Imprinting genomowy to mechanizm, dzięki któremu tylko jedna kopia pary genów ulega ekspresji. a ekspresja ta jest określona przez rodzicielskie pochodzenie kopii. Deregulacja genów wdrukowanych została powiązana z wieloma ludzkimi chorobami. chorób. Katalog genów wdrukowanych zawiera obecnie ponad 200 genów, a szacunki oparte na modelach mysich sugerują, że u ludzi może istnieć ich znacznie więcej. Dlatego ważne jest opracowanie metod identyfikacji takich genów. W W tym komunikacie przedstawiamy parametryczne podejście oparte na modelu do analizy arbitralnej wielkości danych rodowodowych dla imprintingu genomowego. Zmodyfikowaliśmy szeroko zmodyfikowaliśmy powszechnie używany program LINKAGE, aby uwzględnić proponowane przez nas podejście. Ponadto, nasze podejście pozwala na wykorzystanie w analizie rekombinacji specyficznych dla płci, co ma szczególne znaczenie w analizie genomu dla genów wdrukowanych. Porównaliśmy nasze podejście do analizy imprintingu z podejściem zaimplementowanym w programie GENEHUNTER-IMPRINT przy użyciu badań symulacyjnych, a także analizując analizując geny przyczynowe w rodzinach z zespołem Angelmana, o których wiadomo, że są wdrukowane. Analizy te wykazały, że proponowane podejście jest bardzo skuteczne w wykrywaniu genów wdrukowanych w dużych rodowodach. --- Metylacja DNA jest kowalencyjną modyfikacją nukleotydu cytozyny, która jest stabilnie dziedziczona w dinukleotydzie CpG przez komórki somatyczne. stabilnie dziedziczona w dinukleotydzie CpG przez komórki somatyczne, a 70% dinukleotydów CpG w genomie jest metylowanych. Wyjątkiem od tego wzorca metylacji są wyspy CpG, sekwencje bogate w CpG, które są chronione przed metylacją. metylacji i ogólnie uważa się, że są metylowane tylko na nieaktywnym chromosomie X i w nowotworach. chromosomie X i w nowotworach, a także regiony różnie metylowane (DMR) w pobliżu genów imprintowanych. Aby zidentyfikować regiony chromosomalne, które mogą geny wdrukowane, opracowaliśmy strategię izolowania biblioteki normalnie metylowanych wysp CpG. Większość metylowanych wysp CpG reprezentowała rozproszone powtórzenia o wysokiej liczbie kopii. Jednak 62 unikalne klony w bibliotece zostały scharakteryzowane, z których wszystkie były metylowane i bogate w GC, z zawartością GC >50%. Spośród nich 43 klony wykazywały również stosunek CpG(obs)/CpG(exp) >0,6, z czego 30 zostało szczegółowo zbadanych. szczegółowo przebadanych. Te unikalne metylowane wyspy CpG zostały zmapowane do 23 regionów chromosomalnych. regionów chromosomalnych, a 12 było regionami różnie metylowanymi w tkankach uniparentalnych pochodzenia zarodkowego, tj. znamiona hydatidiform (pochodzenie ojcowskie) i kompletne potworniaki jajnika (pochodzenie matczyne). jajnika (pochodzenie matczyne), mimo że wiele z nich było metylowanych w tkankach somatycznych. tkankach somatycznych. Określamy te sekwencje jako gDMR, czyli regiony metylowane w linii zarodkowej. metylowane regiony. Co najmniej dwa gDMR zostały zmapowane w pobliżu genów imprintowanych, HYMA1 i nowego homologa nowy homolog Elongin A i Elongin A2, który nazywamy Elongin A3. Co zaskakujące, 18 z metylowanych wysp CpG było metylowanych w tkankach linii zarodkowej tkankach obojga rodziców, reprezentując wcześniej niescharakteryzowaną klasę normalnie metylowanych wysp CpG w genomie, którą określamy jako podobnie metylowane regiony (SMR). Te SMR, w przeciwieństwie do gDMR, były znacząco związane z lokalizacjami pasm telomerowych (P =.0008), co sugeruje potencjalną rolę SMR w organizacji chromosomów. Co najmniej 10 z metylowanych wysp CpG było średnio w 85% konserwowanych między myszami i ludźmi. Sekwencje te będą stanowić cenny zasób w poszukiwaniu nowych genów wdrukowanych. genów wdrukowanych, do definiowania molekularnych substratów normalnego metylomu, oraz do identyfikacji nowych celów dla tworzenia chromatyny ssaków. --- TŁO: Dysregulacja genów wdrukowanych, które ulegają ekspresji w sposób specyficzny dla rodzica pochodzenia sposób, odgrywa ważną rolę w różnych ludzkich chorobach, takich jak nowotwory i zaburzenia zachowania. Do tej pory jednak mniej niż 100 genów wdrukowanych zostało zidentyfikowanych w ludzkim genomie. Niedawna dostępność technologii o wysokiej przepustowości umożliwia przewidywanie genów imprintowanych na dużą skalę. przewidywanie genów wdrukowanych. Tutaj proponujemy model bayesowski (dsPIG) do przewidywania genów wdrukowanych na podstawie ekspresji allelicznej obserwowanej w danych mRNA-Seq niezależnych tkanek ludzkich. WYNIKI: Nasz model (dsPIG) był w stanie identyfikować geny imprintowane z wysoką czułością i swoistością oraz niskim wskaźnikiem fałszywych odkryć, gdy liczba sekwencjonowanych próbek tkanek była dość duża. sekwencjonowanych próbek tkanek była dość duża, zgodnie z symulacjami. Poprzez zastosowanie dsPIG do danych mRNA-Seq, przewidzieliśmy 94 geny wdrukowane w 20 próbkach móżdżku móżdżku i 57 genów wdrukowanych w 9 różnych próbkach tkanek z oczekiwanym niskim niskim wskaźnikiem fałszywych odkryć. Oceniliśmy również dsPIG przy użyciu wcześniej zweryfikowanych odciśniętych i nieodciśniętych genów. Za pomocą symulacji przeanalizowaliśmy, w jaki sposób niezrównoważona ekspresja alleliczna genów bez imprintingu lub różne częstotliwości alleli podrzędnych wpłynęły na przewidywania dsPIG. Co ciekawe, odkryliśmy, że wśród genów o ekspresji biallelicznej, co najmniej 18 genów wyrażało znacząco więcej transkryptów z jednego allelu niż z drugiego wśród różnych osobników i tkanek. tkanek. WNIOSEK: Wraz z rozpowszechnieniem technologii mRNA-Seq, dsPIG stał się użytecznym narzędziem do analizy ekspresji allelicznej. użytecznym narzędziem do analizy ekspresji allelicznej i przewidywania na dużą skalę genów wdrukowanych. Aby ułatwić korzystanie z niego, utworzyliśmy serwis internetowy, a także udostępniliśmy pakiet pakiet R dla dsPIG pod adresem http://www.shoudanliang.com/dsPIG/. --- Imprinting genomowy jest mechanizmem epigenetycznym, który skutkuje monoalleliczną ekspresją genów ekspresji genów w zależności od rodzica pochodzenia allelu. Chociaż zachowanie imprintingu genomowego wśród gatunków ssaków zostało szeroko dla wielu genów, istnieje coraz więcej dowodów na to, że niektóre geny wymykają się tej ochronie. tej ochronie. Większość znanych genów imprintingowych została zidentyfikowana u myszy i ludzi. i człowieka, a niewiele genów imprintingowych odnotowano u bydła. Analiza porównawcza genomowego imprintingu u różnych gatunków ssaków zapewniłaby potężne narzędzie do wyjaśnienia mechanizmów regulujących unikalną ekspresję genów imprintowanych. W tym badaniu przeanalizowaliśmy imprinting 22 genów u ludzi, myszy i bydła i odkryliśmy, że tylko w 11 z nich imprinting był zachowany u wszystkich trzech gatunków. Ponadto Ponadto przeanalizowaliśmy występowanie elementów sekwencji wysp CpG, zawartość C + G zawartość, powtórzenia tandemowe i elementy retrotranspozycyjne w imprintingu i w genach bydła bez imprintingu (kontrolnych). Stwierdziliśmy, że geny imprintowane mają wyższą zawartość G + C oraz więcej wysp CpG i powtórzeń tandemowych. Krótkie krzyżujące się elementy jądrowe (SINE) były znacznie mniej liczne w imprintowanych genach bydła w porównaniu do genów kontrolnych, co jest zgodne z wcześniejszymi doniesieniami dotyczącymi ludzkich i mysich regionów wdrukowanych. Długie przeplatające się elementy jądrowe (LINE) i długie i długie powtórzenia terminalne (LTR) okazały się być znacząco niedoreprezentowane w geny wdrukowane w porównaniu do genów kontrolnych, w przeciwieństwie do doniesień dotyczących ludzi i myszy. myszy. Istotne znaczenie miało znalezienie wysoce konserwatywnych tandemowych powtórzeń w dziewięciu genach wdrukowanych u wszystkich trzech gatunków. --- Imprinting genomowy charakteryzuje geny z monoalleliczną ekspresją, która jest zależna od rodzicielskiego pochodzenia każdego allelu. Obecnie znanych jest około 150 genów genów imprintingowych u ludzi i myszy, ale mimo poszukiwań obliczeniowych próbowały wyodrębnić wewnętrzne cechy tych genów, aby zidentyfikować nowe. aby zidentyfikować nowe, istniejąca lista jest prawdopodobnie daleka od wyczerpującej. Zastosowaliśmy strategię wysokoprzepustową, odchodząc od klasycznego wykorzystania genotypowania mikromacierzy w celu porównania genotypów mRNA/cDNA z genomowym DNA, aby zidentyfikować nowych genów wykazujących ekspresję monoalleliczną, zaczynając od ludzkiego materiału łożyskowego. łożyskowego. Po przefiltrowaniu danych uzyskaliśmy listę 1,082 domniemanych monoallelicznych SNP zlokalizowanych w ponad stu genach kandydujących. Wśród nich znaleźliśmy znane geny wdrukowane, takie jak IPW, GRB10, INPP5F i ZNF597, które przyczyniają się do walidacji podejścia. Zbadaliśmy również niektórych prawdopodobnych kandydatów z naszej listy i zidentyfikowaliśmy siedem nowych genów imprintowanych, w tym ZFAT, ZFAT-AS1, GLIS3, NTM, MAGI2, ZC3H12C i LIN28B, z których cztery kodują czynniki transkrypcyjne typu zinc finger czynniki transkrypcyjne. Nie są one jednak wdrukowane w łożysko myszy, z wyjątkiem Magi2. Przeanalizowaliśmy bardziej szczegółowo gen ZFAT, który ulega ojcowskiej ekspresji w łożysku (jak ZFAT). wyrażany w łożysku (jako ZFAT-AS1, niekodujący antysensowny RNA), ale bialleliczny w innych tkankach. Białko ZFAT ulega ekspresji w komórkach śródbłonka, jak również w syncytiotrofoblastach. Ekspresja tego genu jest ponadto, w łożyskach z ciąż powikłanych. Dzięki tej pracy zwiększamy o około 10% liczbę znanych genów wdrukowanych u ludzi.
Ile genów jest wdrukowanych w ludzki genom?
Wśród około 70 znanych genów wdrukowanych znajdują się niektóre powodujące zaburzenia wpływające na wzrost, metabolizm i predyspozycje do raka.