Гены отца строят плаценту, показало исследование
Хотя плацента поддерживает плод и мать, оказалось, что этот орган растет по "чертежам" от отца, согласно новому исследованию Корнеллского университета. Исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences в июне, показывает, что гены плода, унаследованные от отца, доминируют в построении плодной стороны плаценты.
Гены работают парами: по одному от каждого родителя. Но около 1% генов млекопитающих "выбирают сторону" — явление, называемое геномным импринтингом. Импринтированные гены используют молекулы, связывающиеся с ДНК (эпигенетические метки), чтобы "заглушить" одну копию и позволить другой вести. В исследовании ученые обнаружили 78 новых импринтированных генов, используя гибриды лошади и осла.
"Это первое исследование, предлагающее непредвзятый профиль новых импринтированных генов у млекопитающего, отличного от мыши", — сказал ведущий автор Сюй Ван.
В исследованиях на мышах было идентифицировано только около 100 генов с импринтированной экспрессией. Чтобы определить, проявляют ли другие гены импринтированную экспрессию, Ван и коллеги секвенировали все экспрессируемые гены (транскриптом) лошаков (мать — ослица, отец — жеребец) и мулов (мать — кобыла, отец — осел) и искали различия по родительскому происхождению.
Поскольку геномы лошади и осла различаются примерно на один нуклеотид из каждых 200 пар оснований (различия, называемые SNP), отцовский и материнский вклад у их потомства можно отследить генетически. Используя SNP, авторы смогли определить родительское происхождение для 7000 генов.
Из этих генов данные транскриптома плацентарной ткани показали, что 93 гена были импринтированы. Хотя в этом наборе были идентифицированы только 15 из 40 известных импринтированных генов человека, их экспрессионное смещение было идентично человеческому, что указывает на высоко консервативную функцию этих генов между семейством лошадиных и людьми.
"[Остальные 78 кандидатов] были частично импринтированы, не на 100%", что указывает на высокодинамичный процесс, — сказал Ван.
Поразительно, что большинство кандидатов на импринтинг экспрессировались с отцовской хромосомы, и это смещение экспрессии терялось при изучении транскриптомов тканей плода. При этом, как и у мышей, отцовские импринтированные гены в значительной степени регулируют развитие плаценты у этих животных.
"Эксперименты на мышах показали, что если вся ДНК происходит от матери, эмбрион растет довольно хорошо, но не плацента, что предполагает определенную степень разделения труда по половому признаку между программированием плаценты и эмбриона", — сказал Ван. "Наши результаты подтверждают то, на что указывали эти прошлые открытия".
Методы, использованные в исследовании, также могут помочь селекционерам.
"Это открытие объясняет то, что селекционеры называют эффектом материнского деда", — сказал соавтор Даг Антчак. "Некоторые гены, например, так называемые гены скорости у великих скаковых лошадей, пропускают поколение и экспрессируются только у внуков, если их носитель был определенного пола... Мы разработали новый подход, который может идентифицировать импринтированные гены, связанные с признаками скаковых лошадей, и который может помочь в принятии решений селекционерами".
Лучшее понимание геномного импринтинга может дать представление о нескольких человеческих заболеваниях. Ошибки в импринтировании генов могут нарушить развитие, вызывая генетические проблемы, такие как гигантизм, карликовость, неврологические нарушения, неполное половое развитие и другие.