Cell子刊:父母的基因拉锯战

 孩子的教育谁说了算?想必任何父母都不会轻易妥协。实际上,来自父母的基因也在进行着一场拉锯战。结果每个基因都有两个拷贝,一个来自父亲一个来自母亲。这看起来是很公平的,但基因印记会使一个拷贝完全沉默,只让一个人说了算。

犹他大学的研究人员在Cell Reports杂志上发表文章指出,非经典印记(noncanonical imprinting)在大脑中特别普遍,让父亲或母亲在一些细胞亚群中拥有更大的话语权。这种非经典印记的出现更为频繁,似乎受到了某种偏爱。

“传统观点认为,遗传学印记在整个机体或组织水平上起作用。但我们发现这一机制其实是细胞水平上的,”文章的资深作者,犹他大学的助理教授Christopher Gregg说。“这比我们想象的要复杂得多。”

举例来说,非经典印记会影响小鼠的动机性行为,使它们在需要寻找食物的时候离开自己的庇护所。五羟色胺和多巴胺能够影响情绪和行为,它们的合成通路中存在五个印记基因,而且这些印记集中在控制行为的大脑区域中。研究人员选取了其中一个基因(Th),去除了来自母亲的拷贝,发现小鼠外出的时间持续增加。而去除来自父亲的Th基因拷贝,小鼠行为并不会发生改变。

研究人员总共研究了210个印记基因,发现它们80%属于非经典印记,64%只在大脑中表现出亲本偏好。经典印记基因在任何细胞中都只有一个活性拷贝。而非经典印记基因只在某些细胞中偏好一个拷贝,在其他细胞中两个基因拷贝都有活性。

此前有研究显示,一种神经元特异性的印记基因,在发生突变的时候与自闭症有关。这项研究的行为学实验也表明,非经典印记的确可能存在一些负面效应。

Gregg指出,这种类型的印记导致了一些“高风险”神经元,它们对某个亲本遗传下来的突变特别敏感。“我们认为,偏向于表达突变基因的那些细胞会引发大脑疾病,比如自闭症,”他说。

推荐原文:Noncanonical genomic imprinting effects in offspring

Here, we describe an RNA-sequencing (RNA-seq)-based approach that accurately detects even modest maternal or paternal allele expression biases at the tissue level, which we call noncanonical genomic imprinting effects. We profile imprinting in the arcuate nucleus (ARN) and dorsal raphe nucleus of the female mouse brain as well as skeletal muscle (mesodermal) and liver (endodermal). Our study uncovers hundreds of noncanonical autosomal and X-linked imprinting effects. Noncanonical imprinting is highly tissue-specific and enriched in the ARN, but rare in the liver. These effects are reproducible across different genetic backgrounds and associated with allele-specific chromatin. Using in situ hybridization for nascent RNAs, we discover that autosomal noncanonical imprinted genes with a tissue-level allele bias exhibit allele-specific expression effects in subpopulations of neurons in the brain in vivo. We define noncanonical imprinted genes that regulate monoamine signaling and determine that these effects influence the impact of inherited mutations on offspring behavior.

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