Механизм импринтинга в генетике

Импринтинг в генетике, то есть генный импринтинг, обусловленный эпиге­нетическими трансформациями — весьма распространённое явление. Это явление тесно связано с ролью отца и матери. Итак, поговорим о том, как реализуется механизм импринтинга в генетике.

Родители не только передают потомству свои гены, но и сигналы о том, с какой активно­стью эти гены должны работать. Некоторые гены отключаются в сперматозоидах, другие — в яйцеклетках. В результате часть признаков потомство наследует только от матери (если соответствующие гены отключены в сперматозоидах), часть — только от отца (если гены от­ключены в яйцеклетке). Это может касаться как половых хромосом (в женском организме одна из X-хромосом «отключается» путём компактизации, причём в разных органах работает либо материнская, либо отцовская X-хромосома), так и аутосом. В половых клетках потомства старые метки могут быть удалены и заменены новыми. В результате у внуков могут проявиться признаки дедушки или бабушки, которые не были выражены у родителей.

В настоящее время широко обсуждается гипотеза о том, что генный родительский импринтинг развился в процессе эволюции как результат конфликта интересов между полами. У млекопитающих между самкой и её детёнышем во время внутриутробного развития складываются отчасти антагонистические отношения. Говоря упрощённо, эмбрион старается «высосать из матери побольше соков», а мать старается сохранить силы и здоровье, чтобы в будущем иметь возможность ещё рожать. Самец в этом конфликте находится на стороне детёныша, поскольку его интересы заключаются в продуцировании жизнестойкого и физически крепкого потомства. Поэтому самцы «отключают» в своих сперматозоидах те гены, которые защищают мать от чрезмерных притязаний эмбриона, а матери, напротив, «отключают» в своих яйцеклетках гены, которые могут эти притязания усилить. Действительно, большинство генов, подвергающихся родительскому импринтингу, так или иначе связаны с внутриутробным развитием и строением плаценты — главного органа-посредника между матерью и плодом. Также это касается гена IGF2, который кодирует инсулиноподобный фактор роста — белок, стимулирующий внутриутробный рост.

В ходе эволюции устанавливается баланс между родительскими влияниями, который обеспечивает нормальное развитие эмбриона. Нарушение этого баланса чревато последствиями.

Синдром Беквита-Видемана

Рис. 1. Синдром Беквита-Видемана

Если у человече­ского зародыша активными оказываются обе копии гена IGF2 (то есть происходит сдвиг баланса активности генов в «отцовскую» сторону), ребёнок рождается с синдромом Беквита-Видемана, для которого ха­рактерен резко увеличенный вес при рождении и чрезмерно быстрый рост (рис. 1). Дети, у которых баланс смещён в «материнскую» сторону (от­ключены обе копии гена IGF2), страдают синдромом Сильвера-Рассела, характерным признаком которого является замедленный рост и ряд других нарушений (рис. 2).

Синдром Сильвера-Рассела

Рис. 2. Синдром Сильвера-Рассела

Считается, что геномному импринтингу подвергаются несколь­ко сотен человеческих генов. Кроме генов, влияющих на рост плода и на работу плаценты, результатом чего обеспечивается изъятие пло­дом ресурсов из материнского организма, импринтингу подвергается ряд генов, связанных с развитием мозга (читайте статью Эволюция развития головного мозга человека). Это обстоятельство стало основанием для оригинальной гипотезы из области биологической психологии и психиатрии.

Данная гипотеза пытается одновременно объяснить происхож­дение широкого спектра психических отклонений, включая аутизм, паранойю, депрессию, шизофрению и различные психозы. Ряд фактов свидетельствует о том, что смещение баланса активности генов в «отцовскую» сторону может приводить к аутизму, а в «материнскую» — к паранойе, депрессии и психозам. Аутичные дети в раннем воз­расте отличаются замкнутостью и крайним эгоизмом, доставляя очень много хлопот своим воспитателям (в первую очередь, конечно, матери). При синдроме Беквита-Видемана риск развития аутизма резко повышен. Кроме того, для многих аутистов, как выяснилось, характерна повышенная активность гена IGF2.

Если сдвиг баланса активности генов в «отцовскую» сторону ве­дёт к аутизму, то сдвиг в «материнскую» сторону приводит к парано­идальным проявлениям. Например, аутисты обычно не замечают или не обращают внимания на то, что за ними кто-то наблюдает; парано­ики, напротив, болезненно чувствительны к подобным вещам. Аути­сты не способны к координированным действиям в группе, они не способны усвоить мотивы и механизмы коллективной деятельности. Параноики, напротив, болезненно сосредоточены на подобных дей­ствиях своего окружения. Для них характерны бредовые идеи кон­спирологического характера, в любом событии они склонны видеть происки врагов или тайных группировок. Можно сказать, что аутистам свойственен «гипоментализм»: они с трудом понимают мотивы, мысли и желания других людей. Наоборот, у параноиков наблюдается «гиперментализм». Они усматривают замысел там, где его нет, видят сознательное вмешательство или сокровенный (иногда религиозный, магический и мистический) смысл чуть ли не во всём, что их окружает.

Исходя из этого, можно предположить, что отклонение баланса генного импринтинга в «материнскую» сторону должны вести не только к замедлению роста детей, что облегчает их вынашивание и вскармливание, но и к изменениям в поведении и мышлении, которые облегчали бы матери заботу о них. Такие дети должны быть более чуткими, менее требовательными, у них должна быть сильнее развита способность чувствовать психическое состояние окружающих и тон­ко реагировать на него. В то же время, сильное смещение баланса в «материнскую» сторону приводит к психозу. Напротив, небольшое смещение баланса в «отцовскую» сторону должно менять поведение детей в сторону эгоизма и сосредоточенности «на вещах». Такие дети требуют больше внимания к себе. Сильное смещение в «отцовскую« сторону ведёт к тяжелому «гипоментализму» и аутизму.

Синдромы Прадера-Вилли и Энджелмана

Рис. 3. Синдромы Прадера-Вилли и Энджелмана

Ряд фактов хорошо согласуются с данной гипотезой. На 15-й хромосоме человека имеется участок, содержащий несколько генов, подвергающихся импринтингу. Дети, у которых баланс активности этих генов сдвинут в «отцовскую» сторону (микроделеции на 15-й материнской хромосоме), страдают синдромом Энджелмана. Такие дети в раннем возрасте отличаются гиперактивностью и постоянно требуют внимания к себе. Среди них впоследствии высок процент аутистов. Дети, у которых баланс сдвинут в «материнскую» сторону (замолкание вследствие импринтирования ряда генов на 15-й отцов­ской хромосоме), страдают синдромом Прадера-Вилли (рис. 3). Они отличаются сонливостью, исключительным спокойствием и нетребовательностью в раннем возрасте. В дальнейшем среди них ча­сто встречаются психозы и депрессия.

Для проверки этой и аналогичных гипотез необходимо деталь­ное изучение всех человеческих генов, подвергающихся родитель­скому импринтингу, и выявление функции этих генов. Пока что накоплены данные о почти 2-х десятках различных синдромов и наследственных нарушений развития, связанных с генным им­принтингом — родительским импринтингом.

Источник: Розанов, В. А. Биология человека и основы генетики: Учебное пособие / В. А. Розанов. – Одесса: ВМВ, 2012. – 435 с.

Связанные статьи:

Онтогенетическое развитие человека, старение и болезни

Эпигенетика человека и её механизмы. Эпимутации

Процессы взросления и старения человека с позиций генетики

Строение генома человека и других организмов

Загрузка...

Ответить

Ваш e-mail не будет опубликован.

Вы можете использовать HTML- теги и атрибуты:

<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>

Загрузка...