Ta seria artykułów na temat Genomic imprinting and allele-specific expression in X chromosome inactivation honoruje Dr. Denise Barlow (1950-2017), który był Trail blazer w dziedzinie Genomic imprinting. Dr Barlow był jednym z pierwszych, którzy zidentyfikowali nadrukowane geny, które są wyrażane i regulowane w sposób specyficzny dla rodzica pochodzenia, oraz jednym z pierwszych, którzy ustanowili mechanizmy skoordynowanej regulacji nadrukowanych genów w klastrach.,

u stawonogów i torbaczy ponad 50 lat temu zaobserwowano specyficzne dla rodziców zachowanie chromosomów. U ssaków wzorce dziedziczenia obserwowalnych fenotypów sugerowały również specyficzne dla rodzica skutki. Na przykład u ludzi, delecje cytologiczne małej części chromosomu 15 były związane z zespołami Pradera-Williego i Angelmana, w których chromosom pochodzący od matki lub matki miał delecję, odpowiednio. Podobnie, u myszy klasyczni genetycy generowali i badali translokacje chromosomów mapować geny., Niektóre z tych szczepów myszy wykazywały specyficzne dla rodziców dziedziczenie fenotypów. Z tych badań wyszła na jaw mysz Spinka-ogon, która przeprowadziła dużą delecję chromosomu 17 i wykazała przerost w połowie i śmiertelność, gdy przenoszone matek. W przeciwieństwie do tego, ojcowskie dziedziczenie tego samego delecji zaowocowało żywymi i płodnymi myszami . Dr Barlow był na tyle wnikliwy, aby wykorzystać te nie-Mendeliańskie wzorce, aby opracować model do długotrwałego poszukiwania mechanizmów regulacyjnych genów w tym locus. Te myszy były krytycznymi odczynnikami używanymi przez Dr., Barlow klonuje Igf2r, jeden z pierwszych zidentyfikowanych genów z nadrukiem . Od tego czasu zidentyfikowano setki odciśniętych genów, z których większość wykazuje zachowane wzorce ekspresji wśród ssaków.

badania koncentrujące się na regulacji imprintingu były motywowane obserwacją, że aktywny i nieaktywny allel genu był obecny w tym samym jądrze i wystawiony na działanie tych samych czynników transkrypcyjnych, ale zachowywał się inaczej. Stało się oczywiste, że informacja wzdłuż DNA genu była odpowiedzialna za „zapamiętywanie” rodzica pochodzenia., Nadrukowane geny mają wiele znaczących cech, które odróżniają je od zdecydowanej większości genomu. Po pierwsze, nadrukowane geny wykazują metylację DNA specyficzną dla alleli rodzicielskich w dyskretnych elementach, która jest dodawana w linii zarodkowej i utrzymywana przez fazę rozległego przeprogramowania, która występuje po zapłodnieniu w innych częściach genomu. Elementy te są określane jako imprinting control regions (ICR) lub imprinting control elements (ICE), jak wskazuje Barlow, i są krytyczne dla odpowiedniej ekspresji specyficznej dla alleli sąsiednich genów., Barlow był również pierwszym, który opisał wtórnie odmiennie metylowane regiony, które zostały nabyte pofertylizacji i są ustalone jako konsekwencja imprinted gene expression. Odkrycie metylacji DNA w ICRs otworzyło koncepcję metylacji DNA działającą jako powszechne podstawowe urządzenie regulujące Genom. W 1993 Denise Barlow zaproponowała nowatorski pomysł, że imprinting genomowy mógł wynikać z mechanizmu obronnego gospodarza mającego na celu inaktywację retrotranspozonów ., W tym zbiorze Walsh i współpracownicy ponownie omawiają ten model i opisują Maszyny do pozyskiwania i utrzymywania metylacji DNA w odciśniętych loci .

zdecydowana większość nadrukowanych genów znajduje się w klastrach w całym genomie i jest wspólnie regulowana, zazwyczaj poprzez wspólne ICRs. Delecja ICRs lub perturbacja ich allelicznych wzorców metylacji DNA może powodować utratę imprintingu wielu genów w cis. Kluczem do zrozumienia imprintingu w wielu klastrach jest obecność długich noncoding (LNC) RNA., Barlow i współpracownicy zidentyfikowali pierwszy lncRNA w locus Igf2r, Airn, którego większy niż 100 kb transkrypt jest inicjowany z niemetylowanego ICR rezydującego w intronie Igf2r. Lncrna pełnią wiele funkcji w nadrukowanych (jak i innych) loci. W odniesieniu do locus Igf2r, wiele lat eleganckich eksperymentów prowadzonych przez laboratorium Barlowa wykazało, że lncRNA nie jest wymagane do imprintingu w zarodku, ale raczej, że pokrywanie się transkrypcji Airn przez promotor Igf2r wyklucza rekrutację polimerazy RNA II ., MacDonald i Mann szczegółowo opisują nasze obecne zrozumienie funkcji lncRNA poprzez ich transkrypcję, a także ich produkt RNA . W odniesieniu do ich produktu RNA, niektóre lncrna są prekursorami mniejszych RNA lub służą jako rusztowania, prowadnice lub komponenty architektoniczne. Ostatnie badania nad Airn w regulacji odległych genów w łożysku myszy wykluczają mechanizm wzmacniający i transkrypcyjny oparty na interferencji . Wynik ten wskazuje na odrębne mechanizmy dotyczące tego, w jaki sposób Airn reguluje proksymalne Igf2r i bardziej odległe nadrukowane geny.,

na początku modele, które starały się wyjaśnić, dlaczego Ssaki diploidalne wspierają funkcjonalną haploidalność w odciśniętych genach, sugerowały, że geny te odgrywają ważną rolę w rozwoju płodu, częściowo równoważąc konflikty między matką i ojcem. Staje się coraz bardziej jasne, że geny z nadrukiem mają unikalne funkcje w łożysku, z których niektóre geny są tylko wyrażone i / lub nadrukiem w łożysku. Ponadto ich regulacja może różnić się od genów, które są nadrukowane w soma., W tym zbiorze Courtney Hannah omawia funkcję i regulację genów z nadrukiem w łożysku, ze szczególnym uwzględnieniem roli endogennych retrowirusów (ERVs) w pośredniczeniu nadruku specyficznego dla łożyska .

ze względu na niezwykłą naturę imprintingu, identyfikacja i badanie nadrukowanych genów napędzało adaptację i modyfikację metod, a w niektórych przypadkach wymagało rozwoju nowych technologii., Denise Barlow przyjęła technologię od wczesnych dni pozycyjnego klonowania genów, do wykorzystania strategii nokautowania myszy do badania elementów regulacyjnych i wymagań lncrna, do wykorzystania mikroarrayów do identyfikacji nowych lncrna i charakteryzowania struktury chromatyny w nadrukowanych klastrach genów. Jak opisali Li i Li, najwcześniejsze badania imprintingu wykorzystywały eleganckie narzędzia embriologiczne i genetyczne . Początkowo narzędzia te były używane do pokazania funkcjonalnej nierównoważności genomów rodzicielskich i mapowania przypuszczalnych lokalizacji chromosomowych odciśniętych genów., Ostatecznie identyfikacja nadrukowanych genów opierała się na embrionach jednoparentnych i technologiach odróżniających rodzicielskie allele u zwierząt hybrydowych. W ostatnim czasie, wysoka przepustowość technologii ułatwiły badanie procesów epigenetycznych i skorzystały z dodatkowej głębokości odczytu i zdolność do badania modyfikacji DNA. Dodatkowo, nuclear transplantation, haploidalne embrionalne komórki macierzyste w połączeniu z site-directed delecje ostatnio pokazywali że główny blok dla uniparental embrion rozwój jest spowodowany imprinted gene expression.,

co ważne, w miarę dojrzewania dziedziny imprintingu genomowego, tak samo postępowały badania inaktywacji chromosomu X, mechanizmu pozwalającego ssakom na uzyskanie kompensacji dawkowania pomiędzy samicami z dwoma chromosomami X a samcami z jednym. U myszy i torbaczy, nadrukowana ekspresja chromosomu X została odnotowana przed identyfikacją nadrukowanych genów. Chociaż większość ssaków wykazuje przypadkową inaktywację X w komórkach somatycznych, inaktywacja jednego z dwóch chromosomów X jest obserwowana we wszystkich komórkach torbaczy samic i w łożyskach myszy., Ze względu na nakładanie się i podobieństwa, w tym rolę głównego regulatora Lncrnas Xist i Rsx, badacze w tych dziedzinach uczyliby się od siebie nawzajem, często stosując podobne technologie i strategie w celu wyjaśnienia mechanizmów. W tym zbiorze Loda i Heard opisali rolę Xist RNA i jak to działa, aby wyciszyć jeden chromosom X w cis .

chociaż imprinting genomowy sam w sobie jest krytycznym i fascynującym tematem, z ważnymi implikacjami dla ludzkiej choroby, Denise Barlow zawsze twierdziła, że imprinting genomowy był wpływowym modelem regulacji epigenetycznej ssaków., Wgląd uzyskany z nadrukowanych genów pomaga również zrozumieć Inne ważne mechanizmy ekspresji monoallelicznej, w tym ekspresję genów receptora immunologicznego i węchowego, która jest losowa, a nie specyficzna dla ssaków. Biorąc pod uwagę potrzebę zachowania rodzicielskiej tożsamości nadrukowanych genów z GAMET nad wieloma podziałami komórkowymi w rozwoju, mechanizmy epigenetyczne są niezbędne dla takich procesów. Chociaż wiele się nauczyliśmy, wiele pozostaje do ustalenia w dziedzinie imprintingu., Dostęp do embrionów na bardzo wczesnych etapach, a także technologie ułatwiające analizę pojedynczych komórek niewątpliwie przyczynią się do odpowiedzi na wiele pozostałych pytań w tej dziedzinie. Rękopisy z tej serii dostarczy perspektywy historycznej, jak również spostrzeżenia z badań imprinting, które mają szerokie implikacje dla biologii. Nie ma żadnych wątpliwości co do trwałej spuścizny Denise Barlow.