Geneettinen leimautuminen

Abstract

Geneettinen leimautuminen on epigeneettinen ilmiö, jossa geeni ilmentyy ainoastaan yhdestä alleelista toisen alleelin ollessa hiljennetty. Alleelin aktivisuus on riippuvainen siitä kummalta vanhemmalta se on peritty. Näin esimerkiksi paternaalisesti leimautunut geeni ilmentyy ainoastaan äidiltä periytyneestä alleelista ja toisin päin. Eläimistä leimautuneita geenejä on ainoastaan tietyillä nisäkkäillä. Näiden nisäkkäiden geenien kokonaismäärään suhteutettuna leimautuneita geenejä on vain pieni, mutta merkitykseltään huomattava joukko.

Geneettinen leimautuminen on evolutiivisesti nuori ilmiö, jonka ilmaantumista on liitetty nisäkkäiden genomin toistojakso-osuuden laajentumiseen ja näin myös hyppivien geenien kiihtyneeseen vaeltamiseen ja monistumiseen. Hyppivien geenien sekvenssiominaisuudet, niiden kyky sijoittua genomin satunnaisiin kohtiin ja niiden vaeltamista vastustava itusolujen puolustus on voinut tuottaa leimoiksi (engl. imprint) kutsuttuja säätelyelementtejä. Ollessaan aktiivisessa tilassa leima aiheuttaa samassa kromosomissa sijaitsevan alleelin transkriptionaalista hiljentymistä muokkaamalla kromatiinin järjestäytymistä tai saamalla aikaan epigeneettisen tason muutoksia. Epigeneettisen muutoksen tuloksena solun transkriptiokoneisto osaa käsitellä tietyn geenin eri alleeleja eri tavalla. Tällä hetkellä alleelin hiljentymiseen johtavista mekanismeista tunnetuimpia ovat ei-koodaava RNA-välitteinen ja eristyselementtivälitteinen.

Leimautuneiden geenien alleelien eroavat aktiivisuudet pohjautuvat siihen, että niihin kohdistuvien leimojen aktivisuudet vastinkromosomeissa ovat toisilleen vastakkaiset. Leiman aktivisuutta taas määrittävät epigeneettiset säätelyjärjestelmät, joista tässä asianyhteydessä tutkituin on DNA- metylaatio. Leiman epigeneettinen tila ja näin myös sen vastinkromosomispesifinen aktivisuus perustetaan sukupuolisidonnaisesti jo vanhempien siittiö- ja munasolukehityksen aikana. Leiman epigeneettinen tila säilyy aktiivisten mekanismien avulla myös hedelmöitymisen aikaisen globaalin epigenomin uudelleenohjelmoinnin jälkeen periytyen mitoottisten jakautumisten yhteydessä kehittyvän yksilön somaattisiin soluihin. Leiman epigeneettinen tila on stabiilisti periytyvä, mutta on samalla poistettavissa, mikä on välttämätöntä varsinkin sukusolukehityksen aikana tapahtuvan leimojen epigeneettisen tilan uudelleenohjelmoinnin kannalta.

Geneettinen leimautuminen on evolutiivisesti nuori ilmiö, joka eläimistä on kehittynyt ainoastaan istukkanisäkkäille ja pussieläimille. Perimmäiset syyt geenien leimautumiselle ovat hämärän peitossa, mutta on selvää, että geenien leimautuminen on edistänyt elävää poikaista synnyttävien nisäkkäiden reproduktiivisen strategian evoluutiota. Leimautuneet geenit säätelevät kasvua, kehitystä, sekä useita aineenvaihdunnallisia ja neurologisia prosesseja. Tämän lisäksi leimojen olleessa epigeneettisesti epävakoja alueita niiden uskotaan toimivan myös epigeneettisen muovautumisen kohteina. Näin ollen leimautuneet geenit saattavat aiheuttaa kehittyvän yksilön ilmiasullisia muutoksia vasteena ympäristöoloihin, mikä tekee niistä mielenkiintoisen tutkimuskohteen.