Genomisches Prägen und Vererbung

Genomische Prägung ist ein Phänomen, bei dem die Regulation der Genexpression davon beeinflusst wird, welcher Elternteil das Gen an seine Nachkommen weitergegeben hat.

Die somatischen Zellen vieler Organismen, wie z. B. der Säugetiere, sind diploid, d.h. sie haben zwei Kopien des Genoms - eine vom Vater und eine von der Mutter. Kopien desselben Gens in somatischen Zellen werden als Allele bezeichnet.

In den meisten Fällen werden beide Allele gleichzeitig exprimiert. Abhängig von der Quelle der Vererbung wird jedoch eine kleine Anzahl von Genen exprimiert, die auf einen Abdruck oder eine Markierung zurückzuführen sind, die das Gen begleitet, wie z. B. Methylierung.

Diese Methylierung ist resistent gegen die Demethylierung, die nach der Befruchtung auftritt und wird daher an die Nachkommen vererbt. Die Methylierung der DNA kann die Genexpression positiv oder negativ regulieren.

Bei Mäusen wird die Kopie des insulinähnlichen Wachstumsfaktor-2-Gens, das von der Mutter geerbt wurde, zum Schweigen gebracht, während die Kopie des Vaters aufgrund der Prägung exprimiert wird.

Eine regulatorische DNA-Sequenz unterdrückt das insulinähnliche Wachstumsfaktor-2-Gen, wenn ein Isolatorprotein gebunden wird. Bei dem von der Mutter geerbten Allel führt das Fehlen einer Methylierung zur Verdrängung des Gens durch das Isolatorprotein.

Für das Allel des Vaters beeinflusst die Methylierung an dieser Sequenz die Expression des Allels positiv, indem sie die Bindung des Proteins verhindert, was zur Genexpression führt.

Die genomische Prägung kann für einen Nachkommen nachteilig sein, wenn das typischerweise exprimierte Allel mutiert ist. Im Gegensatz zu den meisten Genen kann das andere Allel die Mutation aufgrund des Silencings durch genomische Prägung nicht kompensieren.

Zum Beispiel ist der Cyclin-abhängige Kinase-Inhibitor 1C ein proteinkodierendes Gen, das für die Modulation der Zellteilung verantwortlich ist. Die genomische Prägung stellt sicher, dass nur das mütterliche Allel exprimiert wird. Das Fehlen oder die Mutation des mütterlichen Allels trägt zu einer Erkrankung bei, die als Beckwith-Wiedemann-Syndrom bekannt ist und durch eine große Körpergröße, eine große Zunge und das Hervortreten innerer Organe außerhalb des Körpers durch den Bauchnabel gekennzeichnet ist.