Прогения — понятие генетики¶

Прогения — термин генетики, обозначающий тип наследования, при котором фенотипическое проявление гена зависит от того, от какого родителя он унаследован. В отличие от обычного аутосомного наследования, где аллели проявляются одинаково независимо от родительского происхождения, при прогении один из аллелей «выключается» в зависимости от того, получен ли он от матери или отца.

¶Механизм явления

Молекулярной основой прогении является геномный импринтинг — эпигенетическая модификация ДНК, при которой определённые гены метилируются по-разному в материнских и отцовских гаметах. Метилирование цитозина в CpG-динуклеотидах приводит к транскрипционному «молчанию» одного из аллелей ещё до оплодотворения. В результате в соматических клетках потомка активен только один аллель гена — либо материнский, либо отцовский, в зависимости от конкретного локуса.

Эти различия в метилировании устанавливаются в процессе гаметогенеза: в оогенезе и сперматогенезе формируются разные импринт-маркеры. Некоторые гены активны только в отцовской копии (например, Igf2 — инсулиноподобный фактор роста 2), другие — только в материнской (например, Igf2r у мышей, H19). Такое «родительское различие» в экспрессии генов и составляет суть прогении.

¶Классификация

В зависимости от того, какой из родительских аллелей проявляется фенотипически, различают:

• Материнский эффект — фенотип определяется аллелем, унаследованным от матери.
• Отцовский эффект — фенотип определяется аллелем, унаследованным от отца.

Прогенное наследование не следует путать с цитоплазматическим наследованием, при котором генетическая информация передаётся через органеллы (митохондрии, пластиды), содержащиеся в цитоплазме гаметы. В случае прогении гены расположены в ядерном геноме и подчиняются законам мендельского расщепления, но фенотипическое проявление зависит от родительского происхождения.

¶Примеры

¶У растений

Прогения наиболее изучена на кукурузе. Работы американских генетиков Р. Бердсолла, Д. Бердсолла и Э. Койна (1970-е годы) показали, что ряд мутаций кукурузы проявляется по-разному в зависимости от того, какой из родителей был гетерозиготен. Например, мутантный ген Dotted (D) даёт пятнистость листьев только при отцовском происхождении аллеля. Аналогичные явления обнаружены у гороха, арабидопсиса и других растений.

¶У животных

У мышей ген Igf2r (рецептор инсулиноподобного фактора роста 2) активен только в материнской копии; отцовский аллель подвергается импринтингу и не экспрессируется. Ген Igf2, напротив, активен только в отцовской копии. Нарушение импринтинга Igf2 приводит к синдрому Беквита — Видемана у человека — заболеванию, сопровождающемуся гигантизмом, макросомией и повышенным риском опухолей.

¶У человека

У человека известно более 100 импринтированных генов. Мутации в них вызывают ряд наследственных синдромов:

• Синдром Прадера — Вилли — при потере отцовской копии участка 15q11-q13 (или нарушении импринтинга в этой области). Проявляется гипотонией, умственной отсталостью, гиперфагией и ожирением.
• Синдром Ангельмана — при потере материнской копии того же участка 15q11-q13. Характерны тяжёлая умственная отсталость, атаксия, характерный «смех».
• Синдром Ретта — частично связан с нарушением импринтинга гена MECP2.

Эти синдромы иллюстрируют принцип «двух геномов» — гипотезу, согласно которой эволюционный конфликт интересов отцовского и материнского геномов в отношении ресурсов плода привёл к формированию механизма импринтинга.

¶Эволюционное значение

Прогения и связанный с ней геномный импринтинг рассматриваются в контексте гипотезы геномного конфликта (теории Холла и Кирша, 1988). Согласно этой гипотезе, отцовский геном заинтересован в максимальном извлечении ресурсов из организма матери для развития потомка, тогда как материнский геном — в их экономном расходовании. Импринтинг является компромиссным механизмом, ограничивающим влияние каждого из родительских геномов.

Импринтированные гены в основном участвуют в регуляции роста эмбриона и плаценты, что согласуется с этой гипотезой. Механизм прогении эволюционно моложе большинства генетических явлений и характерен преимущественно для плацентарных млекопитающих и семенных растений.

¶Прогения и геномный импринтинг

Термины «прогения» и «геномный импринтинг» тесно связаны, но не тождественны. Импринтинг — это молекулярный механизм (метилирование ДНК, модификация гистонов), а прогения — фенотипическое следствие этого механизма, то есть тип наследования. Импринтинг может существовать без видимого фенотипического эффекта (молчащий импринтинг), тогда как прогения предполагает наблюдаемое различие в проявлении гена в зависимости от родительского происхождения.

¶История

Термин «прогения» ввёл в научный оборот в 1935 году швейцарский ботаник и генетик Армин Герштенграбер, описавший явление у гороха. В 1991 году группа исследователей (Д. Бартоломей, А. Фергюсон-Смит и др.) идентифицировала первые импринтированные гены у мышей, что заложило молекулярную основу прогении. В 2011 году было показано, что у человека импринтинг зависит от геномного контекста и может варьировать между тканями.

Источники:

• «Генетика» (учебник под ред. И. Ф. Кузнецова)
• «Molecular Biology of the Cell» (B. Alberts et al.)
• «Principles of Development» (L. Wolpert)
• Nature Genetics (публикации по геномному импринтингу)
• «Геномный импринтинг у млекопитающих» (обзорные статьи)