ليس ثنائي النوكليوتيد CpG). ومن المحتمل أيضًا أن تكون التكرارات الترادفية بالقرب من الجينات المطبوعة مجرد نتيجة ، وليست سببًا ، للتنظيم اللاجيني [37]. يبدو أن الجزء 3 'من جزيرة CpG هو مجرد نتاج لتوسيع عنصر يحتوي على CpG واحد ، مما يؤدي إلى ارتفاع تردد CpG. هذه المنطقة في الفأر الميداني ، مريد آخر ، فشلت في تضخيمها بواسطة تفاعل البوليميراز المتسلسل. من المحتمل أن يؤدي التوسع المتكرر الكبير في الإنترون إلى إعاقة تضخيم تفاعل البوليميراز المتسلسل لجينوم الفأر الميداني ، ومع ذلك ، لم نختبر هذا. وبالمثل ، لا يمكن تضخيم لا agouti ولا paca ، القوارض Caviomorph وثيقة الصلة ، بواسطة تفاعل البوليميراز المتسلسل في هذا المكان. من المحتمل أن يكون لديهم استبدال مشترك فريد أو إدخال منع التضخيم. كما لا يمكن تضخيم إنترون الدجاج بهذه الطريقة.

واقترح أن محتوى CpG في حد ذاته يمكن التعرف عليها بواسطة آلية المثيلة لإحداث DMRs الأولية [19]. على عكس هذه الفرضية ، فإن محتوى CpG في ملف تأثير تبين أن DMR تختلف اختلافًا كبيرًا بين أنواع Glires clade ، مما يشير أيضًا إلى ضرورة البحث عن DMRs بخلاف جزر CpG. بدلاً من تمييز كثافة ثنائي النوكليوتيدات CpG ، فإن من جديد يبدو أن مجمع المثيلة يفضل التفاعل مع مواقع CpG المرتبة على فاصل زمني قدره 8 نقاط أساس. تمت ملاحظة دورية CpG 8-bp بشكل تفضيلي في Glires ، حيث تم ملاحظة أن تأثير الجين مطبوع (الشكل 4). بمعنى واسع ، يمكن اعتبار الدورية 5'-CGNNNNNNCG-3 'كعنصر DNA أو موقع تجاذب البروتين الذي يستهدفه مجمع Dnmt3a-Dnmt3L. من الممكن أن يكون تراكم الفكرة في السلف المشترك لـ Glires مرتبطًا بالحصول على تأثير يطبع. في الواقع ، لا يحتوي التسلسل الجيني القصير للليمون الموضح هنا على دورية 8 نقاط أساس. نحن لا نصر على أن الدورية هي العامل الضروري والكافي للطبع الجينومي ، ومع ذلك ، يبدو أن لها دورًا (الشكل 4 وملف البيانات الإضافية 1).

إحدى الفرضيات المحتملة هي أنه في السلف المشترك ، حدث تكرار ترادفي لجزء قصير يحتوي على دورية 8-bp CpG بشكل متكرر ، مما أدى إلى توظيف آلية مثيلة أثناء تكوين البويضات. في هذا النموذج ، المواقع الحرجة للتفاعل مع المركب الأنزيمي هي CpG ثنائي النوكليوتيدات بفاصل 8 نقاط أساس. يمكن أن تكون النيوكليوتيدات الأخرى قد تحورت بشكل محايد أو تباعدت لأن التغيير لا يؤثر على تفاعل بروتين الحمض النووي. على أي حال ، تقترح الدراسة الحالية أيضًا حدًا لفائدة خوارزميات البحث عن التماثل التقليدي للكشف عن الجينات المطبوعة. قد يكون من المهم التحقيق في السمات غير المكتشفة للتسلسل الجيني مثل الدورية الكامنة التي اقترحتها دراساتنا. كل من جديد يبدو أن ناقل ميثيل الحمض النووي يحتوي على سياق جينومي محدد مرتبط بالميثيل ، على الرغم من ملاحظة التكرار الوظيفي أيضًا [38]. في تحليلنا الإضافي لجينوم الفأر ، لوحظت فترات 8 نقاط أساس واضحة ومعتدلة وأقل بكثير في تكرار SineB1 و IAP و Line1 ، على التوالي (البيانات غير معروضة ، انظر المواد والطرق). تبدو هذه النتائج متسقة مع التجربة باستخدام Dnmt3- الفئران الطافرة [38]. التفسير الأكثر شحًا هو أن الـ 12 DMRs المميثل للأم يتم ميثيلها بواسطة نفس مجمع البروتين. من خلال هذا التحليل المقارن الموسع ، يمكننا بنجاح استبعاد الدور المحتمل لدورية 10 نقاط أساس في تأثير البصمة الموصوفة أعلاه [24]. بالنسبة لـ 11 DMRs الأخرى ، قد يسهل إجراء مزيد من التحليل من النوع المعروض هنا فهم البصمة الجينومية. بالنظر إلى الآليات الجزيئية المطلوبة ، يجب تحديد السمات المميزة للتسلسلات الجينية في الجينات المطبوعة من أجل توضيح الطبيعة الحقيقية للطبع الجينومي.


هناك ما هو أكثر في الجينات من الحمض النووي: كيف تضيف الأم والأب شيئًا إضافيًا

جنين فأر عادي يبلغ من العمر 4 أيام (L) وجنين من نفس العمر تم التلاعب به لاحتواء كروموسومات الأم فقط (parthenogenote). في هذه المرحلة ، تظهر الأجنة (الكيسة الأريمية) متشابهة ، لكن الباثينوجينوت سيموت قريبًا ، مما يؤكد أهمية وراثة الجينات المطبوعة من كلا الوالدين. أنواع الخلايا المختلفة ملطخة باللون الأخضر أو ​​الأحمر. الائتمان: الدكتور ماكي أسامي.

اكتشف علماء الأحياء في جامعتي باث وفيينا 71 جينًا جديدًا "مطبوعًا" في جينوم الفأر ، وهو اكتشاف يأخذهم خطوة أقرب لكشف بعض ألغاز علم التخلق - وهو مجال علمي يصف كيفية تشغيل الجينات ( وخارجها) في خلايا مختلفة ، في مراحل مختلفة من التطور والبلوغ.

لفهم أهمية الجينات المطبوعة في الوراثة ، نحتاج إلى التراجع والسؤال عن كيفية عمل الوراثة بشكل عام. تحتوي معظم الخلايا الثلاثين تريليون في جسم الإنسان على جينات تأتي من كل من الأم والأب ، حيث يساهم كل من الوالدين بنسخة واحدة من كل جين. المزيج الفريد من الجينات يقطع جزءًا من الطريق لجعل الفرد فريدًا. عادةً ما يكون كل جين في الزوج نشطًا أو غير نشط في خلية معينة. هذا ليس هو الحال بالنسبة للجينات المطبوعة. تميل هذه الجينات - التي تشكل أقل من واحد بالمائة من إجمالي أكثر من 20000 جين - إلى أن تكون أكثر نشاطًا (أحيانًا أكثر نشاطًا) في نسخة أبوية واحدة عن الأخرى.

حتى الآن ، كان الباحثون على دراية بحوالي 130 جينًا مطبوعًا جيدًا موثقًا جيدًا في جينوم الفأر - الإضافات الجديدة تزيد هذا الرقم إلى أكثر من 200.

قال البروفيسور توني بيري ، الذي قاد البحث من قسم البيولوجيا والكيمياء الحيوية في باث في المملكة المتحدة ، إن "البصمة تؤثر على عائلة مهمة من الجينات ، مع تأثيرات مختلفة على الصحة والمرض ، لذا فإن الجينات الجديدة التي يزيد عددها عن سبعين تضيف عنصرًا مهمًا قطعة من بانوراما ".

أهمية الهستونات

سمح الفحص الدقيق للجينات التي تم تحديدها حديثًا للبروفيسور بيري وزملائه بإجراء اكتشاف مهم ثانٍ: لا يرتبط تشغيل الجينات المطبوعة وإيقافها دائمًا بميثيل الحمض النووي ، حيث تضاف مجموعات الميثيل إلى الحمض النووي الجينومي - وهي عملية المعروف بقمع نشاط الجينات وإيقافها). مثيلة الحمض النووي كانت أول نوع معروف من البصمات ، وتم اكتشافها منذ حوالي ثلاثين عامًا. من نتائج العمل الجديد ، يبدو أن الإسهام الأكبر في عملية البصمة يتم بواسطة الهيستونات - وهي هياكل ملفوفة بالدنا الجينومي في الكروموسومات.

على الرغم من أن العلماء قد عرفوا لبعض الوقت أن الهستونات تعمل كمفاتيح `` باهتة '' للجينات ، مما يؤدي إلى تلاشيها (أو إعادة تشغيلها) ، حتى الآن كان يُعتقد أن مثيلة الحمض النووي توفر المفتاح الرئيسي لنشاط الجينات المطبوعة. تلقي نتائج الدراسة الجديدة بظلال من الشك على هذا الافتراض: تم العثور على العديد من الجينات التي تم تحديدها حديثًا مرتبطة بالتغييرات في هيستون 3 ليسين 27 (H3K27me3) ، وأقلية فقط مع مثيلة الحمض النووي.

لماذا يهم الطباعة

لم يتوصل العلماء بعد إلى كيفية تشغيل أو إيقاف تشغيل نسخة أبوية من جين معين (أو تلاشيها) والحفاظ عليها بهذه الطريقة بينما يكون الآخر في حالة معاكسة. من المعروف أن الكثير من تبديل التشغيل / الإيقاف يحدث أثناء تكوين الأمشاج (الحيوانات المنوية والبويضة) ، لكن الآليات الدقيقة تظل غير واضحة. تشير هذه الدراسة الجديدة إلى الاحتمال المثير للاهتمام أن بعض الجينات المطبوعة قد لا يتم تمييزها في الأمشاج ، ولكنها تصبح نشطة في وقت لاحق في التطور ، أو حتى في مرحلة البلوغ.

على الرغم من أنه لا يتضمن سوى نسبة صغيرة من الجينات ، إلا أن البصمة مهمة في الحياة اللاحقة. إذا حدث خطأ ، وتم تشغيل نسخة الجين المطبوع من أحد الوالدين عندما يجب إيقاف تشغيلها (أو العكس) ، يحدث المرض أو الموت. ترتبط الجينات المطبوعة الخاطئة بالعديد من الأمراض ، بما في ذلك الاضطرابات العصبية والاستقلابية والسرطان.

قال البروفيسور بيري: "قد نقلل من أهمية العلاقة بين البصمة والمرض ، وكذلك علاقة البصمة بوراثة الأمراض المكتسبة من الوالدين ، مثل السمنة". "نأمل أن تزيد هذه الصورة المحسّنة للطبع من فهمنا للمرض."


قد تؤثر السمات اللاجينية للأنساب خارج الجنين على التعبير المطبوع

الأنسجة خارج الجنين هي المشيمة والحبل السري وأكياس الصفار التي تحيط بجنين الفأر وتوفر معًا واجهة أمومية لتزويد المغذيات وإزالة النفايات وإرسال الإشارات التي تشكل نموذجًا لجنين ما بعد الزرع المبكر (الشكل 1 ج) [28]. تُشتق سلالات الخلايا التي تساهم في الأنسجة الجنينية الإضافية في مراحل تطور مختلفة. يتمايز الأديم الظاهر والأديم الباطن البدائي في جنين ما قبل الزرع في 3.5 و 4.5 أيام بعد الجماع (dpc) على التوالي ، ويُعرفان معًا باسم الأنساب الجنينية الإضافية. يساهم الأديم الظاهر في أنساب الخلايا في المشيمة والكيس المحي الجداري ، بينما يساهم الأديم الباطن البدائي في طبقات الأديم الباطن للأكياس المحي الجدارية والحشوية (الشكل 1 ج). تُشتق أنواع الخلايا الجنينية الإضافية الأخرى من سلالة الأديم الخارجي بعد التثبيط عند 7.5 & # x000a0dpc في جنين ما بعد الزرع [29]. تم الإبلاغ عن تعبير مطبوع خاص بـ EXEL فقط في متاهة المشيمة والأرومة الإسفنجية والأديم الباطن للكيس المحي [26 & # x02022 & # x02022]. يبدو أن السلالات الجنينية الإضافية تحتفظ بسمات الجنين المبكر التي ضاعت في سلالة الأديم الظاهر. على سبيل المثال ، يخضع الجينوم بعد الإخصاب لنزع ميثيل الحمض النووي العالمي ، على الرغم من حماية الميثلة المثيلة في ICE في العناقيد المطبوعة ، قبل زيادة مثيلة الحمض النووي العالمية مرة أخرى في جنين ما بعد الزرع [30]. يتم اشتقاق السلالات الجنينية الإضافية قبل الانغراس وتحافظ على مستوى منخفض من مثيلة الحمض النووي [31 ، 32]. بالإضافة إلى ذلك ، يخضع الجنين في مرحلة الانقسام المبكر إلى تعطيل X مطبوع قبل إعادة تنشيط الأب X في سلالة الأديم الخارجي ثم يخضع لتعطيل X العشوائي في جنين ما بعد الزرع [33]. في المقابل ، تحتفظ السلالات الجنينية الإضافية بتعطيل X مطبوع طوال التطور الجنيني [34 ، 35]. توضح هذه الأمثلة أن الأنساب خارج الجنين تحتفظ ببعض السمات اللاجينية للجنين المبكر ، والتي قد تتعلق بتنظيم التعبير المطبوع بـ EXEL. هذا مدعوم بمثال SFMBT2، والذي يُظهر تعبيرًا مطبوعًا في الكيسة الأريمية وطوال جنين ما بعد الانغراس المبكر والذي أصبح فيما بعد مقصورًا على سلالات خارج الجنين [36]. ثبت أن مركبات البولي كومب القمعية ومجمعات هيستون ميثيل ترانسفيراز EHMT2 مطلوبة للحفاظ على إسكات بعض الجينات المطبوعة EXEL في المشيمة [37 & # x0201339] ، ولكن لماذا يتسبب البادئ في إسكات هذه الجينات فقط في سلالات خارج الجنين لا يزال غير واضح. لم يتم بعد إجراء فحص شامل على مستوى الجينوم لتعديلات الهيستون النشطة والقمعية لسلالة جنينية إضافية ، ولكن يرتبط انخفاض مثيلة الحمض النووي بالكروماتين المفتوح الذي قد يسمح للبادئ بإسكات المزيد من الجينات في سلالات خارج الجنين عن طريق توسيع نطاقه. التأثير على مجال كروموسومي أكبر.


ارتباك الجينات المطبوعة

أنا أفهم أنه مثل الجين الذي تم إيقاف تشغيله ، ويتم التعبير عنه بطريقة معينة من الوالدين ، لكنني لا أفهم ما يعنيه ذلك. الرجاء المساعدة!

حسنًا ، فقط لإضافة موافق اسمحوا لي أن أعرف ما إذا كنت على حق في التفكير في الأمر

لذا فإن الجينات المطبوعة هي في الأساس أنك تعبر عن أليل واحد بطريقة معينة من الوالدين. بمعنى أنه قبل التطور ، تحصل على أليلين من الوالدين لجين واحد. الآن واحد من هذه الأليل ميثلي ، لذا فقد تم إيقافه قبل أن تتطور. ومن ثم ، فإن كل خلية في جسمك ستعبر عن الأليل غير الميثيلي لهذا الجين ، ومن ثم يكون خاصًا بالوالدين.

على سبيل المثال ، يحتوي Gene X على 2 alelles A و B. لذا تحصل على الأليل A من الأم ، والأليل B من الأب. لكن Dad & # x27s ميثلي لإيقاف تشغيله ولن يتم نسخه أبدًا. لذا فإن الأليل الوحيد الذي يتم التعبير عنه هو الأليل A وهو الأم. لذلك سيكون لديك بصمة الأب وتعبيرية الأم. لأن أي خلية في جسمك ستعبر فقط عن أليل واحد.

هذا ليس هو نفسه جسم البر لأن جينات البصمة تحدث قبل انتقال الأمشاج إلى التطور ، بينما يحدث جسم البر بعد التطور.


الطبع والتوالد العذري

الدمغ هو السبب في أن التوالد العذري ("الولادة العذراء") لا يحدث في الثدييات. لا يمكن لجينومين أنثيين كاملين إنتاج صغار حيويين بسبب الجينات المطبوعة.

  • عازل و [مدش] مع بروتين مرتبط يسمى CTCF ("عامل ربط CCCTC") (سمي على اسم تسلسل نيوكليوتيد موجود في جميع العوازل) و [مدش] يمنعها إيغف 2 الجين من التفاعل مع المعززات اللازمة لتشغيله.
  • يمكن تشغيل نسخة الأب من الجين لأن مثيلة عازلها تمنع الارتباط بواسطة CTCF حتى تتمكن المعززات من التفاعل مع الجين. [رابط للمناقشة]

تم ذلك عن طريق دمج بويضتين (وبالتالي فإن كل خلية أحادية العدد):

  • بويضة طبيعية مع طبعها (غير نشط) إيغف 2 الجين
  • بويضة غير ناضجة
    • يتم حصادها قبل حدوث البصمة و
    • يحتوي على حذف للعازل الذي يمنع تنشيط محسن إيغف 2 الجين. وهكذا إيغف 2 يمكن التعبير عن الجين من هذه البويضة في الجنين النامي.

    من بين عدة مئات من المحاولات ، لم يتم زرع كيسة أريمية ناتجة بنجاح في أم بديلة فحسب ، بل ولدت بشكل طبيعي. حتى أن إحداهن كبرت وأنجبت أطفالاً.


    شاهد الفيديو: المقطع الرابع: نتيجة تحليل الشمري ل DNA الحمض النووي والنتيجة كانت سناب harmmas (كانون الثاني 2023).