Контекст и молекулярный механизм
Молекулярные события геномного импринтинга разворачиваются на фоне пассивного продвижения ооцита второго порядка (а в дальнейшем — образовавшейся зиготы) по маточной трубе по направлению к полости матки.
В основе феномена лежит избирательное метилирование ДНК. Этот процесс представляет собой химическое присоединение метильных групп к строго определенным генам группы Impr. Метилирование происходит заблаговременно — еще на этапе развития половых клеток (в ходе гаметогенеза и мейоза).
Главное последствие метилирования — изменение экспрессии генов:
- Метилированные гены переходят в неактивное состояние (полностью выключаются).
- Неметилированные гены той же группы, напротив, начинают активно функционировать.
Важнейшей особенностью импринтинга является его поразительная стабильность. После оплодотворения заданный статус метилирования надежно сохраняется во всех соматических клетках развивающегося организма. При каждом делении клетки и репликации ДНК новая цепь нуклеотидов метилируется в строгом соответствии с образцом старой цепи.
Функциональная специализация родительских геномов
Геномный импринтинг обеспечивает четкое разделение биологических функций между хромосомами, полученными от отца и от матери. Для нормального развития критически важно присутствие обоих геномов.
Гены, активные в отцовском геноме: Это группа, включающая примерно 11 генов. В материнских хромосомах они находятся в метилированном (неактивном) состоянии, а в отцовских — активны. Их главная задача — контроль развития внезародышевых (провизорных) органов, необходимых для обеспечения жизнедеятельности эмбриона. Экспериментальное доказательство: Если создать зиготу, содержащую исключительно два женских пронуклеуса (полное отсутствие отцовского генома), развитие начнется. Однако оно неизбежно прерывается из-за критического недоразвития внезародышевых структур.
Гены, активные в материнском геноме: Это группа, состоящая примерно из 5 генов. В мужских хромосомах они выключены, а в женских — экспрессируются. Эта группа генов определяет развитие тела самого зародыша. Экспериментальное доказательство: При искусственном создании зиготы с двумя мужскими пронуклеусами (без материнского генома) наблюдается обратная картина: внезародышевые органы развиваются относительно нормально, но само тело зародыша оказывается глубоко ущербным.
Репрограммирование в половых клетках
Для того чтобы передать правильный импринтинг следующему поколению, существует механизм переметилирования (репрограммирования).
В соматических клетках организма исходное распределение отцовских и материнских меток остается неизменным на протяжении всей жизни. Однако в первичных половых клетках (ППК) происходит глобальный сброс настроек, состоящий из двух этапов:
- Деметилирование. Происходит снятие метильных меток со всех генов группы Impr. Стирается информация как об отцовских, так и о материнских метках.
- Метилирование de novo. Устанавливаются абсолютно новые метки, которые теперь строго соответствуют генетическому полу данного индивида. В сперматоцитах новые метки расставляются по мужскому типу, а в ооцитах — исключительно по женскому.
«Папа строит дом, мама растит ребенка»: отцовские гены (~11) отвечают за внезародышевые органы («дом» для эмбриона), а материнские (~5) — за само тело зародыша. В половых клетках старые документы на дом аннулируются (деметилирование) и выдаются новые строго по полу владельца.
Вопросы с занятий и экзамена
В каких клетках статус метилирования сохраняется неизменным после оплодотворения?
Статус метилирования стабильно сохраняется во всех соматических клетках нового организма на протяжении всей его жизни.
Что произойдет с эмбрионом при отсутствии материнского генома (два мужских пронуклеуса)?
Внезародышевые провизорные органы разовьются относительно нормально, но само тело зародыша сформируется ущербным и нежизнеспособным.
На каком этапе онтогенеза происходит первичное установление меток импринтинга?
Избирательное метилирование генов группы Impr происходит на этапе развития половых клеток (гаметогенез, мейоз).
Зачем нужно деметилирование в первичных половых клетках?
Оно необходимо для «сброса» старой родительской памяти, чтобы затем установить новые метки (de novo), соответствующие полу самого индивида.
Что ещё разобрать по теме
- Топография и пассивное продвижение ооцита II по маточной трубе во время молекулярных перестроек.
- Биохимические основы избирательного метилирования ДНК и механизм подавления экспрессии генов.
- Особенности репликации ДНК в соматических клетках: копирование метильных меток на новую цепь.
- Молекулярные триггеры деметилирования и метилирования de novo в первичных половых клетках.
- Морфология внезародышевых органов, формирующихся под контролем отцовского генома.
Разберите тему целиком в курсе «Гистология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Геномный импринтинг» и ещё 3 438 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 137 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Ранние стадии внутриутробного развития человека»
Бесплатные видеоуроки: гистологияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.