imprimarea Genomică și cromozomul uman 15
GABRIELA M. REPETTO
Departamentul de Pediatrie, Facultatea de Medicina, P. Universidad Cat Uniclica de Chile, Santiago
autor corespondent: Gabriela Repetto. Departamentul. de Pediatrie, Facultatea de Medicină, P. Universidad Cat Uniclica de Chile. Sistem rezervari Hotel _ 2017
ABSTRACT
imprimarea genomică este un fenomen reversibil care afectează expresia genelor în funcție de originea lor parentală. Cele mai bine caracterizate tulburări umane rezultate dintr-o modificare a procesului de imprimare sunt sindroamele Angelman și Prader-Willi. Acestea se datorează lipsei genelor materne sau paterne active, respectiv, din regiunea cromozomului 15q11q13. Majoritatea cazurilor apar prin ștergeri interstițiale. Analizăm dovezile că alte modificări citogenetice comune ale acestei regiuni, duplicările interstițiale și supranumerare, ar putea fi produsele reciproce ale ștergerilor și sunt, de asemenea, afectate de fenomenul de imprimare, având în vedere predominanța duplicărilor derivate maternale la pacienții constatați din cauza întârzierilor de dezvoltare sau a trăsăturilor autiste.
termeni cheie: cromozomul 15; cromozomul 15 ștergeri / duplicări; imprimarea genomică
imprimarea genomică
imprimarea genomică este un fenomen epigenetic care are ca rezultat exprimarea diferențială a alelelor în funcție de originea lor parentală. Deși această caracteristică a fost bine cunoscută biologilor de ani de zile în diferite modele animale și în special prin experimente de transplant pronuclear, consecințele sale clinice la om au început să fie elucidate abia recent (Hoppe și Illmensee 1977, Sapienza și Hall 1995). Se estimează că mai puțin de 1% din genomul uman este supus imprimării și au fost identificate mai multe grupuri de gene imprimate. Există dovezi că procesul de tăcere preferențială a alelelor are loc în timpul meiozei, este mediat prin metilarea ADN-ului, precum și diferențele de sincronizare a replicării specifice alelelor și este „resetat” în fiecare generație (Nicholls 1994, Knoll et al 1994, Ledbetter și Engel 1995). Procesul de imprimare și modificările sale sunt acum cunoscute a fi implicate în mai multe tulburări umane, inclusiv anumite tipuri de cancer; această revizuire se va concentra doar pe regiunea cromozomului imprimat 15q11q13.
cromozomul uman 15q11q13 Regiunea
una dintre cele mai bine caracterizate regiuni imprimate umane este localizată în brațul lung proximal al cromozomului 15. Mai multe gene au fost identificate în această regiune și cel puțin șapte gene și transcrieri sunt cunoscute a fi active doar din copia paternă: ZNF127, NDN, SNURF, SNRPN, IPW, PAR1 și PAR5 (Robinson și colab.1997, Cassidy și colab. 2000). O singură genă din această regiune, UBE3A, s-a dovedit a fi exprimată exclusiv din alela maternă (Kishino și colab.1997, Matsuura și colab. 1997), iar această expresie diferențială este deosebit de evidentă în creier (Rougeulle C și colab. 1997, Vu și Hoffman 1997). Studiile Murine au arătat expresia numai maternă a UBE3A în porțiuni specifice ale creierului, cum ar fi celulele Purkinje, regiunile hipocampului și nervul olfactiv (Albrecht et al 1997). În plus, studiile efectuate la pacienți cu deleții mici sau translocații au demonstrat prezența unui centru de imprimare cu acțiune cis (Ohta și colab.1999). O genă neimprimată din această regiune, gena P, implicată în biosinteza melaninei, merită menționată datorită anomaliilor pigmentare observate la unii pacienți cu modificări citogenetice ale acestei regiuni (Vezi mai jos) (Lee et al 1994).
tulburări umane datorate efectelor de imprimare ale cromozomului 15
„gene active lipsă”: Consecințele clinice ale procesului de imprimare și defectele sale au fost descrise pentru prima dată la pacienții cu sindroame Angelman (AS) și Prader-Willi (PWS), două cauze fenotipice distincte ale retardului mental (MR). Pacienții cu AS au MR sever, vorbire absentă sau minimă, convulsii, mers ataxic, crize de râs excesiv, micrognatie și, în unele cazuri, hipopigmentare (Williams și colab.1995). În schimb, pacienții cu PWS au hipotonie centrală neonatală, insuficiență cognitivă ușoară, hiperfagie de debut în copilărie care duce la obezitate, hipogonadism hipogonadotrofic, mâini și picioare mici, trăsături caracteristice ale feței și unele au, de asemenea, hipopigmentare (Holm și colab.1993). Ambele sindroame, care diferă în mod clar în caracteristicile lor fenotipice, împărtășesc etiologii comune: aproximativ 70% dintre pacienți au o deleție de 15q11q13, de obicei detectabilă prin utilizarea unor tehnici precum hibridizarea fluorescentă in situ (FISH) (Cassidy et al 1996, 2000). Ștergerile implică copia moștenită matern la persoanele cu AS, în timp ce cei cu PWS au ștergeri ale alelei paterne (Knoll și colab.1989). Ștergerea genei P este considerată a fi cauza hipopigmentării. Analiza moleculară a ștergerilor a arătat că majoritatea pacienților împărtășesc o regiune comună ștearsă de aproximativ 4 MB, cu puncte de întrerupere proximale între markerii D15S18 și D15S541 sau între D15S541 și D15S543 și puncte de întrerupere distale între D15S12 și D15S24 (Kuwano și colab.1992, Christian și colab. 1995, Amos-Landgraf și colab. 1999). Această grupare de puncte de întrerupere este sugestivă pentru instabilitatea regiunii. aproape 30% dintre pacienții cu SPW și 10% dintre cei cu AS au disomie uniparentală (UPD) a cromozomului 15, care este moștenirea ambilor omologi de la același părinte (Nicholls 1993, Cassidy et al 2000). Această anomalie pare să rezulte din Salvarea trisomiei sau monozomiei și duce la absența contribuției biparentale normale a genelor în această regiune (Ledbetter și Engel 1995). Disomia uniparentală este evaluată în mod obișnuit în laboratoarele clinice fie prin analiza microsatelitului, fie prin evaluarea stării de metilare, fie cu Southern blot sau PCR specific metilării (Cassidy și colab.1996, Kubota și colab. 1996).
ambele mecanisme, microdelețiile și UPD, par a fi evenimente sporadice cu risc scăzut de recurență la frații pacienților afectați. Au fost raportate unele cazuri de As și PWS recurente în familii. Mecanismele de bază au fost fie imprimarea mutațiilor centrale, fie ștergerea în PWS (Buiting și colab.1994 și Ohta și colab. 1999) și, de fapt, mutații ale copiei materne a UBE3A în CA cazuri (Kishino și colab. 1997, Matsuura și colab. 1997) în concordanță cu noțiunea că aceasta din urmă este o afecțiune monogenă. Când mama este purtătoare de mutații, riscul pentru descendenții ei de a avea AS este de 50%. După cum sa menționat mai sus, UBE3A, care codifică o proteină implicată în ubiquitinare, este singura genă cunoscută din regiune care este exprimată exclusiv din copia maternă. Nu este clar dacă fenotipul PWS se datorează lipsei uneia sau mai multor gene; gândul actual este că corespunde unui sindrom de genă contiguă. Pe scurt, absența contribuției genelor paterne în regiune are ca rezultat PWS, absența genelor materne active are ca rezultat fenotipul AS și mai multe mecanisme ar putea explica aceste fenomene.
„gene suplimentare”: duplicări supranumerare și interstițiale
alte rearanjări pot afecta această regiune cromozomială, cele mai frecvente fiind duplicările, care pot fi supranumerare sau interstițiale. Duplicările supranumerare se găsesc frecvent ca cromozomul dicentric bisatelit 15 (dic (15)). Aceștia sunt unul dintre cei mai comuni markeri supranumerari, reprezentând 50% dintre cei găsiți în timpul cariotipului de rutină (Webb 1994). Pe baza prezenței sau absenței genelor din regiunea comună AS / PWS, acești markeri pot fi clasificați în dic mici și mari (15)s, care diferă și în ceea ce privește consecințele lor clinice (Webb 1994). Dic (15)S mici pot fi familiale și, în majoritatea cazurilor, sunt asociate cu fenotipuri normale, dar DIC (15)S mari sunt de obicei observate la pacienții cu întârzieri de dezvoltare și autism sau caracteristici asemănătoare autismului, însoțite de obicei de alte constatări, cum ar fi hipotonia, convulsiile și aspectul facial caracteristic. Analizele moleculare ale acestor markeri au arătat că dic-ul mic (15) are puncte de întrerupere similare cu punctul de întrerupere a deleției proximale, așa cum este descris mai sus, între D15S18 și D15S541 sau D15S541 și D15S543. În general, acestea nu conțin copii suplimentare ale genelor imprimate și pot fi de origine maternă sau paternă. În schimb, există o variație mai largă a dimensiunii DIC (15)S mari, unele extinzându-se până la punctul de întrerupere comun de ștergere distală între D15S12 și D15S24, dar cu unii markeri de extensie și mai mare (Cheng și colab.1994). Aceasta implică faptul că acești pacienți au tetrasomie pentru gene din regiunea imprimată. În mod surprinzător, majoritatea pacienților raportați au dic (15)s derivat din cromozomii materni, majoritatea derivați din ambii omologi, sugerând că au provenit din meioza I (Wolpert și colab.2000). Studiile privind expresia genelor lipsesc, probabil din cauza absenței genelor active exclusiv materne care ar putea fi evaluate în sânge sau în alte probe. Un studiu recent folosind RT-PCR a arătat un exces aparent de transcriere a SNRPN la un individ cu un dic mare (15) și caracteristici asemănătoare autismului în comparație cu secvențele de control, sugerând că excesul de gene poate fi capabil să scape de procesul de imprimare (Muralidhar și colab.1999). Relația acestei constatări cu fenotipul cognitiv este neclară.
studiile la indivizi cu duplicări interstițiale care au ca rezultat trisomia genelor din regiune arată, de asemenea, puncte de întrerupere similare cu ștergerile. Pacienții cu duplicări derivate materne au fost identificați în cursul evaluării întârzierilor de dezvoltare și se pare că duplicările paterne sunt asimptomatice (Cook și colab.1997, Repetto și colab. 1998).
predominanța duplicărilor moștenite matern sugerează că evenimentele care duc la duplicări sunt fie mai frecvente în timpul meiozei feminine, fie că există o prejudecată de constatare, care se poate datora unui fenotip normal sau mai blând sau letalității timpurii a duplicărilor derivate paternal. Studiile pacienților constatate într-un mod imparțial, de exemplu, în timpul diagnosticului prenatal, vor ajuta la clarificarea semnificației observațiilor.
concluzii
imprimarea este un fenomen complex care modifică moștenirea Mendeliană simplă. Implicațiile sale pentru oameni sunt recunoscute abia recent, în special prin studiile bolilor care rezultă din anomalii în procesul normal de moștenire biparentală. Este de remarcat faptul că modificările descrise ale regiunii cromozomiale 15q11q13 împărtășesc puncte de întrerupere comune, ceea ce sugerează că ar putea exista un mecanism comun pentru aceste anomalii. Este posibil ca modificările să rezulte din evenimente inegale de trecere în meioză și că ștergerile și duplicările sunt produse reciproce. Acest lucru a fost descris pentru alte tulburări, cum ar fi tipul IA Charcot-Marie-Tooth și neuropatia ereditară cu răspundere la paralizii de presiune în cromozomul 22 (Chance și colab.1994). Clustere de secvențe repetate au fost descrise în punctele de întrerupere comune din cromozomul 15, făcând aceasta o ipoteză plauzibilă (Amos-Landgraf și colab.1999).
de asemenea, este evident că aceste tulburări împărtășesc prezența diferitelor grade de disfuncție cognitivă, deși fenotipurile specifice sunt destul de diferite. Acest lucru s-ar putea datora grupării genelor care codifică receptorii neurotransmițători, cum ar fi subunitățile receptorului gamma amino butiric (Greger și colab.1995, Cassidy și colab. 2000). Anomaliile citogenetice ale cromozomului 15 sunt cea mai frecventă cauză cunoscută a tulburării autiste. În plus, studiile de legătură la persoanele cu această afecțiune și alte tulburări conexe fără anomalii citogenetice au arătat rezultate pozitive pentru markerii din această regiune, sugerând prezența genelor de susceptibilitate (Cook și colab.1998). În mod clar, mult mai mult este de învățat despre procesul de imprimare, implicațiile sale pentru boala umană și în special tulburările descrise aici, care reprezintă o proporție semnificativă a cauzelor dizabilităților cognitive.
ALBRECHT U, SUTCLIFFE JS, CATTANACH BM, Beechey CV, ARMSTRONG D, EICHELE G, BEAUDET AL (1997) Expresie imprimată a genei sindromului Murin Angelman, Ube3a, în neuronii hipocampali și Purkinje. Nat Genet 17: 75-78
Amos-LANDGRAF JM, Ji Y, GOTTLIEB W, DEPINET T, WANDSTRAT AE, CASSIDY SB, Driscoll DJ, ROGAN PK, SCHWARTZ S, NICHOLS RD (1999) ruperea cromozomilor în sindroamele Prader-Willi și Angelman implică recombinarea între repetări mari, transcrise la punctele de întrerupere proximale și distale. Am J Hum Genet 65: 370-386
BUITING K, SAITOH s, GROSS s, DITTRICH s, SCHWARTZ s, NICHOLLS RD, HORSTHEMSKE B (1994) Microdelețiile moștenite în sindroamele Angelman și Prader-Willi definesc un centru de imprimare pe cromozomul uman 15. NAT Genet 9:395-400
CASSIDY SB, BEAUDET AL, KNOLL JHM, LEDBETTER DH, NICHOLLS RD, SCHWARTZ s, BUTLER MG, WATSON M (1996) testarea diagnosticului pentru sindroamele Prader-Willi și Angelman: Raportul Comitetului de testare și Transfer Tehnologic ASHG/ACMG. Am J Hum Genet 58: 1085-1088
CASSIDY SB, DYKENS e, WILLIAMS ca (2000) sindroame Prader-Willi și Angelman: sora tulburări imprimate. Am J Med Genet 97: 136-146
CHANCE PF, ABBA SN, LESCH MN, PENTAO L, ROA BB, PATEL PI, LUPSKI JR (1994) două neuropatii autozomale dominante rezultă din duplicarea/ștergerea reciprocă a ADN-ului unei regiuni de pe cromozomul 17. Hum Molec Genet 3: 223-228
CHENG S-D, SPINNER N, ZACKAI E, KNOLL JHM (1994) caracterizarea citogenetică și moleculară a cromozomului duplicat inversat 15 de la 11 pacienți. Am J Hum Genet 55:753-759
CHRISTIAN SL, ROBINSON WP, HUANG B, MUTIRANGURA A, linia MR, NAKAO M, SURTI U, CHAKRAVARTI A, LEDBETTER DH (1995) caracterizarea moleculară a două regiuni ale punctului de întrerupere a ștergerii proximale în proximal atât la pacienții cu sindrom Prader-Willi, cât și la pacienții cu sindrom Angelman. Am J Hum Genet 57:40-48
COOK eh, LINDGREN V, LEVENTHAL BL, COURCHESNE R, LINCOLN a, SHULMAN C, LORD C, COURCHESNE e (1997) Autism sau autism atipic în duplicarea proximală 15Q derivată matern, dar nu patern. Am J Hum Genet 60:928-934
COOK eh, COURCHESNE RY, COX NJ, LORD C, GONEN D, GUTER SJ, LINCOLN a, NIX K, HAAS R, LEVENTHAL BL, COURCHESNE E (1998) corelarea-cartografierea dezechilibrului tulburării autiste cu markeri 15q11q13. Am J Hum Genet 62:1077-1083
GREGER V, KNOLL JH, WOOLF e, GLATT K, Tyndale RF, DELOREY TM, OLSEN RW, TOBIN AJ, SIKELA JM, NAKATSU y (1995) receptorul acidului gamma-aminobutiric gena subunității gamma 3 (GABRG3) este strâns legată de gena subunității alfa 5 (GABRA5) pe cromozomul uman 15q11-Q13 și este transcrisă în aceeași orientare. Genomică 26:258-64
HOLM V, CASSIDY SB, BUTLER MG, HANCHETT JM, GREENSWAG LR, WHYMAN de, GREENBERG F (1993) sindromul Prader-Willi: criterii de diagnostic consens. Pediatrie 91: 398-402
HOPPE PC, ILLMENSEE K (1977) a produs microchirurgie șoareci uniparentali homozigoți-diploizi. Proc Natl Acad Sci SUA 74: 5657
KISHINO T, LALANDE M, Wagstaff J (1997) mutațiile UBE3A / E6AP provoacă sindromul Angelman. Nat Genet 15:70-73
KNOLL JHM, NICHOLLS RD, MAGENIS RE, GRAHAM JM Jr, LALANDE M, LATT SA (1989) sindroamele Angelman și Prader-Willi împărtășesc o ștergere comună a cromozomului 15, dar diferă în ceea ce privește originea parentală a ștergerii. Am J Med Genet 32: 285-90
KNOLL JH, Cheng SD, LALANDE M (1994) specificitatea alelei a timpului de replicare a ADN-ului în regiunea cromozomială imprimată de sindromul Angelman / Prader-Willi. Nat Genet. 6:41-6
KUBOTA t, SUTCLIFFE JS, ARADHYA s, GILLESSEN-KAESBACH G, CHRISTIAN SL, HORSTHEMKE B, BEAUDET AL, LEDBETTER DH (1996) studii de validare a METILĂRII SNRPN ca test de diagnostic pentru sindromul Prader-Willi. Am J Med Genet 66:77-80
KUWANO a, MUTIRANGURA a, DITTRICH B, BUITING K, HORSTHEMSKE B, SAITOH S, NIIKAWA n, LEDBETTER sa, GREENBERG s, CHINAULT AC, LEDBETTER DH (1992) disecția moleculară a regiunii sindromului Prader-Willi/Angelman (15q11q13) prin clonarea YAC și analiza peștilor. Hum Molec Genet 1: 417-425
LEDBETTER DH, ENGEL e (1995) disomie uniparentală la om: dezvoltarea unei hărți de imprimare și implicațiile acesteia pentru diagnosticul prenatal. Hum Mol Genet 4:1757-1764
LEE s-T, NICHOLLS RD, Strunk KM, BUNDEY s, LAXOVA R, MUSARELLA M, SPRITZ RA (1994) mutații ale genei P în albinismul oculocutanat de tip II, Prader-Willi plus Albinismul și „albinismul autosomal recesiv” n Engl J Med 330:529-534
MATSUURA T, Sutcliffe JS, Fang p, galjaard RJ, jiang YH, Benton CS, ROMMENS JM, Beaudet al (1997) mutații trunchiate de novo în gena E6-ap ubiquitin-protein ligase (ube3a) în sindromul Angelman. Nat Genet 15:74-77
MURALIDHAR B, MARNEY a, BUTLER MG (1999) analiza genelor imprimate la subiecții cu sindrom Prader-Willi și anomalii ale cromozomului 15. Genetica în medicină 1: 141-145
NICHOLLS RD (1993) imprimarea Genomică și disomia uniparentală în sindromul Angelman și Prader-Willi: o revizuire. Am J Med Genet 46: 16-25
NICHOLLS RD (1994) noi perspective dezvăluie mecanisme complexe în imprimarea genomică. Am J Hum Genet 54:733-740
OHTA t, GRAY TA, ROGAN PK, BUITING K, GABRIEL JM, SAITOH s, MURALIDHAR B, BILIENSKA B, KRAJEWSKA-WALASEK M, DRISCOLL DJ, HORSTHEMSKE B, BUTLER MG, NICHOLLS RD (1999) mecanism de imprimare-mutație în sindromul Prader-Willi. Am J Hum Genet 64: 397-413
REPETTO GM, alb LM, BADER PJ, JOHNSON D, KNOLL JH (1998). Duplicări interstițiale ale regiunii cromozomiale 15q11q13: caracterizare clinică și moleculară. Am J Med Genet 79:82-8
ROBINSON WP, HORSTHEMSKE B, LEONARD s, MALCOLM S, MORTON C, NICHOLLS RD, RITHCHIE RJ, ROGAN PK, SCHULTZ R, SHARP J, TRENT R, WEVRICK R, WILLIAMSON n, KNOLL JHM (1997) raportul celui de-al treilea atelier internațional privind cartografierea cromozomului uman 15 1996. Cytogenet Cell Genet 76: 1-13
ROUGEULLE c, GLATT H, LALANDE M (1997) Gena sindromului Angelman, UBE3A / E6AP, este imprimată în creier. Nat Genet 17: 14-15
SAPIENZA C, HALL JG (1995) amprenta genetică și boala umană. În: SCRIVER CR, BEAUDET AL, SLY WS, VALLE D (eds) bazele metabolice și moleculare ale bolii moștenite. Ediția a 7-a. New York: Mc Graw-Hill. pp: 437-458
VU TH, HOFFMAN AR (1997) imprimarea genei sindromului Angelman, UBE3A, este limitată la creier. Nat Genet 17: 12-13
WEBB T (1994) Inv dup (15) cromozomi markeri supranumerari. J Med Genet 31: 585-594
WILLIAMS ca, ANGELMAN H, CLAYTON-SMITH J, Driscoll DJ, HENDRICKSON JE, KNOLL JH, MAGENIS RE, SCHINZEL A, WAGSTAFF J, WHIDDEN EM (1995). Sindromul Angelman: consens pentru criteriile de diagnostic. Fundația Sindromul Angelman. Am J Med Genet 56: 237-8
WOLPERT CM, MENOLD MM, PASS MP, QUMSIYEH MB, DONNELLY SL, RAVAN SA, VANCE JM, GILBERT JR, ABRAMSON RK, WRIGHT HH, CUCCARO ML, PERICAK-VANCE MA (2000) trei probanzi cu tulburare autistă și cromozom izodicentric 15. Am J Med Genet 96: 365-372