Уровни организации и молекулярные механизмы
Генетический импринтинг может реализоваться на нескольких уровнях организации генетического материала. В современной биологии выделяют импринтинг всего генома, импринтинг отдельных хромосом и импринтинг конкретных генов. На сегодняшний день идентифицировано около 20 таких генов у млекопитающих, хотя общее их число оценивается как небольшое (около 0,1% от всех генов организма).
Универсальным молекулярным механизмом, обеспечивающим этот процесс, выступает метилирование азотистых оснований. В промоторной области генов формируется уникальный специфический рисунок распределения метилированных остатков цитозина. Именно этот рисунок определяет, будет ли ген активен.
Важно отметить, что данный рисунок не является постоянным на протяжении всех этапов развития организма. В процессе образования гамет и формирования зародышевой ткани этот специфичный рисунок полностью стирается. Затем, при образовании новых половых клеток, он устанавливается заново в зависимости от пола особи. Например, ген, полученный от отца, может быть сильно метилирован, что делает его неактивным. В то же время гомологичный ген, полученный от матери, оказывается слабо метилированным и благодаря этому активно транскрибируется.
Мейотический драйв: нарушение классического расщепления
Помимо импринтинга, существуют и другие отклонения от стандартного наследования, в частности — мейотический драйв. Это явление представляет собой отклонение соотношения гамет, которые производит гетерозиготный организм, от стандартного менделевского расщепления (которое должно составлять 50:50). Отклонение всегда происходит в пользу одного из аллелей.
Рассмотрим этот механизм на классическом примере оогенеза у самок:
- Представим, что в популяции организмов наряду с обычным диким аллелем возникает новый мутантный аллель.
- В процессе мейоза из четырех образующихся гаплоидных клеток полноценной яйцеклеткой становится только одна. Остальные три клетки превращаются в полярные тельца и в норме погибают.
- Если в силу определенных причин мутантный аллель попадает в выживающую яйцеклетку чаще, чем аллель дикого типа, мы наблюдаем мейотический драйв.
Результатом такого процесса становится мощное положительное давление отбора в отношении мутантного аллеля. В долгосрочной перспективе это неизбежно приводит к его фиксации в популяции, несмотря на то, что изначально шансы аллелей казались равными.
Прогрессирующая амплификация и экспансия триплетов
Еще одним важным генетическим феноменом является прогрессирующая амплификация. Это специфическая разновидность генных мутаций, которая обусловлена многократной дупликацией отдельных триплетов (как в интронах ДНК, так и в кодирующих областях).
Ярким клиническим примером служит болезнь Хантингтона:
- Мутация затрагивает ген белка хантингтина.
- Происходит патологическое увеличение числа триплетов ЦАГ, которые кодируют аминокислоту глутамин.
- В норме количество таких повторов составляет от 11 до 34.
- При патологии число повторов превышает 36.
Патогенез заболевания заключается в том, что из-за избытка триплетов синтезируется патологически удлиненный полиглутаминовый тракт. Это приводит к образованию мутантного белка хантингтина, который оказывает выраженное токсическое действие на клетки организма.
Другим примером является миотоническая дистрофия, при которой число генетических повторов может достигать колоссальных значений — от 50 до 4000. Характерной чертой прогрессирующей амплификации является ее динамика: число патологических повторов имеет тенденцию увеличиваться из поколения в поколение, утяжеляя клиническую картину.
Чтобы легко запомнить влияние метилирования на экспрессию, представьте, что метильная группа — это тяжелый «замок» на гене. Если ген сильно метилирован (много замков), то он надежно закрыт и неактивен. Если ген слабо метилирован (замков нет), он открыт для работы и активно транскрибируется.
Вопросы с занятий и экзамена
Зависит ли проявление импринтированного гена от генотипа самого потомка?
Нет, экспрессия таких генов определяется исключительно полом того родителя, от которого этот конкретный ген был унаследован.
Что происходит с метилированием ДНК при образовании половых клеток?
Специфический рисунок метилирования полностью стирается на этапе формирования зародышевой ткани, а затем устанавливается заново при образовании гамет.
Что такое импринторы?
Импринторы, также известные как «гены молчания» — это специализированные гены, которые контролируют весь молекулярный процесс импринтинга в клетке.
Почему мутантный белок при болезни Хантингтона токсичен?
Из-за экспансии триплетов ЦАГ синтезируется аномально удлиненный полиглутаминовый тракт, что меняет свойства белка хантингтина и вызывает отравление клеток.
Что ещё разобрать по теме
- Детальная структура промоторных областей генов и локализация остатков цитозина.
- Взаимодействие «генов молчания» с другими участками генома млекопитающих.
- Клеточные механизмы направленной гибели полярных телец в оогенезе.
- Причины увеличения числа триплетных повторов при миотонической дистрофии в ряду поколений.
Разберите тему целиком в курсе «Биология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Генетический импринтинг» и ещё 3 793 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 124 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Элементарные эволюционные факторы»
Бесплатные видеоуроки: биологияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.