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Molecular Biology
Chapter 10: Gene Expression
10.15:
基因组印记和遗传
二倍体生物通过父母双方的染色体继承遗传物质。同一基因的拷贝称为等位基因。在大多数情况下,两个等位基因同时表达,并允许各种细胞过程发挥最佳功能。如果其中一个等位基因缺失或突变,另一个等位基因的表达可以补偿;然而,并非所有基因都是如此。
一些基因的表达取决于哪个父母通过一种称为基因组印记的现象将基因传递给后代。在基因组印记中,编码基因或其调控序列的 DNA 仅印在从特定亲本继承的副本中,例如甲基等化学标签。该标签在受精过程中对去甲基化具有抵抗力,并传递给后代以进行选择性基因表达。
有时,该基因的两个拷贝是从同一个父母那里遗传的,而另一个父母的基因缺失。母体单亲二倍体是指存在两个母亲基因拷贝;相反,父系单亲二倍体是指两个拷贝是从父亲那里继承的。如果沉默等位基因有两个拷贝,并且不存在典型表达的等位基因,则通常会导致遗传疾病。
与基因组印记相关的人类疾病
与基因组印记相关的人类疾病包括 Beckwith-Wiedemann 综合征、Angelman 综合征、Prader-Willi 综合征和一些癌症。
Prader-Willi 和 Angelman 综合征都与 15 号染色体有关。Prader-Willi 综合征发生在母体单亲二倍体时。患有这种综合征的人可以表现出肥胖、性发育不良和精神残疾。Angelman 综合征与父系单亲二倍体有关。患有这种综合征的人可能会出现精神残疾、发育缺陷、睡眠障碍和多动症。
基因组印记是一种现象,其中基因表达的调节受哪个亲本将基因传递给其后代的影响。
许多生物体细胞,例如哺乳动物,是二倍体,也就是说它们有两个基因组副本——一个从父亲那里继承,一个从母亲那里继承。体细胞中相同基因的拷贝称为等位基因。
在大多数情况下,两个等位基因同时表达。然而,由于基因伴随的印记或标记,例如甲基化,少量基因的表达取决于遗传的来源。
这种甲基化对受精后发生的去甲基化具有抵抗力,因此由后代遗传。DNA 甲基化可以正向或负向调节基因表达。
在小鼠中,从母亲那里继承的胰岛素样生长因子-2 基因的拷贝被沉默,而来自父亲的拷贝由于印记而被表达。
当绝缘体蛋白结合时,调节 DNA 序列会抑制胰岛素样生长因子-2 基因。对于从母亲那里继承的等位基因,没有甲基化导致基因被绝缘蛋白抑制。
对于来自父亲的等位基因,该序列的甲基化通过阻止蛋白质结合,导致基因表达,从而对等位基因的表达产生积极影响。
当典型表达的等位基因发生突变时,基因组印记可能对后代有害。与大多数基因不同,其他等位基因无法补偿由于基因组印记沉默而引起的突变。
例如,细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂 1C 是一种负责调节细胞分裂的蛋白质编码基因。基因组印记确保仅母系等位基因的表达。母系等位基因的缺失或突变导致了一种称为 Beckwith-Wiedemann 综合征的疾病,其特征是体型大、舌头大和内部器官通过肚脐突出到体外。
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