真核生物的基因調控與表觀遺傳學

基因組印記(genomic imprinting)

你從大多數基因那裡繼承了兩份拷貝,一份來自母親、一份來自父親,通常兩份都幹活——它們是平等的夥伴。但對一小批基因,細胞會留著一個標籤,記著每一份拷貝來自哪一位親代,並且只聽從其中一份。另一份被沉默,不是因為它壞了,而是因為它是經由哪一位親代到來的。這種按親源沉默的現象,就是基因組印記。

一個印記基因,是只從母方拷貝或只從父方拷貝表達的基因,另一份拷貝被一個表觀遺傳標記關掉——最常見的是在卵子或精子形成期間鋪下的DNA甲基化。這個標記是在親代的生殖細胞裡設下的:母親的卵子甲基化某一個控制區域,父親的精子甲基化另一個不同的區域,受精之後這些親源特異的標記被讀出,於是對那個基因來說,只有一份拷貝發聲。關鍵在於,這個標記每一代都被重置:一個從母親那裡繼承了某基因的男人在製造精子時,會擦掉她的母方印記,再蓋上他自己的父方圖案,所以是傳遞它的那位親代、而不是祖父母,設定了這個標籤。印記在基因組裡成簇出現,常常由一個絕緣子或一條長非編碼RNA統管鄰近基因的一整片區域。

基因組印記之所以重要,是因為它打破了那個讓人安心的假設——你的兩份基因拷貝是可以互換的備份。對一個印記基因來說,你實際上只有一份能幹活的拷貝,所以活躍拷貝裡一個突變或缺失就會致病,沒有備份可以補償——這正是為什麼同一條染色體區域的一處缺失,如果遺傳自父親就造成普拉德-威利綜合徵,如果遺傳自母親就造成另一種安格曼綜合徵。主流的進化解釋是父母雙方在胎兒該從母親身上索取多少這件事上的拉鋸戰。印記也是哺乳動物不能由兩個卵子或兩個精子造出的原因:你需要各帶一種親源印記的一份基因組才能正常發育。

刪去15號染色體上同樣的一小段區域,會引出兩種迥然不同的病:遺傳自父親會造成普拉德-威利綜合徵,遺傳自母親則造成安格曼綜合徵——同樣的DNA缺失,相反的結果,因為那裡不同的基因在每一位親代的拷貝上被印記。

一個基因來自哪位親代,能決定它是否發聲——而一份壞拷貝便再無備份。

印記標記每一代都會被重置——它們不是永久的祖傳記憶。傳下這個基因的那位親代會按自己的性別重新蓋章,所以同一段DNA在一個家族裡流轉時,印記狀態可以反轉。

又稱
parental imprintingparent-of-origin effect基因组印记