denna serie artiklar om genomisk imprinting och allele-specifikt uttryck i X-kromosominaktivering hedrar Dr.Denise Barlow (1950-2017), som var en trail blazer inom genomisk imprinting. Dr. Barlow var en av de första som identifierar imprinted gener, som uttrycks och regleras på ett moder-of-origin–specifikt sätt, och bland de första att fastställa mekanismer för samordnad reglering av imprinted gener i kluster.,

Föräldraspecifikt kromosombeteende noterades hos leddjur och pungdjur för mer än 50 år sedan. Hos däggdjur föreslog arvsmönster av observerbara fenotyper också ursprungsspecifika effekter. Hos människor hade t.ex. cytologiska deletioner av en liten del av kromosom 15 associerats med Prader–Willi-och Angelman-syndrom, varvid den paternalt eller maternellt härledda kromosomen bar en deletion, respektive. På samma sätt genererade och studerade klassiska genetiker kromosomtranslokationer till kartgener hos möss., Några av dessa musstammar visade föräldraspecifikt arv av fenotyper. Från dessa studier kom hårnålsvans musen fram, som bar en stor radering av kromosom 17 och demonstrerade midgestation överväxt och dödlighet när maternally överförs. Däremot resulterade Faderns arv av samma radering i livskraftiga och bördiga möss . Dr. Barlow var insiktsfull nog att gripa på dessa icke-Mendeliska mönster för att utveckla modellen för den karriär långa strävan efter genreglerande mekanismer på denna locus. Dessa möss var kritiska reagens som används av Dr., Barlow att klona Igf2r, en av de första identifierade imprinted gener . Sedan dess har hundratals imprintade gener identifierats, med majoriteten som uppvisar bevarade uttrycksmönster bland däggdjur.

studier med fokus på reglering av imprinting motiverades av observationen att en aktiv och inaktiv allel av en gen var närvarande i samma kärna och utsatt för samma transkriptionsfaktorer men betedde sig annorlunda. Det blev uppenbart att information längs genens DNA var ansvarig för att ”komma ihåg” ursprungspersonen., Imprinted gener har många anmärkningsvärda funktioner som skiljer dem från den stora majoriteten av genomet. För det första uppvisar imprintade gener föräldra-allele–specifik DNA-metylering vid diskreta element, som tillsätts i bakterien och upprätthålls genom en fas av omfattande omprogrammering som uppstår efter befruktning i andra delar av genomet. Dessa element kallas imprinting control regions (ICR) eller imprinting control elements (ICE), som betecknas med Barlow, och är kritiska för det lämpliga allelspecifika uttrycket av intilliggande gener., Barlow var också den första som beskrev sekundära differentiellt metylerade regioner, som förvärvades postfertilisering, och är etablerade som en följd av imprinted genuttryck. Upptäckten av DNA-metylering vid ICRs öppnade begreppet DNA-metylering som fungerar som en utbredd viktig genomisk regleringsanordning. I 1993 föreslog Denise Barlow den nya tanken att genomisk imprinting kan ha uppstått från en värdförsvarsmekanism som är utformad för att inaktivera retrotransposons ., I denna samling, Walsh och kollegor återbesök denna modell och beskriva maskiner för förvärv och underhåll av DNA metylering på imprinted loci .

de allra flesta imprintade gener finns i kluster genom hela genomet och regleras gemensamt, vanligtvis genom delade ICRs. Radering av ICRs eller störning av deras alleliska DNA-metyleringsmönster kan orsaka förlust av imprinting av flera gener i cis. Nyckeln till att förstå imprinting i många kluster är närvaron av långa noncoding (lnc) rna., Barlow och kollegor identifierade den första lncRNA på Igf2r locus, Airn, vars större än 100 kb avskrift initieras från unmethylated ICR är bosatta i ett Igf2r intron. LncRNAs har flera funktioner på imprinted (liksom andra) loci. Med hänsyn till Igf2r locus, många år av eleganta experiment av Barlow laboratorium visat att lncRNA var inte som krävs för att inpränta i embryot rätt, utan snarare att Airn transkriptionell överlappning genom Igf2r projektansvarig hindrar att RNA-polymeras II rekrytering ., MacDonald och Mann detalj vår nuvarande förståelse av lncRNA funktioner genom deras transkription samt deras RNA-produkt . När det gäller deras rna-produkt är vissa lncRNAs föregångare till mindre RNA eller fungerar som byggnadsställningar, guider eller arkitektoniska komponenter. En ny undersökning av Airn i att reglera avlägsna imprinted gener i mus placenta utesluter en förstärkare och transkription interferensbaserad mekanism . Detta resultat pekar på tydliga mekanismer för hur Airn reglerar proximala Igf2r och mer avlägsna imprinted gener.,

tidigt föreslog modeller som försökte förklara varför diploida däggdjur skulle stödja funktionell haploidi vid imprintade gener att dessa gener spelar viktiga roller i fostrets tillväxt, delvis balanserade konflikterna mellan mor och far. Det har blivit allt tydligare att präglade gener har unika funktioner i placentan, varav vissa gener endast uttrycks och / eller imprinted i placentan. Dessutom kan deras reglering skilja sig från gener som är imprinted i soma., I denna samling diskuterar Courtney Hannah funktionen och regleringen av imprintade gener i placentan, med särskild hänsyn till rollen som endogena Retrovirus (ERVs) vid mediering av placentalspecifik imprinting .

på grund av den ovanliga präglingens art har identifieringen och studien av imprintade gener drivit anpassning och modifiering av metoder och i vissa fall nödvändiggjort utvecklingen av ny teknik., Denise Barlow omfamnade teknik från de tidiga dagarna av positionell kloning av gener, till användning av mus knockout strategier för studier av reglerande element och kravet på lncRNAs, till användning av mikroarrays för att identifiera nya lncRNAs och karakterisera kromatinstruktur vid imprinted genkluster. Som beskrivs av Li och Li, använde de tidigaste studierna av imprinting eleganta embryologiska och genetiska verktyg . Ursprungligen användes dessa verktyg för att visa den funktionella icke-ekvivalensen hos föräldragenerna och för att kartlägga förmodade kromosomala platser av imprintade gener., I slutändan förlitade sig identifieringen av imprintade gener på uniparentala embryon och tekniker som skiljer föräldraalleler hos hybriddjur. Mer nyligen har hög genomströmningsteknik underlättat studien av epigenetiska processer och har dragit nytta av ökat läsdjup och förmågan att studera DNA-modifieringar. Dessutom har kärntransplantation, haploid embryonala stamceller i kombination med platsstyrda deletioner nyligen visat att huvudblocket till uniparental embryoutveckling orsakas av imprinted genuttryck.,

viktigt, eftersom området för genomisk imprinting mognat, så gjorde studier av X-kromosominaktivering, en mekanism för däggdjur för att uppnå doskompensation mellan kvinnor med två X-kromosomer och män med en. Hos möss och pungdjur noterades imprinted uttryck av X-kromosomen före identifieringen av imprintade gener. Även om de flesta däggdjur uppvisar slumpmässig X-inaktivering i somatiska celler, observeras paternal-specifik inaktivering av en av de två X-kromosomerna i alla celler av kvinnliga pungdjur och i mus placentas., På grund av överlappningar och likheter, inklusive master regulator lncRNAs Xist och Rsx, utredare inom dessa områden skulle lära av varandra, ofta använder liknande teknik och strategier för att belysa mekanismer. I denna samling beskriver Loda och Heard rollen som Xist RNA och hur det fungerar för att tysta en X-kromosom i cis .

Även om genomisk imprinting i sig är ett kritiskt och fascinerande ämne, med viktiga konsekvenser för mänskliga sjukdomar, hävdade Denise Barlow alltid att genomisk imprinting var en inflytelserik modell för däggdjurs epigenetisk reglering., Insikt från imprinted gener bidrar också till att förstå andra viktiga mekanismer för monoallelic uttryck, inklusive immun och olfaktorisk receptor genuttryck, vilket är slumpmässigt snarare än moder-of-ursprung specifika hos däggdjur. Med tanke på behovet av att upprätthålla föräldrarnas identitet av präglade gener från gameter över många celldelningar i utveckling, är epigenetiska mekanismer avgörande för sådana processer. Även om mycket har lärt sig, återstår mycket att bestämma i präglingsfältet., Tillgång till embryon i mycket tidiga skeden samt teknik som underlättar analys av enskilda celler kommer utan tvekan att bidra till att besvara många återstående frågor på detta område. Manuskripten i denna serie kommer att ge historiskt perspektiv samt insikter från att studera imprinting som har breda konsekvenser för biologi. Det råder absolut ingen tvekan om Denise Barlows bestående arv.