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基因印记(Genomic imprinting)

 baby诺安 2020-11-27

基因印记(Genomic imprinting)是一种重要的表观调控机制。通常情况下,人类这种二倍体基因组的两份等位基因都可以表达,但少数(小于1%)基因由于受到基因印记影响,其中一份基因失去作用。例如一种制造类胰岛素的生长因子IGF-2,只有来自父亲的等位基因能够表达。

上面这张图解释了什么是印记基因[2]。上半部分是没有发生印记的基因,父亲(♂)和母亲(♀)的基因都可以按照DNA的一条链为模板,按照碱基互补配对原则,转录出mRNA。图片下半部分是印记基因,由于印迹是一种表观遗传事件(上图的三个小黑点,可以是甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA等),导致了一个亲本遗传来的等位基因被沉默(红色叉)。如果来自母亲的等位基因被印记,那么只有父亲的表达,反之亦然。

基因组印记涉及复杂的生理学过程,在哺乳动物发育过程中极为重要。2019年2月21日 Cell 杂志发表综述,介绍了基因组印记的研究历史、目前认知和研究方法[3]。基因印记是通过一个原核移植实验发现的:研究人员把小鼠的两个雌核或者两个雄核融合在一起形成二倍体,发现不能够存活,如下图。

这个实验证明了父母的染色体是不等价的,于是研究人员决定进一步搞清楚,那就是下面的易位实验(Translocation experiments)。我们现在已经知道了这样一个事实:发生在印记基因上的单亲二倍体(Uniparental Disomy,UPD)会导致疾病。这在当时是通过染色体易位实验来解释的。

上图中蓝色的竖线代表来自精子的父方染色体,红色为母方染色体,箭头表示没有被印记,横线头表示发生基因组印记。如果是来源于母方的UPD,则会导致A基因彻底不表达,小鼠死亡或者长得小一些;如果是父方的UPD,则A基因发生双份的表达,小鼠死亡或者大一些。

要说明的是,这样的片段不是很多,这说明了印记基因在整个基因组中只占很少的比例。所以,当临床检出UPD区域时,要看其中是否包含已知的印记基因,才能判断是否有临床意义。

除了胚系突变,体细胞突变中存在异常的UPD也会导致表型。

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