deze serie artikelen over genomic imprinting en allel-specifieke expressie in X chromosoom inactivatie eert Dr. Denise Barlow (1950-2017), die een trail blazer was op het gebied van genomic imprinting. Dr. Barlow was een van de eersten om ingeprente genen te identificeren, die tot expressie komen en gereguleerd worden op een ouder-van-oorsprong–specifieke manier, en een van de eersten om mechanismen van gecoördineerde regulatie van ingeprente genen in clusters vast te stellen.,

Ouderspecifiek chromosoomgedrag werd meer dan 50 jaar geleden waargenomen bij geleedpotigen en buideldieren. Bij zoogdieren suggereerden overervingspatronen van waarneembare fenotypen ook ouder-van-oorsprong–specifieke effecten. In mensen bijvoorbeeld, cytologische schrappingen van een klein deel van chromosoom 15 waren geassocieerd met Prader–Willi en Angelman syndromen, waarbij het paternally of maternally afgeleide chromosoom een schrapping, respectievelijk droeg. Op dezelfde manier produceerden en bestudeerden klassieke genetici bij muizen chromosoomtranslocaties om genen in kaart te brengen., Sommige van deze muizenstammen vertoonden ouderspecifieke overerving van fenotypen. Uit deze studies kwam de haarspeld-staart muis aan het licht, die een grote schrapping van chromosoom 17 droeg en midgestation overgroei en letaliteit wanneer maternaal overgebracht aangetoond. In tegenstelling, vaderlijke erfenis van dezelfde deletie resulteerde in levensvatbare en vruchtbare muizen . Dr. Barlow was inzichtelijk genoeg om deze niet-Mendeliaanse patronen aan te grijpen om het model te ontwikkelen voor het carrià re-lange nastreven van Gen regulerende mechanismen op deze locatie. Deze muizen waren kritische reagentia gebruikt door Dr., Barlow kloon Igf2r, een van de eerste geà dentificeerde ingeprent genen . Sinds die tijd, zijn honderden ingeprente genen geà dentificeerd, met de meerderheid die behouden uitdrukkingspatronen onder zoogdieren tentoonstelt.

Studies die gericht waren op de regulering van de inprenting werden gemotiveerd door de observatie dat een actief en inactief allel van een gen aanwezig was in dezelfde kern en blootgesteld was aan dezelfde transcriptiefactoren, maar zich anders gedroeg. Het werd duidelijk dat informatie langs het DNA van het gen verantwoordelijk was voor het “herinneren” van de ouder van oorsprong., De ingeprente genen hebben vele opmerkelijke eigenschappen die hen apart van de overgrote meerderheid van het genoom plaatsen. Eerst, stellen de ingeprente genen ouder-allel–specifieke methylation van DNA bij discrete elementen tentoon, die in de kiemlijn wordt toegevoegd en door een fase van het uitgebreide herprogrammeren wordt gehandhaafd die na bevruchting in andere delen van het genoom voorkomt. Deze elementen worden het indrukken van controlegebieden (ICR) of het indrukken van controleelementen (ICE) genoemd, zoals aangeduid door Barlow, en zijn van cruciaal belang voor de passende allel-specifieke expressie van aangrenzende gen(s)., Barlow was ook de eerste om secundaire differentieel geméthyleerde gebieden te beschrijven, die postfertilization werden verworven, en als gevolg van ingeprente genuitdrukking worden gevestigd. De ontdekking van methylation van DNA bij ICRs opende het concept van methylation van DNA die als wijdverspreid essentieel genomic regelgevend apparaat handelen. In 1993 stelde Denise Barlow het nieuwe idee voor dat genomische inprenting mogelijk voortkwam uit een gastheerafweermechanisme dat ontworpen was om retrotransposons te inactiveren ., In deze collectie bekijken Walsh en collega ‘ s dit model en beschrijven ze de machines voor het verwerven en onderhouden van DNA methylering op ingeprent loci .

De overgrote meerderheid van de ingeprente genen bevinden zich in clusters in het hele genoom en worden gezamenlijk gereguleerd, meestal door middel van gedeelde ICR ‘ s. De schrapping van ICRs of verstoring van hun allelic DNA-methylation patronen kan verlies van het stempelen van veelvoudige genen in cis veroorzaken. De sleutel tot het begrijpen van het indrukken in vele clusters is de aanwezigheid van lang noncoding (lnc) RNAs., Barlow en collega ‘ s identificeerden de eerste lncRNA op de igf2r locus, Airn, waarvan het transcript van meer dan 100 kb wordt geïnitieerd van de niet-gemethyleerde ICR die in een Igf2r intron verblijven. LncRNAs hebben veelvoudige functies bij ingeprent (evenals andere) plaatsen. Met betrekking tot de igf2r-locus hebben vele jaren van elegante experimenten door het Barlow-laboratorium aangetoond dat de lncRNA niet nodig was voor het inprenten in het embryo zelf, maar dat de transcriptionele overlapping van Airn door de igf2r-promotor de rekrutering van RNA-polymerase II uitsluit ., MacDonald en Mann detailleerden ons huidige begrip van lncRNA-functies door hun transcriptie evenals hun RNA-product . Met betrekking tot hun RNA-product, zijn sommige lncRNAs voorlopers van kleinere RNAs of dienen als steigers, gidsen, of architecturale componenten. Een recent onderzoek van Airn in het reguleren van verre ingeprente genen in muizenplacenta sluit een versterker en transcriptie interferentie-gebaseerd mechanisme uit . Dit resultaat wijst op verschillende mechanismen met betrekking tot hoe Airn de proximale Igf2r en verder weg ingeprent genen reguleert.,in een vroeg stadium suggereerden modellen die probeerden uit te leggen waarom diploïde zoogdieren functionele haploïdie zouden ondersteunen bij ingeprente genen dat deze genen een belangrijke rol spelen in de groei van de foetus, waardoor de conflicten tussen moeder en vader gedeeltelijk in evenwicht werden gebracht. Het is steeds duidelijker geworden dat ingeprente genen unieke functies hebben in de placenta, waarvan sommige genen alleen tot expressie komen en/of in de placenta worden ingeprent. Bovendien kan hun regelgeving verschillen van genen die in het soma worden ingeprent., In deze collectie bespreekt Courtney Hannah de functie en regulatie van ingeprente genen in de placenta, met speciale aandacht voor de rol van endogene retrovirussen (ERVs) in het medieren van placenta-specifieke inprenting .

vanwege het ongebruikelijke karakter van het inprenten hebben de identificatie en studie van inprentende genen geleid tot de aanpassing en wijziging van methoden en in sommige gevallen tot de ontwikkeling van nieuwe technologie., Denise Barlow omarmde technologie van de vroege dagen van positionele klonen van genen, aan het gebruik van muis knockout strategieën voor de studie van regelgevende elementen en de vereiste van lncRNA ‘s, aan het gebruik van microarrays voor het identificeren van nieuwe lncRNA’ s en het karakteriseren van chromatin structuur bij ingeprent genclusters. Zoals beschreven door Li en Li, gebruikten de vroegste studies van het inprenten elegante embryologische en genetische hulpmiddelen . Aanvankelijk, werden deze hulpmiddelen gebruikt om de functionele non-equivalentie van de ouderlijke genomen te tonen en veronderstelde chromosomale plaatsen van ingeprent genen in kaart te brengen., Uiteindelijk, de identificatie van ingeprente genen gebaseerd op uniparental embryo ‘ s en technologieën die ouderlijke allelen in hybride dieren onderscheiden. Meer recent, hebben de hoge productietechnologieën de studie van epigenetische processen vergemakkelijkt en van toegevoegde gelezen diepte en de capaciteit geprofiteerd om de wijzigingen van DNA te bestuderen. Bovendien hebben de nucleaire transplantatie, haploïde embryonale stamcellen die met plaats-geleide schrappingen worden gecombineerd recent aangetoond dat het belangrijkste blok aan uniparental embryoontwikkeling door ingeprente genuitdrukking wordt veroorzaakt.,

belangrijk: naarmate het gebied van genomische inprenting gerijpt werd, deed ook onderzoek naar inactivatie van X-chromosomen, een mechanisme voor zoogdieren om doseringscompensatie te bereiken tussen vrouwtjes met twee X-chromosomen en mannetjes met één chromosoom. In muizen en buideldieren, werd de afgedrukte uitdrukking van het chromosoom van X opgemerkt voorafgaand aan de identificatie van de afgedrukte genen. Hoewel de meeste zoogdieren willekeurige x-inactivatie vertonen in somatische cellen, wordt vaderlijke specifieke inactivatie van een van de twee X-chromosomen waargenomen in alle cellen van vrouwelijke buideldieren en in muizenplacenta ‘ s., Als gevolg van overlapping en overeenkomsten, met inbegrip van de rol van de master regulator lncRNAs Xist en Rsx, onderzoekers op deze gebieden zou leren van elkaar, vaak gebruik van soortgelijke technologieën en strategieën om mechanismen te verduidelijken. In deze collectie beschrijven Loda en Heard de rol van Xist-RNA en hoe het werkt om één X-chromosoom in cis tot zwijgen te brengen .hoewel genomic imprinting zelf een kritisch en fascinerend onderwerp is, met belangrijke implicaties voor de ziekte van de mens, heeft Denise Barlow altijd betoogd dat genomic imprinting een invloedrijk model was voor epigenetische regulatie van zoogdieren., Het inzicht verkregen uit ingeprente genen helpt ook om andere belangrijke mechanismen van monoallelic uitdrukking te begrijpen, met inbegrip van immune en olfactorische receptor genuitdrukking, die willekeurig eerder dan ouder-van-oorsprong specifiek in zoogdieren is. Gezien de noodzaak om de ouderlijke identiteit van ingeprente genen van de gameten over vele celdelingen in ontwikkeling te behouden, zijn epigenetische mechanismen essentieel voor dergelijke processen. Hoewel er veel is geleerd, moet er nog veel worden bepaald op het gebied van de inprenting., De toegang tot embryo ‘ s in zeer vroege stadia en technologieën die eencellige analyse vergemakkelijken zullen ongetwijfeld bijdragen tot het beantwoorden van veel resterende vragen op dit gebied. De manuscripten in deze serie zullen zowel historisch perspectief bieden als inzichten uit het bestuderen van indrukken die brede implicaties hebben voor de biologie. Er is absoluut geen twijfel aan de blijvende erfenis van Denise Barlow.