모노알렐유전자발현

Monoallelic gene expression
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모노알렐유전자발현(MAE)은 두 개의 유전자 복사(알렐) 중 하나만 활성화(전사)되고 다른 하나는 침묵하는 [1][2][3]유전자 발현 현상이다.이배체 유기체는 각 염색체의 두 개의 상동성 복사본을 가지고 있다(각 부모로부터 하나씩). 유전자는 양쪽 염색체로부터 발현될 수도 있고, 단 하나의 염색체로부터 발현될 수도 있다(단일 염기 [4]발현).MAE는 랜덤 모노알레식(RME) 또는 구성 모노알레식(구성적)이 될 수 있습니다.구성적 모노알레르 발현은 게놈 [5]임프린트의 결과로 전체 유기체 또는 조직 전체에 걸쳐 동일한 특이 대립 유전자로부터 발생한다.RME는 다세포 유기체의 다른 세포들이 다른 대립 유전자를 발현하도록 체세포에서 무작위 대립 유전자 선택에 의해 정의되는 더 넓은 종류의 모노알레르 발현이다.

다이어그램은 모노알레식 및 바이알레식 간의 차이를 보여 줍니다.

구성성 모노알레르 유전자 발현

주요 기사: 게놈 임프린팅

랜덤 모노알렐유전자발현(RME)

X-염색체 불활성화(XCI)는 RME의 가장 놀랍고 잘 연구된 예다. XCI는 여성 세포에서 X 염색체 중 하나의 전사 침묵을 유도하며, 이는 다른, 남아 있는 활성 X 염색체에 위치한 유전자의 발현을 초래한다.XCI는 암컷 포유류의 균형 잡힌 유전자 발현에 매우 중요하다.개별 세포에 의한 XCI의 대립 유전자 선택은 이식 전 [6]배아의 상피세포에서 랜덤하게 이루어지며, 이는 여성 조직에서 [7][8]부계 및 모계 X 염색체의 모자이크 유전자 발현으로 이어진다.XCI은chromosome-wide 단일 대립 유전자성 표현는 X염색체에는 게놈에 산재되어 있는 어떤 유전자 하나에 관련된 상염색체 RME(aRME)에 대조에 위치한다 모든 유전자의 표현을 포함한다. aRME읠 또는 동적, 것인지 아니면 그allele-specific 표현 딸 세포에 보존되지 않다 따라 fixed[9]aft 수 있다.음.정말유사분열 세포분열

aRME의 종류

고정 aRME는 이전에 바이알릴 발현된 하나의 대립 유전자의 소음화 또는 이전에 침묵한 유전자의 단일 대립 유전자의 활성화에 의해 확립된다.무성 대립 유전자의 발현 활성화는 제2 대립 유전자의 발현을 막는 피드백 기구에 결합된다.또 다른 시나리오는 저확률 개시의 제한적인 시간 창으로 인해 가능하며, 이는 단일알레 발현을 가진 셀의 높은 주파수를 초래할 수 있다.모든[10][11][12] 유전자의 2-10%가 고정 aRME인 것으로 추정된다. 고정 aRME에 대한 연구는 단일 클론 배양 또는 계통 추적된 체내 또는 체외 세포의 확장이 필요하다.

동적 aRME는 확률적 대립 유전자 발현의 결과로 발생한다.전사는 폭발적으로 일어나며, 이것은 RNA 분자가 각 대립 유전자에서 개별적으로 합성되는 결과를 낳는다.시간이 흐르면서 두 대립 유전자가 전사를 시작할 가능성이 있습니다.전사 폭발은 대립 확률적이며, 모계 또는 부계 대립 유전자가 세포에 축적되는 결과를 초래한다.유전자 전사 폭발 빈도와 RNA 분해율과 결합된 강도는 관찰 순간 RNA 분포의 형태를 형성하며, 따라서 유전자가 바이알레인지 모노알레인지 여부이다.고정 [13]및 동적 aRME를 구별하는 연구는 복제 관련 세포의 단세포 분석을 필요로 한다.

aRME 메커니즘

대립 유전자 제외는 한쪽 대립 유전자가 발현되고 다른 한쪽 대립 유전자가 침묵하는 유전자 발현 과정이다.가장 많이 연구된 대립 유전자 제외 사례 2개는 B와 T세포의[14][15][16] 면역글로불린과 감각 뉴런의 [17]후각 수용체의 모노알레르 발현이다.대립 유전자 제외는 (생물 전체의 XCI와 대조적으로) 세포 유형 특이적이어서 세포 간 다양성을 증가시키고, 따라서 특정 항원이나 냄새에 대한 특이성을 증가시킨다.

대립 유전자에 치우친 표현은 하나의 대립 유전자가 다른 대립 유전자에 비해 왜곡된 발현 수준이지만, 두 대립 유전자는 여전히 발현됩니다(대립 유전자의 제외와 대조됨).이 현상은 면역기능[18][19] 세포에서 종종 관찰된다

검출 방법

MAE 검출 방법은 발현된 mRNA 또는 단백질 구조 중 하나로 구분할 수 있는 대립 유전자 간의 차이에 기초한다.MAE 검출 방법은 단일 유전자 또는 전체 게놈 MAE 분석으로 나눌 수 있다.전체 게놈 MAE 분석은 아직 단백질 구조를 기반으로 할 수 없기 때문에 완전히 NGS 기반 기술입니다.

단일 유전자 분석

검출 방법 개요
RT-qPCR 는 대립 유전자 특이적 프라이머, SNP 민감 교배 프로브 또는 대립 유전자 특이적 제한 부위를 사용하여 RME를 검출하는 데 사용할 수 있습니다.단세포 또는 복제세포 집단에 사용할 수 있습니다.
신생 RNA FICH 초기(현재 합성되고 있는) RNA를 시각화합니다. 판독값은 1개, 2개 또는 0개의 형광 점으로, 단일 세포 분해능에서 단수, di-alleic 또는 무표현을 나타냅니다.
셀 정렬 만약 유전자가 표면 단백질이고, 대립 유전자 특이 항체가 있다면, 이 기술은 같은 세포를 시간에 걸쳐 실행함으로써 고정 또는 동적 RME의 유무를 검출하는데 사용될 수 있다.단일 셀 해상도
라이브 셀 이미징 시간이 지남에 따라 표현 역학이 발생합니다.신호를 감지하려면 대립 유전자 특이적 형광 단백질 태그(예: GFP)를 삽입해야 합니다.

게놈 전체 분석

검출 방법 개요
SNP 감수성 마이크로어레이 클론적으로 확장된 세포군을 위해 사전 정의된 일련의 전사물의 추정 고정 RME를 제공하기 위해 사용할 수 있다.
RNA-seq 이전 방법과 유사하게 복제적으로 확장된 세포 모집단에 대해 고정 RME를 제공하고 추정하지만 모든 전사물에 대해 추정한다.
단세포 RNA순서결정 이전 방법과 비슷하지만 우수합니다.단세포 분석의 기회가 주어지기 때문입니다.여러 복제 관련 셀을 분석하면 고정 RME와 [20]동적 RME를 구별할 수 있습니다.

레퍼런스

  1. ^ Chess A (November 2016). "Monoallelic Gene Expression in Mammals". Annual Review of Genetics. 50 (1): 317–327. doi:10.1146/annurev-genet-120215-035120. PMID 27893959.
  2. ^ Khamlichi AA, Feil R (December 2018). "Parallels between Mammalian Mechanisms of Monoallelic Gene Expression". Trends in Genetics. 34 (12): 954–971. doi:10.1016/j.tig.2018.08.005. PMID 30217559. S2CID 52275718.
  3. ^ Tarutani Y, Takayama S (October 2011). "Monoallelic gene expression and its mechanisms". Current Opinion in Plant Biology. 14 (5): 608–13. doi:10.1016/j.pbi.2011.07.001. PMID 21807553.
  4. ^ Monga I, Qureshi A, Thakur N, Gupta AK, Kumar M (September 2017). "ASPsiRNA: A Resource of ASP-siRNAs Having Therapeutic Potential for Human Genetic Disorders and Algorithm for Prediction of Their Inhibitory Efficacy". G3. 7 (9): 2931–2943. doi:10.1534/g3.117.044024. PMC 5592921. PMID 28696921.
  5. ^ Garfield AS, Cowley M, Smith FM, Moorwood K, Stewart-Cox JE, Gilroy K, et al. (January 2011). "Distinct physiological and behavioural functions for parental alleles of imprinted Grb10". Nature. 469 (7331): 534–8. Bibcode:2011Natur.469..534G. doi:10.1038/nature09651. PMC 3031026. PMID 21270893.
  6. ^ Monk M, Harper MI (September 1979). "Sequential X chromosome inactivation coupled with cellular differentiation in early mouse embryos". Nature. 281 (5729): 311–3. Bibcode:1979Natur.281..311M. doi:10.1038/281311a0. PMID 551278. S2CID 4359976.
  7. ^ Hadjantonakis AK, Cox LL, Tam PP, Nagy A (March 2001). "An X-linked GFP transgene reveals unexpected paternal X-chromosome activity in trophoblastic giant cells of the mouse placenta". Genesis. 29 (3): 133–40. doi:10.1002/gene.1016. PMID 11252054. S2CID 40323375.
  8. ^ Wu H, Luo J, Yu H, Rattner A, Mo A, Wang Y, et al. (January 2014). "Cellular resolution maps of X chromosome inactivation: implications for neural development, function, and disease". Neuron. 81 (1): 103–19. doi:10.1016/j.neuron.2013.10.051. PMC 3950970. PMID 24411735.
  9. ^ Gimelbrant A, Hutchinson JN, Thompson BR, Chess A (November 2007). "Widespread monoallelic expression on human autosomes". Science. 318 (5853): 1136–40. Bibcode:2007Sci...318.1136G. doi:10.1126/science.1148910. PMID 18006746. S2CID 21114969.
  10. ^ Jeffries AR, Perfect LW, Ledderose J, Schalkwyk LC, Bray NJ, Mill J, Price J (September 2012). "Stochastic choice of allelic expression in human neural stem cells". Stem Cells. 30 (9): 1938–47. doi:10.1002/stem.1155. PMID 22714879.
  11. ^ Li SM, Valo Z, Wang J, Gao H, Bowers CW, Singer-Sam J (2012). "Transcriptome-wide survey of mouse CNS-derived cells reveals monoallelic expression within novel gene families". PLOS ONE. 7 (2): e31751. Bibcode:2012PLoSO...731751L. doi:10.1371/journal.pone.0031751. PMC 3285176. PMID 22384067.
  12. ^ Zwemer LM, Zak A, Thompson BR, Kirby A, Daly MJ, Chess A, Gimelbrant AA (February 2012). "Autosomal monoallelic expression in the mouse". Genome Biology. 13 (2): R10. doi:10.1186/gb-2012-13-2-r10. PMC 3334567. PMID 22348269.
  13. ^ Deng Q, Ramsköld D, Reinius B, Sandberg R (January 2014). "Single-cell RNA-seq reveals dynamic, random monoallelic gene expression in mammalian cells". Science. 343 (6167): 193–6. Bibcode:2014Sci...343..193D. doi:10.1126/science.1245316. PMID 24408435. S2CID 206552108.
  14. ^ Pernis B, Chiappino G, Kelus AS, Gell PG (November 1965). "Cellular localization of immunoglobulins with different allotypic specificities in rabbit lymphoid tissues". The Journal of Experimental Medicine. 122 (5): 853–76. doi:10.1084/jem.122.5.853. PMC 2138120. PMID 4159057.
  15. ^ Hozumi N, Tonegawa S (October 1976). "Evidence for somatic rearrangement of immunoglobulin genes coding for variable and constant regions". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 73 (10): 3628–32. Bibcode:1976PNAS...73.3628H. doi:10.1073/pnas.73.10.3628. PMC 431171. PMID 824647.
  16. ^ Brady BL, Steinel NC, Bassing CH (October 2010). "Antigen receptor allelic exclusion: an update and reappraisal". Journal of Immunology. 185 (7): 3801–8. doi:10.4049/jimmunol.1001158. PMC 3008371. PMID 20858891.
  17. ^ Chess A, Simon I, Cedar H, Axel R (September 1994). "Allelic inactivation regulates olfactory receptor gene expression". Cell. 78 (5): 823–34. doi:10.1016/S0092-8674(94)90562-2. PMID 8087849. S2CID 19712526.
  18. ^ Tanamachi DM, Hanke T, Takizawa H, Jamieson AM, Raulet DR (February 2001). "Expression of natural killer receptor alleles at different Ly49 loci occurs independently and is regulated by major histocompatibility complex class I molecules". The Journal of Experimental Medicine. 193 (3): 307–15. doi:10.1084/jem.193.3.307. PMC 2195928. PMID 11157051.
  19. ^ Guo L, Hu-Li J, Paul WE (July 2005). "Probabilistic regulation in TH2 cells accounts for monoallelic expression of IL-4 and IL-13". Immunity. 23 (1): 89–99. doi:10.1016/j.immuni.2005.05.008. PMID 16039582.
  20. ^ Reinius B, Sandberg R (November 2015). "Random monoallelic expression of autosomal genes: stochastic transcription and allele-level regulation". Nature Reviews. Genetics. 16 (11): 653–64. doi:10.1038/nrg3888. PMID 26442639. S2CID 976795.

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