哺乳动物印记基因的研究进展

哺乳动物印记基因是指只表达亲本一方的遗传信息,而另一方处于关闭状态的一类基因。约80%的印记基因呈串出现在染色体上;在哺乳动物品种之间,印记基因具有较高的保守性;印记基因的复制通常表现为不同时性;一些印记基因具有印记遗传的时空性;少数印记基因只转录为mRNA而不翻译成蛋白质;印记基因的反意链通常表达,表达产生具有调节印记基因的作用。哺乳动物印记基因的调控序列的DNA甲基化、组蛋白乙酰酸化和组蛋白甲基化等引起其印记表达,其中DNA分子的甲基化是关键,它在生命周期中可被清除,也可被标记。印记基因之间的调控表达通常是相互作用的。克隆动物作为印记基因研究的实验动物模型,已获得许多有意义的研究结果。     

哺乳动物印记域DLK1-DIO3的研究进展

DLK1-DIO3印记域定位于人14号染色体、小鼠12号染色体及绵羊18号染色体远端, 在真哺乳亚纲动物中印记保守。该印记域包含3个编码蛋白的父系表达基因Dlk1、Rtl1和Dio3以及若干大小不同的母系表达印记非编码RNA, 如miRNAs、snoRNAs 和大型非编码RNA Gtl2等。人和小鼠该印记域内印记基因剂量的改变将导致严重的表型异常甚至胚胎致死, 暗示正常的发育需要域内印记基因的正常表达。文章重点论述了哺乳动物DLK1-DIO3印记域的印记调控机制和域内印记基因及其功能的研究进展。     

哺乳动物基因组印记的研究进展

基因组印记是由亲本来源不同而导致等位基因表达差异的一种遗传现象。基因组印记产生的原因及过程是现代遗传学的一个热点问题。哺乳动物的许多基因组印记特征都使其成为后基因组时代的一个热点生物学问题。进化的基因组印记在哺乳动物生殖、发育中起到了特定的作用。综述了基因组印记的特点、印记基因的印记机理、基因印记与克隆动物的发育、印记基因与疾病的研究进展。     

基因组印记中的长非编码RNA

长非编码RNA(lnc RNA)是长度大于200 bp的一类非编码蛋白的RNA,因其在基因组中含量巨大以及重要的生物学功能引起了学术界的广泛关注.基因组印记是一种表观遗传现象,lnc RNAs通过建立靶基因的印记而发挥重要的生物功能.基因组印记可以用来研究lnc RNAs在转录和转录后水平调控基因表达的分子机制.本文选取6个印记机制研究比较透彻的印记区域,包括Kcnq1/Cdkn1c、Igf2r/Airn、Prader-Willi(PWS)/Angelman(AS)、Snurf/Snrpn、Dlk1-Dio3和H19/Igf2.通过介绍包括基因间lnc RNAs(H19、Ipw和Meg3)、反义lnc RNAs(Kcnq1ot1、Airn、Ube3a-ATS)和增强子lnc RNAs(IG-DMR e RNAs)在内的3种类型lnc RNAs在印记调控中的作用,从而了解lnc RNAs通过顺式或(/和)反式作用多种机制调控亲本特异性靶基因的表达.了解印记基因簇中lnc RNAs的作用方式将有助于我们揭示lnc RNAs在整个基因组中的作用机制.     

生殖细胞及早期胚胎基因组印记的表观调控

基因组印记是一种区别父母等位基因的表观遗传过程,可导致父源和母源基因特异性表达。印记是在配子发生过程中全基因组表观重编程时获得的,且在早期胚胎发育过程中得以维持。因此,在全基因组重编程过程中,对印记的识别和维持十分重要。本文概述了原始生殖细胞的印记清除、双亲原始生殖细胞的印记获得以及早期胚胎发育过程中印记维持的相关过程,并对在印记区域内保护印记基因免受全基因组DNA去甲基化的表观遗传因子的相关作用机制进行了讨论。     

哺乳动物印记域DLK1-DI03的研究进展

DLK1-D103印记域定位于人14号染色体、小鼠12号染色体及绵羊18号染色体远端,在真哺乳亚纲动物中印记保守.该印记域包含3个编码蛋白的父系表达基因DIk1、Rt11和Di03以及若干大小不同的母系表达印记非编码RNA,如miRNAs、snoRNAs和大型非编码RNA Gtl2等.人和小鼠该印记域内印记基因剂量的改变将导致严重的表型异常甚至胚胎致死,暗示正常的发育需要域内印记基因的正常表达.文章重点论述了哺乳动物DLK1-DI03印记域的印记调控机制和域内印记基因及其功能的研究进展.     

拟南芥的印记基因和印记表达调控

基因组印记是指后代仅表达亲本之一基因拷贝的现象。印记基因的发生是防止孤雌生殖发生的有效手段之一。拟南芥FIS(Fertilisation-independent seed)印记基因mea、fis2和fie在中央细胞分裂抑制和早期胚乳发育调节中发挥重要作用。fis突变体具有两种表型:当受精缺失时二倍体胚乳自主发育,而当受精发生时形成非细胞化的胚乳。FIS多梳蛋白复合体(Polycomb protein complex)包括上述3种FIS蛋白,在目标位点催化组蛋白H3第27位赖氨酸的tri-甲基化(H3K27 tri-methylation)。DME(DEMETER)和AtMET1(Methyltransferase1)参与了mea和fis2的印记表达控制。最近研究结果表明,开花植物中转座子的插入影响邻近基因的表达,是基因组印记进化的主要驱动力量。本文综述了10年来拟南芥中FIS印记基因和相关基因的发现及其调控机理,期望能为水稻、玉米等重要作物中印记基因的研究提供借鉴和参考。     

非编码RNA与哺乳动物基因组印记的起源

基因组印记是由亲本来源不同而导致等位基因表达差异的一种遗传现象,主要发生在胎盘哺乳动物（真哺乳类）和显花植物中.大部分印记基因都分布在印记基因簇内,其中包含大量的非编码RNA基因.印记基因的表达受印记控制区（ICRs）的顺式调控.基因组印记产生的原因及过程是现代遗传学研究的一个热点问题,分析印记同源区从非印记物种到印记物种的过渡,为解决这一问题提供了重要启示.最近,原始哺乳动物（有袋类和单孔类）模式物种全基因组测序的完成,极大地促进了印记同源区的比较分析研究.本文对这些研究进行了回顾和分析,发现非编码RNA与哺乳动物基因组印记获得关系密切.主要依据为：（1）伴随着基因组印记的获得,印记区有大量的非编码RNA新基因出现;（2）与基因组印记相关的一些保守非编码RNA的表达发生了显著变化.此外,对15种脊椎动物中印记snoRNA基因系统分析的结果表明：印记snoRNA起源于真哺乳类与有袋类动物分化之后,并且在真哺乳类辐射进化之前发生了迅速的扩张,主要的基因家族在这一时期已经形成.这些结果进一步证明了非编码RNA与基因组印记获得的密切联系.非编码RNA可能主要通过调控印记表达和诱导染色体表观遗传修饰两种机制,参与哺乳动物基因组印记的获得.     

母源效应蛋白在基因组印记维持中的作用

基因组印记是指生殖细胞发生过程中双亲基因组发生差异表观修饰,使带有亲代印记的等位基因出现父源或母源单等位基因表达。在配子发生和早期胚胎发育过程中,基因组印记甲基化经历一个去除、重建和维持的复杂过程。这个过程中的任何环节被干扰都将导致印记紊乱,造成胚胎发生、胎盘形成及出生后发育异常。近来研究表明,早期胚胎发育过程中一些母源效应蛋白在印记基因表观调控中起重要作用。为了更好地理解这些母源因子对印记基因建立及维持的作用与机制,文章综述了DPPA3、ZFP57、TRIM28和DNMT1等母源效应因子近年来的相关研究进展,并探讨了这些因子对基因组印记的表观调控机制。     

Ascl2、Nap1l4和Osbpl5基因在牛胎盘中的表达分析

基因组印记是一个复杂的表观遗传修饰过程,从而使印记基因呈单基因表达的模式。大部分的印记基因在动物的胎盘中表达,通过调节胎盘的生长和转运能力而促进妊娠和胎儿发育。CDKN1C/KCNQ1OT1印记区域与人类的BWS综合症以及肿瘤的发生有关。Ascl2、Nap1l4和Osbpl5是位于CDKN1C/KCNQ1OT1印记区域的3个基因,其在小鼠和人胎盘中的表达存在差异,在小鼠的胎盘中3个基因是印记的,而在人中为非印记。本研究利用基于单核苷酸多态性(single-nucleotide polymorphism, SNP)的RT-PCR产物直接测序法分析了Ascl2、Nap1l4和Osbpl5在牛的胎盘中表达状态,结果发现Ascl2、Nap1l4和Osbpl5基因在牛的胎盘中的表达与人相似,是双等位基因表达,说明Ascl2、Nap1l4和Osbpl5在胎盘中印记表达模式具有物种特异性。     

哺乳动物基因组印记的擦除、建立和维持机理

基因组印记主要依靠印记基因DNA甲基化方式调控,这种表观遗传修饰让多种哺乳动物出现基因单等位表达现象。印记的擦除发生在原始生殖细胞(primordial germ cells,PGCs)时期,其主要途径为活化诱导的胞苷脱氨酶(activation-induced cytidine deaminase,AID)、TET(ten-eleven translocation)蛋白介导的去甲基化。印记的建立发生在配子发生期,雌雄有明显的不同。印记的维持在多种因子的共同作用下完成,主要参与的蛋白有Dnmt1、Dppa3、KAP1和ZFP57等。印记的维持贯穿整个发育阶段,并通过细胞分裂遗传给子代。机体正常生长发育有赖于印记基因的正常表达。随着第一个印记基因IGF2R的发现,对于印记机制的研究不断推进。该文将概述基因组印记的建立、维持、擦除机理以及克隆动物中存在的印记基因异常重编程。     

印记控制区(ICR)的调控机制

绝大多数印记基因成簇地分布在很大的染色体区域,在发育过程中起着十分重要的作用。印记基因等位位点专一性的抑制是由印记控制区(imprinting control region,ICR)所调控的,通常是等位位点一方的ICR发生甲基化。在配子形成过程中,非组蛋白和邻近的序列会影响这种差别甲基化。DNA的甲基化、组蛋白的修饰以及多梳状体蛋白对于印记的维持十分重要。不同印记区的印记调控的方式是不同的。在某些区域ICR组装成绝缘子,干扰启动子和增强子的相互作用,而在另一些区域中涉及到了非编码RNA,印记调控以一种与X染色体失活机制类似的方式进行。     

Uhrf1与Dppa3相互作用调节印记基因的表达

目的明确Uhrf1与Dppa3相互作用是否能够调节印记基因的表达。方法利用基因体外克隆构建Dppa3和Uhrf1的过表达载体p CMV-Myc-Uhrf1和p CDH-Flag-Dppa3;利用免疫共沉淀法检测Dppa3与Uhrf1间的相互作用;以维甲酸诱导分化前后的J1细胞为模型,过表达Dppa3、Uhrf1、Dppa3和Uhrf1,q PCR检测Dppa3与Uhrf1共同表达对印记基因表达量的影响。结果 Uhrf1可与Dppa3相互作用。过表达Dppa3或Uhrf1均可抑制维甲酸诱导的印记基因表达,Dppa3与Uhrf1同时表达可增强Dppa3、Uhrf1过表达对印记基因的调节作用。结论 Dppa3与Uhrf1相互作用能够调节印记基因的表达。     

印记基因:发育中的重要调节因子

印记基因是一类单等位表达的基因,数量少但功能强大,构成了基因组印记这一表观遗传领域中的独特现象,来源于不同亲本的印记基因在个体发育过程中承担着不同的重要功能。除了印记基因状态的建立、保持,人们围绕印记基因在发育进程中的功能做了大量研究。印记基因最初在核移植研究中被发现,早期研究聚焦在个别基因簇上。随着组学技术的引入,更多的印记基因被筛选和鉴定出来,这也引起了该领域内的热烈讨论和关注。随着全基因组DNA甲基化及组蛋白修饰等研究方法的发展,人们对印记基因的两个经典调控模型又提出新的看法和思考,尤其是最近的一些研究成果对于解释印记基因在哺乳动物中的高度保守性及其存在的意义具有重要启示。本文立足于最新研究进展,从印记基因的特征和基本规律、发育中的调控作用、机制、研究方法、进化以及环境对其影响等几个方面进行了综述,旨在为人们全面了解印记基因概况及研究趋势提供参考和指导。     

遗传印记--一种对孟德尔定律的发展与扩充的新现象

遗传印记作为一种对孟德尔定律的发展与扩充的新的遗传现象,正受到越来越多的关注。主要从遗传印记的发现、印记基因的特点、印记的分子机制、表达调控及其与疾病的关系做了综述。     

基因印记与lncRNA

基因印记是一种表观遗传调控机制,在二倍体哺乳动物的发育过程中,基因印记可以调控来自亲代的等位基因差异表达。非编码RNA是不编码蛋白质的RNA,它在RNA水平调控基因表达。研究表明大多数印记基因中存在长非编码RNA（长度>200nt的非编码RNA）的转录,长非编码RNA主要通过顺式的转录干扰作用来实现基因印记。同时基因印记及其相关的长非编码RNA异常表达与许多先天疾病相关,迄今已发现数十种人类遗传疾病与基因印记有关,而lncRNA引起的基因印记在疾病的发生和治疗中起着重要作用。     

基因组印记研究进展

基因组印记是由于父源或母源的等位基因受到“标记”而发生的不符合孟德尔遗传定律的特殊遗传现象。父源或母源的等位基因通过某种特异的基因修饰机制,如DNA甲基化,非编码RNA的调节作用和组蛋白修饰等,抑制另一拷贝的表达。哺乳动物中的基因印记影响着其生长发育,正常印记模式的改变在临床上会引起许多疾病。文章总结了自印记现象被发现后二十几年来的研究进展,包括印记的发生机制、发生途径、进化方式和起源理论。目前对基因印记的了解还不完全,后基因组技术的发展也许能够促进对其分子机制的进一步揭示。     

基因组印记

根据孟德尔遗传定律,当一种性状从亲代传到子代,涉及这种性状的基因和染色体无论是来自父方或母方,传递所产生的表型效应都应该是完全相同的。但是这一普遍规律现已发现在哺乳动物某些组织和细胞中会出现例外．即控制某一表型的一对等位基因由于亲源不同而差异性表达,也就是说,机体只表达来自亲本一方的等位基因．而与其自身性别无关。这就称为基因组印记（genomic imprinting）。其中父（母）系等位基因不表达者,就称为父（母）系印记。它不遵循孟德尔遗传规律。     

基因组印记对个体发育及动物克隆的影响

介绍了印记基因对个体发育及动物克隆的深远影响。通过分析有关印记基因起源的几种不同假说,展现印记基因的作用方式与功能;探讨印记基因特殊的形成机制,有助于深入理解这一表观遗传修饰调节对动物个体发育和动物克隆的影响。印记基因对哺乳动物胎儿的发育具有十分重要的作用,对个体的生长与行为也有一定影响,特别是对胎盘发育极为重要。一旦表达失控就会导致多种疾病发生,大量证据表明许多肿瘤的发生都与其相应基因组印记丢失有关。在当前动物克隆研究中,克隆动物成活率低,具有大量表型异常及不同程度缺陷,而这些异常与许多印记基因表达失调导致的症状非常相似。因此,克隆动物的印记基因表达异常可能正是制约克隆效率提高的关键因素。     

基因印记的功能及应用

基因印记是体细胞来源于不同亲代的一对等位基因发生的差异性表达,即机体仅表达来自亲本一方的等位基因,而另一方不表达或很少表达。该文主要对印记基因的特征、功能和应用前景进行了简单阐述,表明印记基因有重要应用价值而且极有希望成为新的家畜改良和育种工具。