Cette série d’articles sur l’empreinte génomique et l’expression spécifique des allèles dans l’inactivation du chromosome X rend hommage à la Dre Denise Barlow (1950-2017), qui a été une pionnière dans le domaine de l’empreinte génomique. Le Dr Barlow a été l’un des premiers à identifier les gènes imprimés, qui sont exprimés et régulés de manière spécifique au parent d’origine, et parmi les premiers à établir des mécanismes de régulation coordonnée des gènes imprimés en grappes.,

le comportement chromosomique spécifique des parents a été noté chez les arthropodes et les marsupiaux il y a plus de 50 ans. Chez les mammifères, les schémas d’hérédité des phénotypes observables suggèrent également des effets spécifiques au parent d’origine. Chez l’homme, par exemple, des délétions cytologiques d’une petite partie du chromosome 15 avaient été associées aux syndromes de Prader–Willi et D’Angelman, le chromosome dérivé paternellement ou maternellement portant une délétion, respectivement. De même, chez la souris, les généticiens classiques ont généré et étudié des translocations chromosomiques pour cartographier les gènes., Certaines de ces souches de souris ont montré un héritage parental spécifique des phénotypes. De ces études est apparue la souris en épingle à cheveux, qui portait une délétion importante du chromosome 17 et démontrait une prolifération et une létalité à mi-gestation lorsqu’elle était transmise par la mère. En revanche, l’héritage paternel de la même délétion a donné lieu à des souris viables et fertiles . Le Dr Barlow a été assez perspicace pour saisir ces modèles non Mendéliens pour développer le modèle pour la poursuite des mécanismes de régulation des gènes tout au long de la carrière à ce lieu. Ces souris étaient des réactifs critiques utilisés par le Dr., Barlow pour cloner Igf2r, l’un des premiers gènes imprimés identifiés . Depuis lors, des centaines de gènes imprimés ont été identifiés, la majorité présentant des modèles d’expression conservés chez les mammifères.

Les études portant sur la régulation de l’empreinte ont été motivées par l’observation qu’un allèle actif et inactif d’un gène étaient présents dans le même noyau et exposés aux mêmes facteurs de transcription mais se comportaient différemment. Il est devenu évident que l’information le long de l’ADN du gène était responsable de la « mémorisation” du parent d’origine., Les gènes imprimés ont de nombreuses caractéristiques notables qui les distinguent de la grande majorité du génome. Premièrement, les gènes imprimés présentent une méthylation de L’ADN spécifique à l’allèle parental au niveau des éléments discrets, qui est ajoutée dans la lignée germinale et maintenue par une phase de reprogrammation extensive qui se produit après la fécondation dans d’autres parties du génome. Ces éléments sont appelés régions témoins d’impression (ICR) ou éléments témoins d’impression (ICE), comme indiqué par Barlow, et sont essentiels pour l’expression appropriée des gènes adjacents., Barlow a également été le premier à décrire des régions méthylées différentiellement secondaires, qui ont été acquises après la fécondation, et qui sont établies à la suite de l’expression génique imprimée. La découverte de la méthylation de l’ADN à L’ICRs a ouvert le concept de méthylation de l’ADN agissant comme un dispositif de régulation génomique essentiel répandu. En 1993, Denise Barlow a proposé l’idée nouvelle que l’impression génomique pourrait être née d’un mécanisme de défense de l’hôte conçu pour inactiver les rétrotransposons ., Dans cette collection, Walsh et ses collègues revisitent ce modèle et décrivent les mécanismes d’acquisition et de maintenance de la méthylation de l’ADN aux loci imprimés .

la grande majorité des gènes imprimés sont situés en grappes dans tout le génome et sont régulés conjointement, généralement par des ICR partagés. La délétion des ICR ou la perturbation de leurs schémas alléliques de méthylation de l’ADN peut entraîner la perte de l’empreinte de plusieurs gènes dans le cis. La clé pour comprendre l’impression dans de nombreux clusters est la présence d’ARN non codants longs (lnc)., Barlow et ses collègues ont identifié le premier lncRNA au locus Igf2r, Airn, dont la transcription supérieure à 100 Ko est initiée à partir de L’ICR non méthylé résidant dans un intron Igf2r. Les LncRNAs ont de multiples fonctions à des loci imprimés (ainsi que d’autres). En ce qui concerne le locus Igf2r, de nombreuses années d’expériences élégantes du laboratoire Barlow ont démontré que l’arnl n’était pas nécessaire pour l’impression dans l’embryon proprement dit, Mais que le chevauchement transcriptionnel de L’Airn à travers le promoteur Igf2r empêche le recrutement de L’ARN polymérase II ., MacDonald et Mann détaillent notre compréhension actuelle des fonctions de l’arnnl à travers leur transcription ainsi que leur produit ARN . En ce qui concerne leur produit ARN, certains lncRNAs sont des précurseurs d’ARN plus petits ou servent d’échafaudages, de guides ou de composants architecturaux. Une étude récente de L’Airn dans la régulation de gènes imprimés à distance dans le placenta de souris exclut un mécanisme basé sur un activateur et une interférence de transcription . Ce résultat indique des mécanismes distincts concernant la façon dont Airn régule L’Igf2r proximal et des gènes imprimés plus éloignés.,

Au début, des modèles qui cherchaient à expliquer pourquoi les mammifères diploïdes soutiendraient l’haploïdie fonctionnelle au niveau des gènes imprimés ont suggéré que ces gènes jouent un rôle important dans la croissance du fœtus, équilibrant en partie les conflits entre la mère et le père. Il est devenu de plus en plus clair que les gènes imprimés ont des fonctions uniques dans le placenta, dont certains gènes ne sont exprimés et/ou imprimés que dans le placenta. De plus, leur régulation peut différer des gènes qui sont imprimés dans le soma., Dans cette collection, Courtney Hannah discute de la fonction et de la régulation des gènes imprimés dans le placenta, avec une attention particulière accordée au rôle des rétrovirus endogènes (ERV) dans la médiation de l’empreinte spécifique du placenta .

en raison de la nature inhabituelle de l’impression, l’identification et l’étude des gènes imprimés ont entraîné l’adaptation et la modification des méthodes et, dans certains cas, ont nécessité le développement de nouvelles technologies., Denise Barlow a embrassé la technologie des premiers jours du clonage positionnel des gènes, à l’utilisation de stratégies d’élimination des souris pour l’étude des éléments régulateurs et l’exigence des lncRNAs, à l’utilisation de microréseaux pour identifier de nouveaux lncRNAs et caractériser la structure de la chromatine au niveau des clusters de gènes imprimés. Comme décrit par Li et Li, les premières études de l’impression employaient des outils embryologiques et génétiques élégants . Initialement, ces outils ont été utilisés pour montrer la non-équivalence fonctionnelle des génomes parentaux et pour cartographier les emplacements chromosomiques putatifs des gènes imprimés., En fin de compte, l’identification des gènes imprimés reposait sur des embryons uniparentaux et des technologies qui distinguent les allèles parentaux chez les animaux hybrides. Plus récemment, les technologies à haut débit ont facilité l’étude des processus épigénétiques et ont bénéficié d’une profondeur de lecture accrue et de la capacité d’étudier les modifications de l’ADN. De plus, la transplantation nucléaire, les cellules souches embryonnaires haploïdes combinées à des délétions dirigées vers le site ont montré plus récemment que le blocage principal du développement embryonnaire uniparental est causé par l’expression génique imprimée.,

Il est important de noter que, à mesure que le domaine de l’empreinte génomique a mûri, les études sur l’inactivation du chromosome X, un mécanisme permettant aux mammifères d’obtenir une compensation posologique entre les femelles avec deux chromosomes X et les mâles avec un. Chez la souris et les marsupiaux, l’expression imprimée du chromosome X a été notée avant l’identification des gènes imprimés. Bien que la plupart des mammifères présentent une inactivation x aléatoire dans les cellules somatiques, l’inactivation spécifique paternelle de l’un des deux chromosomes X est observée dans toutes les cellules des marsupiaux femelles et dans les placentas de souris., En raison des chevauchements et des similitudes, y compris le rôle du régulateur principal lncRNAs Xist et Rsx, les chercheurs dans ces domaines apprendraient les uns des autres, employant souvent des technologies et des stratégies similaires pour élucider les mécanismes. Dans cette collection, Loda et Heard décrivent le rôle de L’ARN Xist et comment il fonctionne pour réduire au silence un chromosome X dans le cis .

bien que l’empreinte génomique soit elle-même un sujet critique et fascinant, avec des implications importantes pour les maladies humaines, Denise Barlow a toujours soutenu que l’empreinte génomique était un modèle influent pour la régulation épigénétique des mammifères., Les connaissances acquises à partir de gènes imprimés aident également à comprendre d’autres mécanismes importants de l’expression monoallélique, y compris l’expression des gènes des récepteurs immunitaires et olfactifs, qui est aléatoire plutôt que spécifique au parent d’origine chez les mammifères. Étant donné la nécessité de maintenir l’identité parentale des gènes imprimés des gamètes sur de nombreuses divisions cellulaires en développement, les mécanismes épigénétiques sont essentiels pour de tels processus. Bien que beaucoup ait été appris, beaucoup reste à déterminer dans le domaine de l’impression., L’accès aux embryons à des stades très précoces ainsi que les technologies facilitant l’analyse unicellulaire contribueront sans aucun doute à répondre à de nombreuses questions encore en suspens dans ce domaine. Les manuscrits de cette série fourniront une perspective historique ainsi que des idées tirées de l’étude de l’impression qui ont de larges implications pour la biologie. L’héritage durable de Denise Barlow ne fait aucun doute.