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10.15:

Imprinting genomico ed ereditarietà

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Molecular Biology
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Genomic Imprinting and Inheritance

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L’imprinting genomico, è un fenomeno dove la regolazione dell’espressione genica è influenzata dal genitore che ha passato il gene alla sua prole. Le cellule somatiche di molti organismi, come i mammiferi, sono diploidi. Cioè hanno due copie del genoma-una ereditata dal padre e una dalla madre.Copie dello stesso gene nelle cellule somatiche sono conosciute come alleli;nella maggior parte dei casi, entrambi gli alleli sono espressi simultaneamente. Tuttavia, un piccolo numero di geni sono espressi a seconda della fonte dell’eredità a causa di un’impronta o di un segno che accompagna il gene, come la metilazione. Questa metilazione è resistente alla demetilazione che si verifica dopo la fecondazione ed è, quindi, ereditata dalla prole.La metilazione del DNA può regolare positivamente o negativamente l’espressione genica. Nei topi, la copia del gene del fattore di crescita insulina-like 2, ereditato dalla madre è silenziato;mentre la copia dal padre è espressa a causa dell’imprinting. Una sequenza regolatrice di DNA reprime il gene del fattore di crescita insulino-simile 2 quando una proteina isolante è legata.Per l’allele ereditato dalla madre, l’assenza di metilazione risulta nella repressione del gene da parte della proteina isolante. Per l’allele del padre, la metilazione in questa sequenza influenza positivamente l’espressione dell’allele, impedendo che la proteina si legi, risultando nell’espressione genica. L’impronta genomica può essere dannosa per una prole quando l’allele tipicamente espresso è mutato.A differenza della maggior parte dei geni, l’altro allele non può compensare per la mutazione dovuta al silenziamento da parte dell’imprinting genomico. Ad esempio, l’inibitore della chinasi dipendente dalla ciclina 1C, è un gene codificante la proteina responsabile della modulazione della divisione cellulare. L’impronta genomica assicura l’espressione solo dell’allele materno.L’assenza o la mutazione dell’allele materno contribuisce ad una condizione conosciuta come sindrome di Beckwith-Wiedemann. Caratterizzata da un corpo di grandi dimensioni, una lingua grande, e la sporgenza di organi interni fuori del corpo attraverso l’ombelico.

10.15:

Imprinting genomico ed ereditarietà

Diploid organisms inherit genetic material through chromosomes from both parents. Copies of the same gene are known as alleles. In most cases, both alleles are simultaneously expressed and allow various cellular processes to function optimally. If one of the alleles is missing or mutated, the expression of the other allele can compensate; however, this is not true for all genes.

The expression of some genes depends on which parent passed the gene to the offspring, through a phenomenon known as genomic imprinting. In genomic imprinting, the DNA coding for the gene or its regulatory sequence is imprinted with chemical tags such as methyl groups, only in the copy inherited from a particular parent. This tag is resistant to demethylation during fertilization and is passed on to the offspring for selective gene expression.

Sometimes two copies of the gene are inherited from the same parent, and the other parent’s gene is missing.  Maternal uniparental disomy is when two copies of the mother’s gene are present; in contrast, paternal uniparental disomy is when two copies are inherited from the father. If there are two copies of the silenced allele and if the typically expressed allele is absent, it often leads to a genetic disorder.

Human Diseases Linked to Genomic Imprinting

Diseases in humans linked to genomic imprinting include Beckwith-Wiedemann syndrome, Angelman syndrome,  Prader-Willi syndrome, and some cancers.

Prader-Willi and Angelman syndrome are both associated with chromosome 15. Prader-Willi syndrome occurs when there is maternal uniparental disomy. People with this syndrome can display obesity, sexual under-development, and mental disabilities. Angelman syndrome is associated with paternal uniparental disomy. People with this syndrome may show mental disabilities, developmental deficiencies, sleep disorders and hyperactivity.

Suggested Reading

  1. Butler M. G. (2009). Genomic imprinting disorders in humans: a mini-review. Journal of assisted reproduction and genetics, 26(9-10), 477–486.
  2. Lobo, I. (2008) Genomic Imprinting and Patterns of Disease Inheritance. Nature Education 1(1):66