Informație

Ce este amprenta genomică?

Ce este amprenta genomică?


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.

Ce este o amprentă genomică? Cum are loc amprentarea genomică?

Daca spun ca "aceasta" alela este imprimata matern inseamna ca alela genei este transmisa doar de catre mama? Dacă este dat un pedigree, cum putem identifica dacă trăsătura este imprimată paternă sau maternă?

Vă rugăm să încercați să explicați toate acestea în cuvinte cât mai simple posibil.


**** „Ce este o amprentă genomică? Cum are loc amprenta genomică?”**

Imprimarea genomică este un mecanism epigenetic de moștenire care permite genelor să fie exprimate diferit în funcție de părintele de la care provin. Aceasta înseamnă că este o modificare a genomului sau modifică ceea ce produce genomul, fără a modifica secvența de nucleotide (ADN). Rezultatul imprimării în organismele diploide este că una dintre cele două alele este redusă la tăcere. Această pagină oferă o bună imagine de ansamblu asupra imprimării.

Sunt propuse două mecanisme majore numite metilarea ADN-ului și modificarea histonelor, deși altele ar putea fi încă descoperite. Metilarea ADN-ului reduce la tăcere o genă prin adăugarea de grupări metil la nucleotide (modifică nucleotidele, dar nu și secvența), ceea ce afectează modul în care acestea sunt exprimate, în timp ce mecanismul exact este necunoscut (cel puțin eu nu găsesc unul la cercetători), se pare că fi un factor cheie în unele excrescențe de cancer. Genele pot fi reduse la tăcere și prin modificarea histonelor, legarea unei gene de histone reduce activitatea acesteia, adică produce mai puțin produs.

Amprentarea genomică a fost descrisă pentru prima dată în insectele făinoase (sau cel puțin aceasta este una dintre primele descrise), care aduc la tăcere jumătate din genomul lor la bărbați. În timp ce femelele sunt complet diploide, masculul este, de asemenea, diploid, dar jumătate din genom este redusă la tăcere, făcându-le efectiv haploide. Acest lucru se face prin transformarea unei jumătăți a genomului heterocromatic.

****"Dacă spun că "această" alelă este imprimată matern, înseamnă că alela genei este transmisă numai de către mamă? Dacă este dat un pedigree, cum putem identifica dacă trăsătura este imprimată patern sau matern imprimat?"**

Controlul specific al unei gene, mai degrabă decât cromozomi întregi descriși mai sus, este cunoscut doar la plante și la unele mamifere. În acest caz, atunci când o genă este imprimată, gena este redusă la tăcere. Un exemplu este Igf2 la șoareci descriși în diagrama de mai jos care este amprenta maternă (adică alela mamei este redusă la tăcere). Când mama are o alelă mutantă, iar tatăl, se produce o alelă normală și un descendent normal. Când masculul trece pe Igf2 mutant, descendentul este mutant deoarece copia normală a mamei a fost imprimată.

Gena Igf2 poate fi văzută în diagrama de mai sus. Aceasta este una dintre primele dovezi ale amprentarii genomice descoperite. În prima parte a diagramei, o genă mutantă care încearcă să facă puii de șoarece pitici este transmisă de la mamă. Se poate observa că șoarecele nu este pitic deoarece alela pentru dimensiunea acestui șoarece este o imprimată. Alela maternă nu este exprimată, deci trăsătura pitică nu este exprimată la descendent, ci doar trăsătura de mărime normală de la tată. În a doua parte a diagramei, tatăl transmite gena mutantă și, prin urmare, toți urmașii vor fi pitici, deoarece trăsătura de dimensiune este complet dependentă de alela paternă, care în acest caz este pitică. - Crearea variației

Pagina din care provine această diagramă și citat are și o secțiune bună despre imprimarea genomică.


Este incorect să spunem că o trăsătură este imprimată, deși expresia este adesea folosită. Voi simplifica acest lucru vorbind despre doar doi cromozomi. Un mamifer va avea un cromozom de la mamă și unul care este aproape identic moștenit de la tată. Genele de pe fiecare cromozom au de obicei o probabilitate egală de a fi exprimate. O alelă imprimată creează tăcere pe un cromozom și expresia genei exclusiv de la celălalt părinte. Există mult mai multe complexități și Wikipedia este o sursă excelentă, precum și Geneimprint http://www.geneimprint.com/site/what-is-imprinting

Vezi link-ul referitor la Parental Imprinting, definiția este concisă. http://groups.molbiosci.northwestern.edu/holmgren/Glossary/Definitions/Def-M/molecular_imprinting.html


Ce este amprenta genomică?

După cum probabil știți deja, copiii moștenesc genele de la părinți, acesta este modul fundamental în care trăsăturile genetice sunt transmise între generații. În marea majoritate a cazurilor, copiii moștenesc un set de gene de la mama lor și unul de la tatăl lor. Când aceste gene sunt supuse recombinării, alelele se reconstituie și se generează o expresie genetică unică. Cu toate acestea, în unele cazuri, o singură genă este exprimată și o instanță a acestuia amprenta genomică apare.

Subtilitățile acestui fenomen genetic sunt foarte interesante, la fel și potențialele repercusiuni atunci când amprentarea genomică nu are loc într-un mod precis.


Naraţiune

Amprenta genetică este un fenomen destul de misterios, care a devenit oarecum mai bine înțeles în ultimii ani. În esență, se referă la modificarea chimică a unei secvențe ADN. Rețineți că secvența ADN-ului în sine nu se schimbă. Acestea sunt modificări ale secvenței ADN-ului în sine, care apar într-o celulă - de obicei se referă la o celulă germinală, fie o celulă ou, fie o celulă spermatozoid - și acea modificare este transmisă de la o generație la alta. Motivul pentru care i-a derutat pe oamenii de știință timp de mulți ani este că este un mecanism de moștenire care nu se bazează pe secvențe. Inițial, s-a crezut că toată moștenirea se bazează pe modificări ale secvenței, ceea ce se dovedește a nu fi adevărat. Într-unul dintre aceste mecanisme, care nu este implicat în schimbarea secvenței, ci mai degrabă o modificare chimică moștenită a unei secvențe ADN, se numește amprentare. Și acea amprentă, motivul pentru care este importantă, este că modificarea chimică, care este transmisă de la mamă sau tată la urmaș, schimbă funcția genei sau a produsului genetic, indiferent dacă este expresia sau de fapt funcția produsului genetic în sine. .


Ce este amprenta genomică?

Amprenta genetică este un proces de moștenire independent de moștenirea clasică mendeliană.

Explicaţie:

Este un proces epigenetic care implică metilarea ADN-ului și metilarea histonelor fără a modifica secvențierea genetică. Aceste semne epigenetice sunt stabilite (imprimate) în linia germinativă a părinților și sunt menținute prin diviziunea celulară mitotică.

Imprimarea genomică este fenomenul epigenetic prin care anumite gene sunt exprimate într-un mod specific de origine.
Dacă alela de la tată este imprimată, este astfel redusă la tăcere și numai alela de la mamă este imprimată. În mod similar, dacă alela de la mamă este imprimată numai alela de la tată este exprimată.

Au fost demonstrate forme de amprentare genomică la ciuperci, plante și animale.
Amprentarea adecvată a anumitor gene este importantă pentru dezvoltarea normală.


Ce este amprenta genomică? - Biologie

Când sunt stabilite amprentele parentale?
Amprentele parentale sunt stabilite în timpul gametogenezei, deoarece ADN-ul omolog trece unic prin spermatozoizi sau ovule, ulterior în timpul embriogenezei și la vârsta adultă, alelele genelor imprimate sunt menținute în două stări „conformaționale”/epigenetice: paternă sau maternă.
Astfel, amprentele genomice modelează propria replicare, sunt ereditare, pot fi identificate prin analiză moleculară și servesc ca markeri ai originii parentale a regiunilor genomice.

Consecință funcțională: expresia genică dezechilibrată
Dincolo de simpla etichetare a alelelor genetice omoloage ca descendenți de la tată sau mamă, amprentele genomice au consecința funcțională semnificativă a înăbușirii expresiei genei de la una dintre alelele parentale, rezultând o expresie dezechilibrată a genei între alele omoloage.
Ca urmare a imprimării, există o expresie alelică părtinitoare care favorizează exprimarea dintr-un locus parental față de celălalt. Amprentarea este adesea echivalată cu expresia monoalelică a părintelui de origine, totuși excluderea alelică parentală este rareori 100% eficientă, de obicei, se găsesc diferite grade de expresie ograveleakă din alela silenciată.

Fenotip patologic la animalele heterozigote knockout
Cu toate acestea, expresia relativ redusă de la un locus parental este suficientă pentru a crea un fenotip patologic la animalele knockout heterozigote în care alela nulă a genei de amprentă este moștenită prin părintele dominant/exprimator. În mod similar, în disomiile umane uniparentale care cuprind loci imprimați, expresia diminuată din loci imprimați este adesea sindromică. De fapt, o strategie pentru identificarea genelor imprimate se bazează pe corelațiile genotip-fenotip UPD.
Astfel, expresia diminuată a genei din alela parentală înăbușită poate fi considerată insuficientă din punct de vedere biologic pentru a susține un fenotip sănătos, iar mutațiile genei imprimate sunt de obicei dominante atunci când afectează alela exprimată. Reglarea prin feedback a transcripției la loci imprimați nu permite o reglare în sus suficientă a transcripției din alela redusă la tăcere, iar organismele nu au recurs la alela de tip sălbatic, altfel sălbatic, în cazul în care alela exprimată este nulă.

Genele imprimate sunt haploide din punct de vedere funcțional, ștergând beneficiile diploidiei la acești loci.
Se estimează că aproximativ 1-2% din genele umane sunt supuse imprimării parentale, dar în prezent s-a demonstrat că mai puțin de 100 de gene denumite distincte sunt imprimate parental.

Boli clinice
Bolile și sindroamele clinice umane care decurg din vulnerabilitățile unice ale locilor imprimate includ: boala trofoblastică gestațională, teratoamele, sindromul Beckwith-Wiedemann, sindromul Prader-Willi, sindromul Angelman, sindromul Silver-Russell, diabetul neonatal tranzitoriu și defecte social-cognitive în Sindromul Turner și neoplazii multiple asociate cu pierderea amprentei la loci oncogene. Baza de date OMIM (On-line Mendelian (!) Heritance in Man) a NCBI (Centrul Național pentru Informații Biotehnologice din Statele Unite) conține intrări detaliate despre multe gene și sindroame imprimate.

Genele imprimate codifică pentru ce?
Deși majoritatea genelor imprimate cunoscute codifică proteine, altele codifică transcriptele ARN netraduse.
O altă categorie de amprentă genomică parentală, care trebuie contrastată cu exemplele bine caracterizate de gene exprimate monoalelic, sunt acele amprente parentale de metilare împrăștiate în întregul genom, care nu sunt demonstrate a fi funcționale sau asociate cu gene specifice.

Poate un proces mai răspândit
Menținerea acestei categorii finale subliniază ideea că amprenta genomică poate fi un proces mai pervaziv decât un simplu mecanism de a reduce la tăcere monoalelic o mână de gene, deoarece, în sens larg, amprentele genomice parentale nu trebuie să fie asociate cu cromatina activă din punct de vedere transcripțional.
Mai mult decât atât, dincolo de cele 500 de gene estimate a fi imprimate, nu se știe câte amprente parentale pot fi ștampilate în tot genomul sau care modelul și periodicitatea lor poate prezice sunt experimente de descoperire a genelor de amprentă bazate pe scanarea întregului genom, care descoperă în mare parte. domenii care nu sunt cunoscute ca fiind asociate cu unitățile transcripționale.


Clivaj

Imprimarea parentală

Expresia anumitor gene derivate din ovul diferă de expresia acelorași gene derivate din spermatozoid. Chemat amprentarea parentală, efectele se manifestă în moduri diferite. Este posibil să îndepărtați un pronucleu dintr-un ou de șoarece nou inseminare și să-l înlocuiți cu un pronucleu luat dintr-un alt ou inseminare într-un stadiu similar de dezvoltare ( Figura 6 ). Dacă un pronucleu masculin sau feminin este îndepărtat și înlocuit cu un pronucleu masculin sau feminin corespunzător, dezvoltarea este normală. Dacă un pronucleu masculin este îndepărtat și înlocuit cu un pronucleu feminin (rezultând un zigot cu doi pronuclei feminini), totuși, embrionul în sine se dezvoltă destul de normal, dar placenta și sacul vitelin sunt slab dezvoltate. Dimpotrivă, un zigot cu doi pronuclei masculini produce un embrion sever pipernicit, în timp ce placenta și sacul vitelin sunt aproape normale.

Figura 6 . Demonstrații experimentale de amprentare parentală prin utilizarea transplanturilor pronucleare.

Amprentarea parentală are loc în timpul gametogenezei. Metilarea ADN-ului, efectuată prin centre de imprimare specifice, este unul dintre mijloacele majore de imprimare și are ca rezultat expresia diferențială a alelelor paterne și materne ale genelor imprimate. Genele imprimate sunt reduse la tăcere transcripțional. Genele imprimate sunt menținute în timpul dezvoltării și, eventual, până la vârsta adultă, dar o anumită amprentă nu este transmisă descendenței individului respectiv. În schimb, amprentele parentale asupra genelor sunt șterse, iar noi amprente, corespunzătoare sexului individului respectiv, sunt stabilite în ovocite și spermatozoizi în timpul gametogenezei. Nu toate genele sunt imprimate parental. Estimările actuale sugerează că sunt imprimate până la 2100 de gene umane.


AMPRINTA GENOMICA

„Zona căreia i-am acordat cea mai mare atenție este un nou fenomen din biologia moleculară numit amprenta genomică, care este o situație în care o secvență de ADN poate avea un comportament condiționat în funcție de faptul că este moștenită matern – provenind dintr-un ou – sau moștenit patern – venind printr-un spermatozoid. Fenomenul se numește amprentare deoarece ideea de bază este că există o amprentă care este pusă pe ADN-ul în ovarul mamei sau în testiculele tatălui, care marchează acel ADN ca fiind matern sau patern și influențează modelul său de expresie – ceea ce face gena în generația următoare atât la descendenții masculini, cât și la femele.”

Introducere

David Haig este un genetician/teoretician evoluționist interesat de conflictele și soluționarea conflictelor în cadrul genomului, cu un interes deosebit în amprenta genomică și relațiile dintre părinți și descendenți. Zona căreia i-am acordat cea mai mare atenție”, spune el, „este un nou fenomen în biologia moleculară numit amprenta genomică, care este o situație în care o secvență de ADN poate avea un comportament condiționat, în funcție de faptul că este moștenită matern – care vine dintr-un ovul – sau moștenit patern – care vine printr-un spermatozoid." Lucrarea lui Haig se intersectează cu cea a psihologilor evoluționari ale căror idei au fost prezentate pe Edge. „O psihologie adevărată", spune Haig, „trebuie să fie o psihologie evoluționistă. Suntem ființe evoluate și, prin urmare, psihologia noastră va trebui să fie înțeleasă în termeni de selecție naturală, printre alți factori.”

DAVID HAIG este profesor asociat de biologie la Departamentul de biologie organică și evolutivă din Harvard și autorul lucrării Imprimarea genomică și rudenia.

AMPRINTA GENOMICA

[DAVID HAIG: ] Munca mea din ultimul deceniu sau cam asa ceva sa preocupat în principal de conflictele din interiorul organismului individual. Într-o mulțime de biologie evoluționistă, metafora implicită este că organismul este o mașină sau, mai precis, un computer care maximizează fitness-ul care încearcă să rezolve o problemă. Maximizarea fitnessului este analog cu maximizarea unei funcții de utilitate în economie. Mă interesează situațiile în care există conflicte în interiorul individului, în care diferiți agenți din sine au diferite funcții de fitness, precum și politica internă care rezultă din acele conflicte de interese.

Domeniul căruia i-am acordat cea mai mare atenție este un fenomen nou din biologia moleculară numit amprenta genomică, care este o situație în care o secvență de ADN poate avea un comportament condiționat în funcție de faptul că este moștenită matern – provenind dintr-un ou – sau paternă. moștenit — venind printr-un spermatozoid. Fenomenul se numește amprentare deoarece ideea de bază este că există o anumită amprentă care este pusă pe ADN-ul în ovarul mamei sau în testiculele tatălui, care marchează acel ADN ca fiind matern sau patern și influențează modelul său de expresie - ceea ce gena face în generația următoare atât la descendenții masculini, cât și la femele.

Acesta este un proces complicat, deoarece amprenta poate fi ștearsă și resetată. De exemplu, genele materne din corpul meu atunci când le transmit copiilor mei vor fi gene paterne cu comportament patern. Dacă fiica mea transmite copiilor ei gene paterne, chiar dacă a primit gena ca genă paternă de la mine, ar fi o genă maternă pentru propriul ei descendent. Biologii moleculari sunt interesați în mod deosebit de înțelegerea naturii acestor amprente și a modului în care este posibil să se modifice ADN-ul într-un fel care este moștenit, dar care poate fi apoi resetat. Interesul meu a fost să înțeleg de ce ar trebui să evolueze un astfel de comportament ciudat. Am încercat să găsesc situații în care ceea ce este mai bun pentru genele de origine maternă este diferit de ceea ce maximizează fitnessul genelor de origine paternă.

Cel mai bun mod de a înțelege teoria de bază este cu o anecdotă celebră acreditată de J.B.S. Haldane, marele genetician britanic, despre care se spune că ar fi susținut că și-ar da viața pentru a salva mai mult de doi frați înecați sau mai mult de opt veri înecați. Logica este că, dacă Haldane este preocupat doar de transmiterea genelor sale către generațiile viitoare, acesta este ceea ce trebuie făcut. În medie, o genă din corpul său are o șansă din două de a fi prezentă într-un frate. Dacă ar fi sacrificat copia unei gene din corpul său pentru a salva trei frați, în medie, ar salva o copie și jumătate a genei la cei trei frați ai săi, plasându-l înainte în contabilitatea genetică. Dar când vine vorba de veri, fiecare are doar o șansă din opt de a avea o genă aleatorie în corpul lui Haldane. Pentru a beneficia de sacrificiul unei copii a unei gene în sine, el trebuie să salveze nouă sau mai mulți veri. Acest lucru a fost oficializat de Bill Hamilton în teoria sa despre fitness inclusive.

Teoria mea poate fi ilustrată prin reformularea întrebării lui Haldane și întrebând: și-ar sacrifica Haldane viața pentru trei frați vitregi? De dragul poveștii, să spunem că aceștia sunt frații săi vitregi materni - urmași ai mamei sale, dar cu tați diferiți. Răspunsul tradițional la această întrebare este nu, deoarece dacă alegeți o genă aleatorie în Haldane, are o șansă din patru de a fi prezent într-un frate vitreg. Astfel, o genă aleatorie s-ar aștepta să salveze trei sferturi dintr-o copie - de trei ori un sfert - pentru pierderea unei copii în Haldane. Cu toate acestea, dacă amprentarea este posibilă, genele pot avea informații despre originea lor parentală, iar acest lucru poate schimba contabilitatea.

Din punctul de vedere al unei gene derivate matern la Haldane, cei trei frați vitregi sunt toți urmași ai mamei sale, astfel încât genele sale derivate maternal au probabilitatea ca o jumătate să fie prezente în fiecare frate vitreg. Pentru sacrificarea unei copii a genei în sine, Haldane ar salva o copie și jumătate, în medie, a genelor sale materne. Selecția naturală care acționează în această situație asupra genelor de origine maternă ar favoriza comportamentul sacrificial.

Cu toate acestea, lucrurile arată foarte diferit din punctul de vedere al genelor paterne ale lui Haldane. Acei trei frați vitregi sunt urmașii unor tați diferiți, făcându-i nerude complete. Dacă contabilitatea genetică ar fi tot ce era important, nici un sacrificiu, oricât de mic, ar justifica orice beneficiu, oricât de mare, pentru frații săi vitregi paterni. Prin urmare, în acest caz, selecția pe gene derivate patern l-ar împiedica pe Haldane să efectueze această acțiune sacrificială.

Acest lucru ilustrează faptul că diferite forțe selective pot acționa asupra diferitelor gene dintr-un individ, trăgându-l în direcții diferite, ducând la conflicte genetice interne. Bănuiesc că modul în care sunt rezolvate aceste conflicte este o chestiune de istorie, politică genetică și cunoașterea detaliilor sistemului. Pentru a răspunde la întrebări ca acestea, o mulțime de informații vor veni din științele sociale. Știința politică în special se referă la tratarea conflictelor de interese în cadrul societății cu formațiunile de partide și facțiuni și cred că, dacă există conflicte în interiorul individului, veți avea un fel similar de politică internă.

Sunt deosebit de interesat să privesc situațiile din lumea reală în care s-ar aplica povestea lui Haldane pe care tocmai am spus-o - în care există potențiale forțe selective conflictuale care acționează în interiorul individului. Până acum am vorbit despre conflicte între genele de origine maternă și paternă, dar există și posibile conflicte între genele care stau pe cromozomii sexuali și genele care stau pe ceilalți cromozomi, sau între genele care stau în nucleu și genele care stau în mitocondrii, sau între moștenirea noastră genetică și transmiterea culturală. Încerc să dezvolt un set de teorii și instrumente pentru a face față unor astfel de situații.

Imprimarea genomică este un fenomen fascinant și ridică o întrebare interesantă: dacă informațiile despre sexul părintelui din generația anterioară pot fi transmise prin astfel de mecanisme, există alte informații istorice introduse din mediu care pot fi transmise generației actuale și influențează expresia genetică? Ar fi posibil ca, dacă străbunica mea a suferit o foamete sau a trăit într-o perioadă de război, acest lucru să fi pus o amprentă asupra genomului care influențează expresia genelor în propriul meu corp?

Interesul meu pentru amprenta genetică a început în timp ce îmi terminam doctoratul la Universitatea Macquarie din Sydney. Am început să studiez ecologia plantelor și, în special, modul în care are loc regenerarea după incendiu. M-am plimbat puțin prin tufiș uitându-mă la plante, dar inima mea chiar nu era în asta. Din fericire, am avut ocazia să fac un studiu teoretic asupra evoluției ciclurilor de viață ale plantelor, aplicând la plante teoria selecției rudelor – teoria conflictului părinte-progenitură dezvoltată de Robert Trivers. Gândindu-mă la ceea ce se întâmplă în semințe, am avut, în esență, o teorie a amprentei genomice gata să meargă în momentul în care am auzit de fenomen.

Într-o lucrare din 1974 despre conflictul dintre părinți și descendenți, Trivers a subliniat că a existat adesea o presupunere implicită că ceea ce era bun pentru un părinte era și bun pentru urmași. În ceea ce privește transmiterea genetică, s-ar părea că urmașii sunt miza părinților în viitor, așa că părinții ar trebui să facă tot posibilul pentru ei. Ceea ce a susținut Trivers, totuși, a fost că părinții ar fi selectați pentru a-și maximiza numărul total de urmași supraviețuitori – ceea ce poate fi destul de diferit de maximizarea supraviețuirii oricărui descendent individual. El a sugerat că există un compromis între a produce o mulțime de urmași și a investi relativ puțin în ei față de a produce un număr mic de urmași și a investi foarte mult în fiecare. El a crezut că, de-a lungul timpului evolutiv, descendenții vor începe să concureze cu frații lor pentru resursele disponibile. Și, la rândul său, rivalitatea dintre frați ar duce la un conflict între urmași și părinți, deoarece, în timp, urmașii ar fi selectați pentru a încerca să obțină mai mult decât partea echitabilă de resurse de la părinți - mai mult decât părinții au fost selectați să furnizeze - în timp ce părinții ar fi selectate pentru a-și împărți resursele mai uniform pe un număr mai mare de descendenți. Teoria lui Trivers a fost că acest lucru ar putea duce la conflicte evolutive.

Am fost rugat să vorbesc la Institutul Național de Sănătate într-un workshop despre amprentare și boli umane. Scopul meu a fost să sugerez modul în care teoria evoluționistă ar oferi noi perspective asupra bolilor umane. Un caz evident a fost în sarcina umană, unde teoria lui Trivers despre conflictul părinte-progenit ar putea ajuta la înțelegerea de ce sarcina este atât de des asociată cu complicații medicale. De atunci, analiza interacțiunilor fetale materne a fost un alt domeniu în cercetarea mea.

Teoria lui Trivers are multe de spus despre motivul pentru care sarcina nu funcționează deosebit de bine. Dacă ne uităm la majoritatea produselor selecției naturale, cum ar fi mâna, ficatul, inima sau rinichiul, acestea sunt fragmente minunate de inginerie care funcționează foarte bine timp de 60 sau 70 de ani. Dar de ce sunt atâtea probleme în sarcină? Sarcina este absolut esențială pentru reproducere, așa că te-ai putea aștepta ca aceasta să fie o parte a fiziologiei noastre umane care a fost perfecționată prin selecția naturală. Dar există o diferență evolutivă importantă între funcția inimii și ceea ce se întâmplă în timpul sarcinii. Când ne uităm la forțele selective care acționează asupra funcției inimii, nu există niciun conflict evolutiv. Toate genele implicate în dezvoltarea și funcționarea inimii aparțin aceluiași individ genetic și, într-un fel, au același interes genetic: maximizarea numărului de descendenți ai acelui individ. În absența unui conflict, avem o problemă simplă de optimizare și veți obține o soluție optimă.

Dar în relația dintre mamă și făt – din cauza conflictului părinte-progeni pe care l-a subliniat Trivers – avem acum forțe conflictuale. Puii este selectat pentru a lua puțin în plus de la mamă, iar mama este selectată pentru a rezista unora dintre cerințele puilor. Acele forțe selective tind să acționeze în scopuri încrucișate și să se anuleze reciproc.

O problemă foarte importantă în timpul sarcinii este comunicarea informațiilor între mamă și pui. În comunicarea în interiorul corpului nu există conflicte, deoarece selecția face ca celulele să trimită mesaje cât mai ieftin și cât mai eficient posibil. Dar când te uiți la schimbul de mesaje dintre mamă și făt, există o problemă de credibilitate, deoarece interesele lor nu sunt identice. În unele situații, există un stimulent evolutiv pentru a trimite mesaje înșelătoare și o selecție corespunzătoare pentru ca receptorii să nu aibă încredere în mesajele primite.

Un lucru care se întâmplă în timpul sarcinii este că există o lipsă a controalelor, controalelor și echilibrelor obișnuite de feedback. Am citit cereri de grant pentru oamenii de știință care își propun să studieze relațiile materno-fetale și au tendința de a le prezenta în termeni foarte roz, ca un schimb aproape iubitor de mesaje între mamă și făt. Dar în sarcină un embrion se implantează în cavitatea abdominală sau în trompele uterine — într-o poziție complet nepotrivită în corp — și se dezvoltă autonom în absența oricăror mesaje materne adecvate. Cred că există foarte puțină comunicare între mamă și făt în timpul sarcinii. Mai degrabă, te uiți la diferite încercări fetale de a manipula fiziologia și metabolismul matern pentru beneficii fetale.

În timpul sarcinii, sistemele de comunicare hormonală ale mamei intră sub controlul comun atât al mamei, cât și al fătului. Fătul secretă o serie de hormoni în corpul mamei pentru a obține diferite efecte, în special creșterea nivelului de nutrienți din sângele matern. În primele etape ale sarcinii umane, embrionul se înglobează în peretele uterin și atinge sistemul sanguin matern, eliberând hormoni în sângele matern care pot influența fiziologia mamei, nivelul zahărului din sânge și tensiunea arterială. Cu cât nivelurile de zahăr și grăsimi din sângele matern sunt mai mari, cu atât mai mulți nutrienți poate obține fătul. De obicei, hormonii sunt molecule produse în cantități mici, care au efecte mari, cel puțin atunci când comunicarea are loc într-un singur corp și nu există niciun conflict între emițător și receptor. Cu toate acestea, în timpul sarcinii, un individ (fătul) semnalează altuia (mama) și există potențialul de conflict. Selecția naturală favorizează creșterea producției de hormoni de către descendenți pentru a obține un efect mai mare, în timp ce în același timp favorizează sistemele materne de recepție care devin din ce în ce mai rezistente la manipulare. Există astfel potențialul pentru o escaladare evolutivă care uneori duce la producerea hormonilor placentari în cantități absolut masive. Se estimează că aproximativ un gram pe zi de lactogen placentar uman este secretat în fluxul sanguin matern și, totuși, are efecte relativ minore.

Cred că această observație, că hormonii placentari tind să fie produși în cantități foarte mari, este cea mai bună dovadă a existenței conflictului materno-fetal. Fătul secretă acești hormoni în corpul mamei într-o încercare de a o convinge pe mama să facă ceva ce ea nu vrea neapărat să facă. Gândiți-vă la hormonii placentari ca la echivalentul mesajelor nedorite pe care le primiți în cutia poștală. Aceste mesaje încearcă să te convingă să faci ceva. Sunt relativ ieftine de produs, așa că sunt distribuite în cantități mari, dar au efecte relativ minore. Uneori trebuie să funcționeze, dar este foarte diferit de tipul de șoaptă intimă pe care o poți primi între doi indivizi care au interese comune.

Cea mai reușită aplicare a ideilor mele despre amprentare a fost studiul creșterii în timpul sarcinii și predicția că genele derivate patern sunt selectate pentru a produce placente mai mari care extrag mai multe resurse de la mame. Dar ideea de bază a teoriei se aplică oricăror interacțiuni între rude care sunt ceea ce eu numesc rude asimetrică, adică rude din partea maternă a familiei, dar nu din partea paternă, sau invers. Bănuiesc că amprenta genomică va fi relevantă pentru înțelegerea evoluției interacțiunilor sociale. Există, de asemenea, dovezi acum că amprentarea este implicată în unele forme de autism. Există o serie de gene imprimate despre care se știe că sunt imprimate în creier și sunt interesat să explorez acele idei.

Cea mai interesantă muncă empirică care a fost făcută pentru a-mi testa ideile a apărut din laboratorul lui Shirley Tilghman înainte ca ea să devină președinte al Princeton. Al ei a fost unul dintre primele laboratoare care a descris o genă imprimată. Paul Vrana, un post-doctorat al lui Tilghman, a analizat încrucișările între două specii de șoareci, dintre care una a avut o rată foarte mare de schimbare a partenerului - mai mulți tați într-o puie - în timp ce cealaltă a fost un așa-zis șoarece monogam, în care un tată singur a născut toți descendenții dintr-un pui, iar femela a avut aproximativ 80% șanse să rămână cu tatăl pentru a produce următorul pui. Cercetătorul a prezis că conflictul dintre genomul matern și cel patern ar fi mai intens la șoarecele cu paternitate multiplă decât la șoarecele monogam și, de fapt, atunci când îi încrucișați, obțineți o diferență dramatică de greutate la naștere.

Dacă tatăl provenea din specia cu paternitate multiplă, a existat o selecție intensă asupra genomilor paterni pentru a extrage mai multe resurse de la mame. Acest genom patern ar fi comparat cu un genom matern care nu a fost puternic selectat pentru a rezista cererilor paterne. În această direcție a încrucișării, descendenții erau mai mari decât în ​​mod normal, în timp ce în încrucișarea reciprocă în care genomul patern provenea de la speciile monogame și genomul matern de la speciile poliandre, descendenții erau mai mici decât în ​​mod normal. Paul Vrana a reușit să arate că această diferență s-a datorat în mare parte genelor imprimate în aceste două specii. This suggests that divergence of imprinted genes may contribute to the speciation process, and in particular that changes in social systems and mating systems can cause changes in the expression of imprint. These can then contribute to reproductive isolation between sister species.

The second bit of work is being done in, of all places, a liver oncology lab at the Duke University Medical Center that is studying genomic imprinting. Out of curiosity, Randy Jirtle and Keith Killian looked at marsupials and then at the platypus—an egg-laying mammal—to see where imprinting arose. They found that imprinting is absent in the platypus, at least for the genes they looked at, but was present in marsupials. Thus, imprinting appears to have arisen more or less coincident with the origin of live birth, before the common ancestor of marsupials and placental mammals. There are some exciting areas of research of that kind.

There are also some other recent intriguing observations out there that beg for a theoretical explanation. There's evidence in the mouse, for example, that the paternal genome particularly favors development of the hypothalamus, whereas the maternal genome favors development of the neocortex. I've suggested that some maternal-paternal conflicts can be seen within the individual between different parts of the brain favoring different sorts of actions. I don't have a good explanation of why that's occurring in the mouse, but I would love to know. At a broader level, perhaps these theories have something to say about the subjective experience of internal conflicts—why we sometimes have great difficulty making up our minds. If the mind were purely a fitness-maximizing computer with a single fitness function, then this paralyzing sense of indecision we often feel would make no sense. When we are forced to make a difficult decision it can sometimes consume all our energies for a day, even though we'd be better off making a decision one way or the other. Perhaps that can be explained as a political argument going on within the mind between different agents with different agendas. That's getting very speculative now, though.

In the future I'd also like to get back to plants. I've put a lot of work into thinking about plant life cycles, and the work that I did in my Ph.D. has had relatively little impact, so I'd like to go back and rethink some of those ideas. I've thought of writing a book called Sociobotany that would do for plants what Trivers, Wilson, and Dawkins did for animal behavior. Botany tends to look at the different stages in the life cycles of a plant as cooperating one with the other. But Trivers's theories of parent-offspring conflict are very relevant to understanding some odd features of seed development and the embryology of plants. One of my favorite examples of this phenomenon can be seen in the seeds of pine trees and their relatives. The seed contains multiple eggs that can be fertilized by multiple pollen tubes, which are the functional equivalent of sperm. Within the seed, multiple embryos are produced that then compete to be the only one that survives in that seed. As this happens there's very intense sibling rivalry and even siblicide going on in the seed. Because of oddities of plant reproduction, the eggs that produce those embryos are all genetically identical one to the other, so all the competition among the embryos is between the genes that they get from their fathers through the pollen tube. Because of this, I expect there to be imprinting in the embryos of pine trees.

Another interesting case is found in Welwitschia, a very odd plant that grows in the Namibian desert. Here, once again because of oddities of the plant's genetics, the egg cells are no longer genetically identical one to the other, and they compete with each other to produce the embryo that survives in that seed. Rather than waiting for the pollen tube to reach the eggs, the eggs grow in tubes up to meet the pollen tubes. There's actually a race to meet the pollen tubes growing down to meet the eggs. Fertilization occurs and then the embryos race back down into the seed to gain first access to the food reserves stored in the seed. This odd behavior was just a strange observation of plant embryologists, but I think the application of ideas of conflict between different genetic individuals gives a very pleasing explanation of why you observe this behavior in Welwitschia but not in other groups where the eggs are genetically identical to each other.

Some of these ideas also intersect with the work of evolutionary psychologists. Although I don't interact with them on a daily basis, they're very keen on my work, and I follow theirs. A true psychology has got to be an evolutionary psychology. Whether every theory that goes under the name of evolutionary psychology is evolutionarily justified is a different question, but in terms of the question whether Darwin is relevant to understanding the mind and human behavior, evolutionary psychologists have got it right. We are evolved beings and therefore our psychology will have to be understood in terms of natural selection, among other factors.


Mechanism of parental imprinting

The process of imprinting starts in the gametes where the allele destined to be inactive in the new embryo (either the father's or the mother's as the case may be) is "marked". The mark appears to be methylation of the DNA in the promoter(s) of the gene.

Methyl groups are added to cytosines (Cs) in the DNA. When this occurs at stretches of alternating Cs and Gs called CpG sites in a promoter, it prevents binding of transcription factors to the promoter thus shutting down expression of the gene.

Methylation &mdash and thus inactivation &mdash of the promoters of tumor suppressor genes is frequently found in cancer cells.

Although methylation seems to be the imprinting signal, keeping the gene shut down may require the production of ARN.

Example 1: the IGF2r gena

A report in Natură (16 October 1997) by Wutz et al, reveals that:

  • there is an upstream (left) promoter that is unmethylated and active
  • binding of transcription factors to this upstream promoter enables transcription of the sense strand of the gene to produce Igf2r messenger RNA.
  • There is also a downstream set of CpG sites that are methylated
  • the promoter for IGF2r transcription is methylated (and inactive),
  • but the downstream promoter is unmethylated and active.
  • Transcription of the antisense strand from the downstream promoter produces an ARN antisens (a long noncoding RNA) that participates in shutting his gene down.

Exemplul 2: XIST


What do geneticists mean by anticipation?

The signs and symptoms of some genetic conditions tend to become more severe and appear at an earlier age as the disorder is passed from one generation to the next. This phenomenon is called anticipation. Anticipation is most often seen with certain genetic disorders of the nervous system, such as Huntington disease, myotonic dystrophy, and fragile X syndrome.

Anticipation typically occurs with disorders that are caused by an unusual type of mutation called a trinucleotide repeat expansion. A trinucleotide repeat is a sequence of three DNA building blocks (nucleotides) that is repeated a number of times in a row. DNA segments with an abnormal number of these repeats are unstable and prone to errors during cell division. The number of repeats can change as the gene is passed from parent to child. If the number of repeats increases, it is known as a trinucleotide repeat expansion. In some cases, the trinucleotide repeat may expand until the gene stops functioning normally. This expansion causes the features of some disorders to become more severe with each successive generation.

Most genetic disorders have signs and symptoms that differ among affected individuals, including affected people in the same family. Not all of these differences can be explained by anticipation. A combination of genetic, environmental, and lifestyle factors is probably responsible for the variability, although many of these factors have not been identified. Researchers study multiple generations of affected family members and consider the genetic cause of a disorder before determining that it shows anticipation.


How are researchers exploring the epigenome?

In a field of study known as epigenomics, researchers are trying to chart the locations and understand the functions of all the chemical tags that mark the genome.

Until recently, scientists thought that human diseases were caused mainly by changes in DNA sequence, infectious agents such as bacteria and viruses, or environmental agents. Now, however, researchers have demonstrated that changes in the epigenome also can cause, or result from, disease. Epigenomics, thus, has become a vital part of efforts to better understand the human body and to improve human health. Epigenomic maps may someday enable doctors to determine an individual's health status and tailor a patient's response to therapies.

As part of the ENCODE (ENCyclopedia Of DNA Elements) project-which aims to catalog the working parts of the genome-the National Human Genome Research Institute is funding researchers to make epigenomic maps of various cell types. Other NIH-supported investigators have developed a number of epigenomic maps from several human organs and tissues. These NIH projects are part of an international effort to understand how epigenomics could lead to better prevention, diagnosis and treatment of disease.

In a field of study known as epigenomics, researchers are trying to chart the locations and understand the functions of all the chemical tags that mark the genome.

Until recently, scientists thought that human diseases were caused mainly by changes in DNA sequence, infectious agents such as bacteria and viruses, or environmental agents. Now, however, researchers have demonstrated that changes in the epigenome also can cause, or result from, disease. Epigenomics, thus, has become a vital part of efforts to better understand the human body and to improve human health. Epigenomic maps may someday enable doctors to determine an individual's health status and tailor a patient's response to therapies.

As part of the ENCODE (ENCyclopedia Of DNA Elements) project-which aims to catalog the working parts of the genome-the National Human Genome Research Institute is funding researchers to make epigenomic maps of various cell types. Other NIH-supported investigators have developed a number of epigenomic maps from several human organs and tissues. These NIH projects are part of an international effort to understand how epigenomics could lead to better prevention, diagnosis and treatment of disease.


Priveste filmarea: Qué es la genómica? Workshop de Eugenomic (Iunie 2022).


Comentarii:

  1. Taavet

    Nu ai dreptate. Sunt sigur. O sa discutam. Scrie în pm.

  2. Gar

    Nu pot participa acum la discuții - nu există timp liber. Dar mă voi întoarce - voi scrie neapărat că cred.

  3. Denver

    Îmi cer scuze, dar, după părerea mea, nu ai dreptate. Pot apăra poziția. Scrie -mi în PM, vom discuta.

  4. Aldfrith

    Lovely answer

  5. Anton

    Complet îți împărtășesc părerea ta. Îmi place ideea ta. Vă sugerez să scoateți pentru discuția generală.



Scrie un mesaj