Genomisches Imprinting

Genomische Prägung (engl. genomic imprinting) ist ein Vererbungsprinzip unabhängig von der klassischen mendelschen Vererbung (Gene, Allele): Gene, die dem Genomic Imprinting unterliegen (imprintete Gene), werden abhängig von ihrer elterlichen Herkunft aktiv oder inaktiv vererbt, das heißt sie erhalten eine elterliche, genomische Prägung. Dieses Vererbungsschema steht im Widerspruch zu den Mendelschen Regeln. Imprinting beruht auf zusätzlichen epigenetischen Modifikationen (Epigenetik) der DNA, die zusätzlich zur Basenabfolge (genetischen Code) in den Keimzellen etabliert wird. Durch diese epigenetische Prägung ist eines der zwei elterlichen Allele imprinteter Gene aktiv und das andere inaktiv. Diese elterlichen Prägungen werden in den frühen Keimzellen jedes Menschen gelöscht und wieder geschlechtsspezifisch etabliert – die epigenetische Kodierung imprinteter Gene ist also reversibel.

Unterschiede zur „klassischen“ Vererbung

Wesentliche Unterschiede zur „klassischen“ Vererbung sind

• die elternabhängige „Vererbung“ des Aktivitätszustandes eines Gens
• die Reversibilität dieses Zustandes
• die Unabhängigkeit des Imprints vom genetischen Code.

Die epigenetische Information, die als Imprinting an das spezielle Allel angebracht wird, kann im Wesentlichen nur zwei Zustände annehmen: an- oder ausgeschaltet. Der Informationsgehalt des Allels (die DNA-Sequenz) wird dadurch nicht verändert.

Genomisches Imprinting kann man vereinfacht auch als elternspezifische (maternale oder paternale) Ausprägung einer genetischen Anlage bezeichnen. Die Modifikation kann während der Keimzellentwicklung (Spermatogenese und Oogenese) oder erst nach der Befruchtung erfolgen^[1]. Das der Ausprägung (Phänotyp) zugrundeliegende Allel (Genvariante) kommt nur dann zur Expression, wenn es vom weiblichen (maternalen) oder vom männlichen (paternalen) Elternteil kommt.

Organismen mit Imprinting

Imprinting-ähnliche Phänomene wurden schon bei vielen (plazentalen) Tieren und Pflanzen (Blütenpflanzen) beobachtet. Ob der Mechanismus bei allen der gleiche ist, ist zur Zeit noch unbekannt, aber alle diese Phänomene führen zu einem funktionellen hemizygoten Zustand (nur ein Allel vorhanden bzw. wirksam) am betroffenen Genlokus.

Mechanismus

Ein mutiertes Allel, das genomischem Imprinting unterliegt, scheint rezessiv vererbt zu werden, wenn es von einem bestimmten geschlechtlichen Elternteil kommt, und dominant wenn es vom anderen geschlechtlichen Elternteil kommt. In Säugern und dem Menschen ist dieses Phänomen am besten untersucht, und der Mechanismus, der dem Imprint zugrunde liegt, ist eine spezifische epigenetische Modifikation (im speziellen eine Methylierung von CpG-Inseln) der DNA an der bestimmten Regulations-Stellen imprinteter Gene. Als Folge dieser DNA-Methylierung kommt es zu einer Stilllegung des Gens (Gen-Silencing). Die Modifikationen werden beim Durchgang durch die Keimbahn (Meiose) zuerst gelöscht, dann geschlechtsspezifisch wieder aufgebaut (entweder nur maternal oder paternal). Es sind schon dutzende Gene bekannt, die genomischem Imprinting unterliegen (z. B. H19 und CDKN1c - aktives Allel maternal oder Xist und Igf2 - aktives Allel paternal), und einige Krankheiten beim Menschen, die mit diesen Genen in Zusammenhang gebracht werden (Beckwith-Wiedemann-Syndrom, Angelman-Syndrom, Prader-Willi-Syndrom). Auch bei der Entstehung mancher Krebsarten (z. B. Wilms-Tumor) ist die Beteiligung von genomischen Imprinting von Bedeutung.

Genomisches Imprinting ist vermutlich auch bei den Problemen bei In-vitro-Fertilisation (IVF) mittels intrazytoplasmatischer Spermieninjektion ICSI und beim Klonen von Säugetieren beteiligt.

Quellen

1. ↑ Gen an - Gen aus, Die Epigenetik auf der Spur der Gen-Steuerung, Abenteuer Wissen, ZDF