Читаем The Epigenetics Revolution полностью

Occasionally this process of setting up the new imprints on the progenitors of egg or sperm can go wrong. There are cases of Angelman syndrome and Prader-Willi syndrome where the imprint has not been properly erased during the primordial germ cell stage[85]. For example, a woman may generate eggs where chromosome 15 still has the paternal mark on it that she inherited from her father, rather than the correct maternal mark. When this egg is fertilised by a sperm, both copies of chromosome 15 will function like paternal chromosomes, and create a phenotype just like uniparental disomy.

Research is ongoing into how all these processes are controlled. We don’t fully understand how imprints are protected from reprogramming following fusion of the egg and the sperm, nor how they lose this protection during the primordial germ cell stage. We’re also not entirely sure how imprints get put back on in the right place. The picture is still quite foggy, although details are starting to emerge from the haze.

Part of this may involve the small percentage of histones that are present in the sperm genome. Many of these are located at the imprinting control regions, and may protect these regions from reprogramming when the sperm and the egg fuse[86]. Histone modifications also play a role in establishing ‘new’ imprints during gamete production. It seems to be important that the imprinting control regions lose any histone modifications that are associated with switching genes on. Only then can the permanent DNA methylation be added[87]. It’s this permanent DNA methylation that marks a gene with a repressive imprint.

Dolly and her daughters

The reprogramming events in the zygote and in primordial germ cells impact on a surprising number of epigenetic phenomena. When somatic cells are reprogrammed in the laboratory using the Yamanaka factors, only a tiny percentage of them form iPS cells. Hardly any seem to be exactly the same as ES cells, the genuinely pluripotent cells from the inner cell mass of the blastocyst. A group in Boston, based at Massachusetts General Hospital and Harvard University, assessed genetically identical iPS and ES cells from mice. They looked for genes that varied in expression between the two types of cells. The only major differences in expression were in a chromosomal region known as Dlk1-Dio3[88]. A few iPS cells expressed the genes in this region in a way that was very similar to how the ES cell did this. These were the best iPS cells for forming all the different tissues of the body.

Dlk1-Dio3 is an imprinted region on chromosome 12 of the mouse. It’s perhaps not surprising that an imprinted region turned out to be so important. The Yamanaka technique triggers the reprogramming process that normally occurs when a sperm fuses with an egg. Imprinted regions of the genome are resistant to reprogramming in normal development. It is likely that they present too high a barrier to reprogramming in the very artificial environment of the Yamanaka method.

The Dlk1-Dio3 region has been of interest to researchers for quite some time. In humans, uniparental disomy in this region is associated with growth and developmental defects, amongst other symptoms[89]. This region has also been shown to be critical for the prevention of parthenogenesis, at least in mice. Researchers from Japan and South Korea genetically manipulated just this region of the genome in mice. They reconstructed a fertilised egg with two female pronuclei. The Dlk1-Dio3 region in one of the pronuclei had been altered so that it carried the equivalent of a paternal rather than maternal imprint. The live mice that were born were the first example of a placental mammal with two maternal genomes[90].

The reprogramming that occurs in the primordial germ cells isn’t completely comprehensive. It leaves the methylation on some IAP retrotransposons more or less intact. The DNA methylation level of the AxinFu retrotransposon in sperm is the same as it is in the body cells of this strain of mice. This shows that the DNA methylation was not removed when the PGCs were reprogrammed, even though most other areas of the genome did lose this modification. This resistance of the AxinFu retrotransposon to both rounds of epigenetic reprogramming (in the zygote and in the primordial germ cells) provides a mechanism for the transgenerational inheritance of the kinked tail trait that we met in earlier chapters.

Перейти на страницу:

Похожие книги

Происхождение мозга
Происхождение мозга

Описаны принципы строения и физиологии мозга животных. На основе морфофункционального анализа реконструированы основные этапы эволюции нервной системы. Сформулированы причины, механизмы и условия появления нервных клеток, простых нервных сетей и нервных систем беспозвоночных. Представлена эволюционная теория переходных сред как основа для разработки нейробиологических моделей происхождения хордовых, первичноводных позвоночных, амфибий, рептилий, птиц и млекопитающих. Изложены причины возникновения нервных систем различных архетипов и их роль в определении стратегий поведения животных. Приведены примеры использования нейробиологических законов для реконструкции путей эволюции позвоночных и беспозвоночных животных, а также основные принципы адаптивной эволюции нервной системы и поведения.Монография предназначена для зоологов, психологов, студентов биологических специальностей и всех, кто интересуется проблемами эволюции нервной системы и поведения животных.

Сергей Вячеславович Савельев , Сергей Савельев

Биология, биофизика, биохимия / Зоология / Биология / Образование и наука
Энергия, секс, самоубийство. Митохондрии и смысл жизни
Энергия, секс, самоубийство. Митохондрии и смысл жизни

Испокон веков люди обращали взоры к звездам и размышляли, почему мы здесь и одни ли мы во Вселенной. Нам свойственно задумываться о том, почему существуют растения и животные, откуда мы пришли, кто были наши предки и что ждет нас впереди. Пусть ответ на главный вопрос жизни, Вселенной и вообще всего не 42, как утверждал когда-то Дуглас Адамс, но он не менее краток и загадочен — митохондрии.Они показывают нам, как возникла жизнь на нашей планете. Они объясняют, почему бактерии так долго царили на ней и почему эволюция, скорее всего, не поднялась выше уровня бактериальной слизи нигде во Вселенной. Они позволяют понять, как возникли первые сложные клетки и как земная жизнь взошла по лестнице восходящей сложности к вершинам славы. Они показывают нам, почему возникли теплокровные существа, стряхнувшие оковы окружающей среды; почему существуют мужчины и женщины, почему мы влюбляемся и заводим детей. Они говорят нам, почему наши дни в этом мире сочтены, почему мы стареем и умираем. Они могут подсказать нам лучший способ провести закатные годы жизни, избежав старости как обузы и проклятия. Может быть, митохондрии и не объясняют смысл жизни, но, по крайней мере, показывают, что она собой представляет. А разве можно понять смысл жизни, не зная, как она устроена?16+

Ник Лэйн

Биология, биофизика, биохимия / Биология / Образование и наука
Взаимопомощь как фактор эволюции
Взаимопомощь как фактор эволюции

Труд известного теоретика и организатора анархизма Петра Алексеевича Кропоткина. После 1917 года печатался лишь фрагментарно в нескольких сборниках, в частности, в книге "Анархия".В области биологии идеи Кропоткина о взаимопомощи как факторе эволюции, об отсутствии внутривидовой борьбы представляли собой развитие одного из важных направлений дарвинизма. Свое учение о взаимной помощи и поддержке, об отсутствии внутривидовой борьбы Кропоткин перенес и на общественную жизнь. Наряду с этим он признавал, что как биологическая, так и социальная жизнь проникнута началом борьбы. Но социальная борьба плодотворна и прогрессивна только тогда, когда она помогает возникновению новых форм, основанных на принципах справедливости и солидарности. Сформулированный ученым закон взаимной помощи лег в основу его этического учения, которое он развил в своем незавершенном труде "Этика".

Петр Алексеевич Кропоткин

Культурология / Биология, биофизика, биохимия / Политика / Биология / Образование и наука
Основы психофизиологии
Основы психофизиологии

В учебнике «Основы психофизиологии» раскрыты все темы, составляющие в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования содержание курса по психофизиологии, и дополнительно те вопросы, которые представляют собой «точки роста» и привлекают значительное внимание исследователей. В учебнике описаны основные методологические подходы и методы, разработанные как в отечественной, так и в зарубежной психофизиологии, последние достижения этой науки.Настоящий учебник, который отражает современное состояние психофизиологии во всей её полноте, предназначен студентам, аспирантам, научным сотрудникам, а также всем тем, кто интересуется методологией науки, психологией, психофизиологией, нейронауками, методами и результатами объективного изучения психики.

Игорь Сергеевич Дикий , Людмила Александровна Дикая , Юрий Александров , Юрий Иосифович Александров

Детская образовательная литература / Биология, биофизика, биохимия / Биология / Книги Для Детей / Образование и наука