第五章基因組印記第五章基因組印記一、印記的發(fā)現(xiàn)基因組印記？組織或細(xì)胞中，基因的表達(dá)具有親本選擇性，即只有一個(gè)親本的等位基因表達(dá)，而另一親本的等位基因不表達(dá)或很少表達(dá)的現(xiàn)象，相應(yīng)的基因則稱為印記基因父系不表達(dá)稱父系印記母系不表達(dá)稱母系印記第五章基因組印記HelenCrouse于1960年在昆蟲中首次提出

XX×一、印記的發(fā)現(xiàn)第五章基因組印記McGrath和Solter的小鼠核移植實(shí)驗(yàn)(1984)：種質(zhì)細(xì)胞在受精發(fā)育過程中雄原核替代雌原核胚胎組織雌原核替代雄原核胎盤組織胚胎死亡可見，父系和母系基因組在發(fā)育過程中擔(dān)負(fù)的任務(wù)是不同的，且兩者同時(shí)存在是正常發(fā)育所必需的一、印記的發(fā)現(xiàn)第五章基因組印記DeChiara小鼠Igf2基因敲除實(shí)驗(yàn)(1991)：

父系敲除，則發(fā)育成的動(dòng)物個(gè)體小母系敲除，則動(dòng)物的個(gè)體沒有變化雌性敲除小鼠，它們后代的個(gè)體大小也沒有變化進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)證實(shí)父系的等位基因被敲除后，Igf2不再表達(dá)首次證實(shí)了印記基因的存在小鼠Igf2基因?yàn)榈谝粋€(gè)被鑒定的印記基因一、印記的發(fā)現(xiàn)第五章基因組印記2025年5月26日6遺傳印跡2025年5月26日6正交Igf-2Igf-2Igf-2mIgf-2mIgf-2Igf-2Igf-2mIgf-2m反交♂♀正常小鼠矮小型小鼠矮小型小鼠矮小型小鼠正常小鼠正常小鼠Igf-2mIgf-2Igf-2Igf-2m第五章基因組印記1993年Rainier等和Wgawa等首次發(fā)現(xiàn)基因組印記也存在于人類，印記松馳或缺失可能導(dǎo)致癌癥；90年代末到現(xiàn)在，相繼在羊、牛和豬等家畜中也發(fā)現(xiàn)印記基因的存在，一些印記基因還是重要經(jīng)濟(jì)性狀的主效基因，對(duì)家畜的胚胎發(fā)育和出生后生長起著重要的調(diào)控作用；一、印記的發(fā)現(xiàn)第五章基因組印記

迄今為止，除人類和哺乳動(dòng)物外，報(bào)道印記的物種還有有袋類動(dòng)物和種子植物。而在鳥類、魚類、爬行類和兩棲動(dòng)物中普遍認(rèn)為不存在印記。一、印記的發(fā)現(xiàn)第五章基因組印記(1)印記基因成簇存在印記控制中心(imprintingcontrolelements，ICE)交互印記二、印記基因的特點(diǎn)(2)非編碼RNA基因通常延伸數(shù)百kb，以順式作用調(diào)控鄰近編碼基因的表達(dá)；“正義”RNA基因，如H19、XIST反義RNA基因，如Igf2r/Air、UBE3A/UBE3A-ASmicoRNA基因其他RNA基因第五章基因組印記(3)差異甲基化區(qū)域差異甲基化區(qū)域(differentiallymethylatedregion，DMR)，是指染色體上甲基化狀態(tài)具有親本特異性的區(qū)域，即來源于不同親本的DNA序列甲基化狀態(tài)不同的區(qū)域

差異甲基化主要發(fā)生在基因的啟動(dòng)子區(qū)，少數(shù)在外顯子，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的印記基因大多數(shù)具有DMR或受DMR調(diào)控。二、印記基因的特點(diǎn)第五章基因組印記(4)印記具有組織及發(fā)育階段多態(tài)性小鼠Dcn僅在胎盤中為母系表達(dá)，但在15.5天后的胎兒組織中則表現(xiàn)為雙親表達(dá)(Mizunoetal.,2002)人KCNQ1基因在多數(shù)組織表現(xiàn)為父系印記，但在心臟中則表現(xiàn)為雙親表達(dá)(Leeetal.,1997)小鼠Grb10基因在多數(shù)組織器官中是父系印記，但在大腦中是雙等位基因表達(dá)，而成體的大腦中則傾向于父本等位基因表達(dá)(Hikichietal.,2003)二、印記基因的特點(diǎn)第五章基因組印記(5)印記基因遺傳印記的保守性即大多數(shù)印記基因在不同的物種中印記狀態(tài)與印記方向一致；

如PEG10基因在人、鼠、牛、豬、羊等物種中均表現(xiàn)為母系印記。二、印記基因的特點(diǎn)第五章基因組印記基因名位置(染色體)印記狀態(tài)人小鼠人小鼠COMMD1211否父系PLAGL1610母系母系IGF2R617父系父系GRB10711多態(tài)多態(tài)PEG1076母系母系PPP1R9A76父系父系DLX576父系父系MEST76母系母系COPG276母系父系H19117父系父系IGF2117母系母系IGF2AS117母系母系TSPAN32117否母系TSSC4117否父系KCNQ1117父系父系KCNQ1OT1117母系母系CDKN1C117父系父系在人類和小鼠中簽定的印記基因(部分)第五章基因組印記6833144人類共同小鼠514382012年12月

第五章基因組印記三、基因組印記的分子機(jī)制(1)、H19和Igf2的邊界元件作用模式Igf2和H19分別位于人和小鼠的11號(hào)和7號(hào)染色體；位于同一基因簇內(nèi)，位置相鄰，Igf2位于上游；交互印記(Igf2母系印記，H19父系印記)；在H19基因的上游均有DMR控制基因的表達(dá)；在H19下游存在一個(gè)增強(qiáng)子；Igf2和H19之間存在一個(gè)ICE，也是DMR；1、印記基因表達(dá)調(diào)控的經(jīng)典實(shí)例第五章基因組印記增強(qiáng)子阻遏蛋白(CTCF)H19甲基化啟動(dòng)子印記控制中心Igf2H19增強(qiáng)子♀Igf2增強(qiáng)子♂Igf2不轉(zhuǎn)錄H19轉(zhuǎn)錄Igf2轉(zhuǎn)錄H19不轉(zhuǎn)錄第五章基因組印記(2)、Igf2r和Air的印記盒調(diào)控模式ADS：等位基因差別信號(hào)DNS：重新甲基化信號(hào)ADP：ADS特異結(jié)合蛋白DNP：DNS特異結(jié)合蛋白H1-H4甲基化位點(diǎn)Air第五章基因組印記AirAir第五章基因組印記Xist基因Tsix啟動(dòng)子PXiXist基因PXaXa：有活性的X染色體Xi：失活的X染色體甲基化(3)、XIST基因的反義轉(zhuǎn)錄調(diào)控模式

第五章基因組印記2、DMR的形成機(jī)制DMR形成第五章基因組印記印記基因與非印記基因的甲基化在生命周期中變化的異同點(diǎn)：相同點(diǎn)：都要經(jīng)歷兩次去甲基化和重新甲基化的過程；不同點(diǎn)：印記基因在經(jīng)歷第一次去甲基化和重新甲基化后甲基化狀態(tài)保持不變，非印記基因則在第二次去甲基化和重新甲基化后甲基化狀態(tài)保持不變；印記基因的父源與母源等位基因在經(jīng)歷了第一次重新甲基化后甲基化狀態(tài)不同，而非印記基因則在兩次去甲基化和重新甲基化的過程中甲基化狀態(tài)始終一致；第五章基因組印記3、關(guān)于揭示印記機(jī)制的關(guān)鍵性問題

配子中，甲基化如何區(qū)分父系印記基因、母系印記基因和非印記基因？第五章基因組印記四、印記基因的生理功能1、調(diào)節(jié)胚胎和出生后的生長發(fā)育2、調(diào)節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育3、其他功能

在生理上主要是調(diào)節(jié)細(xì)胞周期(分裂與凋亡)，表型上表現(xiàn)為：第五章基因組印記

印跡基因在調(diào)節(jié)哺乳類動(dòng)物胚胎發(fā)育中起重要作用，父源表達(dá)和母源表達(dá)的印跡基因?qū)ε咛グl(fā)育的影響不同。McGrath和Solter（1984）、Surani（1984）將核移植技術(shù)用于小鼠胚胎試驗(yàn)，使得小鼠受精卵單獨(dú)從母源或父源獲得兩套染色體，仍形成二倍體受精卵，并使其在子宮內(nèi)繼續(xù)發(fā)育，分別稱之為雌核發(fā)育（gynogenotes）和雄核發(fā)育（androgenotes）。五、印記基因與胚胎發(fā)育第五章基因組印記

這種雌核發(fā)育和雄核發(fā)育的胚胎均不能完成發(fā)育的全過程。進(jìn)一步觀察發(fā)現(xiàn)雄核發(fā)育者胚胎生長不良，而胎盤發(fā)育相對(duì)良好；雌核發(fā)育則呈現(xiàn)相反的狀態(tài)，胚胎生長良好，胎盤發(fā)育較差。認(rèn)為父源基因組的印跡基因表達(dá)促進(jìn)胎盤生長，而母源基因組的印跡基因表達(dá)則有利于胚胎生長，兩者均為正常胚胎發(fā)育所必需。第五章基因組印記

在人胚胎發(fā)育異常中所見到葡萄胎（hydatidiformmole）就是父本印跡的典型例子，這種發(fā)育異常的胚胎具有完好的胚外組織，高度增生的滋養(yǎng)層，水腫的絨毛，但無胎兒成分，這是由于一個(gè)卵細(xì)胞被兩個(gè)精子受精，使卵細(xì)胞中的母親基因不能參與發(fā)育，或在一個(gè)“空”卵中形成重疊的精子原核。而卵巢畸胎瘤（ovarianteratoma）由非受精卵在卵巢原位孤雌生殖發(fā)育而來，由多胚層組織構(gòu)成，甚至含有毛發(fā)、牙齒、骨骼等結(jié)構(gòu)，由于含有兩套母系染色體，產(chǎn)生分化好但紊亂的胚胎組織，但胎盤結(jié)構(gòu)從未發(fā)現(xiàn)過。第五章基因組印記六、與基因組印記異常有關(guān)的疾病1、PWS(Prader-WilliSyndrome)

普拉德-威利癥候群先天性神經(jīng)異常發(fā)育綜合征癥狀：智能障礙、嬰兒時(shí)期肌肉張力低、發(fā)育遲緩、身材矮小、手掌及腳掌偏小、因過于旺盛的食欲導(dǎo)致肥胖并伴有早發(fā)性糖尿病。病因：15q11-q13區(qū)父本表達(dá)基因的缺失或母本的雙親二體(UPD)第五章基因組印記第五章基因組印記第五章基因組印記2、AS(Angel-manSyndrome)

安格曼癥候群快樂木偶綜合征癥狀：智能障礙、常發(fā)笑、痙攣、缺乏語言能力、移動(dòng)與平衡運(yùn)動(dòng)困難，有顫抖的步伐與顫動(dòng)的四肢，時(shí)有癲癇癥狀。病因：15q11-q13區(qū)母本表達(dá)基因的缺失或父本的雙親二體(UPD)第五章基因組印記第五章基因組印記3、BWS(Beckwith-WiedemannSyndrome)

貝克威思-威德曼癥候群生長過剩綜合征癥狀：舌巨大，臍膨出和生長過剩為三大主要特征，同時(shí)伴有內(nèi)臟腫大（主要為肝、腎和脾的腫大），出生時(shí)低血糖，單側(cè)肥大（身體的一側(cè)生長過剩）等生長異常。病因：11p15.5印記區(qū)印記基因(主要是IGF2和CDKN1C)

的表達(dá)異常第五章基因組印記第五章基因組印記4、RSS(Russell-SilverSyndrome)

羅素-西弗氏癥候群不對(duì)稱身材-矮小-性發(fā)育異常綜合征癥狀：身材矮小，發(fā)育遲緩，面部特征異常，四肢長度不對(duì)稱，第五手指彎曲向內(nèi)，單側(cè)肥大（身體的一側(cè)生長過剩）等生長異常。病因：11p15.5印記區(qū)印記基因(主要是IGF2和CDKN1C)

的表達(dá)異常第五章基因組印記第五章基因組印記5、腫瘤(Tumours)癥狀：略。病因：任何印記基因的表達(dá)異常如：Wilmstumor(nephroblastoma)第五章基因組印記在二倍體中，一些有害的退化性突變被隱藏而在單倍體中則顯現(xiàn)出來，因而對(duì)生物而言，保持兩套染色體較一套染色體更有利。

為什么在一些二倍體生物的組織中，一些基因受印記控制，行為上類似于單倍體呢？七、基因組印記與進(jìn)化？第五章基因組印記1、沖突假說基因作為選擇的單位，通常編碼一種“自私”策略，以使自身能夠生存并傳播到將來的世代在雌性哺乳動(dòng)物懷孕期間，母親提供給胎兒的營養(yǎng)總量一方面影響母親未來的生殖潛能，另一方面也影響當(dāng)前胎兒的生存狀態(tài)對(duì)當(dāng)前和未來生殖的權(quán)衡便構(gòu)成了沖突假說的中心

第五章基因組印記父本基因使自己的后代盡量多地從母本吸收營養(yǎng)，因而父本基因盡量促進(jìn)個(gè)體生長

本身不表達(dá)抑制生長的基因父系印記母本基因要盡量的減少營養(yǎng)被某個(gè)個(gè)體過多吸收，因而母本基因盡量抑制個(gè)體生長本身不表達(dá)促進(jìn)生長的基因母系印記第五章基因組印記

結(jié)論：根據(jù)營養(yǎng)沖突假說，母方使那些能促進(jìn)胚胎和胎盤生長的基因發(fā)生印記，而父方卻使那些抑制其生長的基因發(fā)生印記，即父本表達(dá)的印記基因是促進(jìn)生長的基因，母本表達(dá)的印記基因是抑制生長的基因*大部分印記基因的功能支持沖突假說*卵生動(dòng)物不存在印記基因第五章基因組印記與現(xiàn)實(shí)的矛盾：一些印記基因與生長無關(guān)；一些與生長有關(guān)的印記基因在其他物種中是非印記的；一些父系印記基因促進(jìn)