DNA Methylation:

پدیده­ ای است که در آن یک گروه متیل (CH3) به موقعیت 5 حلقه سیتوزین اضافه می­شود. به این نوع تغییرات، تغییرات اپی ژنتیک گفته می­شود به این معنی که این تغییر می­تواند حذف بشود و یا بدون اینکه در ماهیت DNA تغییری ایجاد کند به نسل­های بعدی انتقال یابد. متیلاسیون DNA یک خصوصیت معمول در مهره­ داران است، در بعضی گونه ­ها زیاد و در بعضی کمتر دیده می­شود. متیلاسیون DNA بیشتر در جزایر CPG اتفاق می­افتد یعنی مناطقی که سیتوزین کنار گوانین قرار گرفته است. مناطق غیر متیله شده CPG در جای جای ژنوم در سلول­های بینابینی مشاهده شده است. متیلاسیون DNAدر تکوین موجودات (از بدو تولد تا بلوغ)، غیر فعال شدن یکی از دوکروموزوم Xدر پستانداران ماده، genetic imprinting، مهار ژنی و سرطان زایی ضروری است.



:Genomic imprinting

پدیده ژنتیکی است که در آن تظاهر ژن­ها از قوانین مندلی یعنی تظاهر هر دو آلل از یک فرد، تبعیت نمی­کند بلکه تظاهر آن وابسته به آللی است که یا منشاء پدری دارد یا منشاء مادری. این پدیده هم در پستانداران و هم در حشرات و گیاهان دیده می­شود. یک فرآیند اپی ژنیک است که شامل متیلاسیون و تغییرات هیستونی که به منظور دریافت توالی ژنی تک آللی بدون اینکه تغییر در توالی ژنتیکی ایجاد شود، می­ باشد. بیان متناسب این ژن­ها برای تکوین طبیعی موجودات خیلی مهم هستند. بیشتر امراض ژنتیکی وابسته به عملکرد نامناسب این نوع ژن­ها است. اصولا در هر موجود دیپلوئید، هر فرد ترکیبی از گامت­های نر و ماده است به این ترتیب هر فرد دو آلل اتوزومی خود را از والدین دریافت می­کند. برای ژنهای اتوزومی در اکثر موارد هر دو آلل بیان می­ شود. در پستاندارن بخش خیلی کوچکی از ژنها ،حدود 1% وضعیت ,imprinting دارند یعنی فقط یکی از آلل­ها بیان می­شوند و آللی که بیان می­ شود می­تواند به یکی از والدین (والد پدر) وابسته باشد.

کلمه imprinting اولین بار درمورد حشره pesudoccuse nipaemea به کار گرفته شده است. در این حشره در جنین­ های ماده، تمامی کروموزوم­ها به صورت یوکروماتین هستند و فعال، در صورتی که در نرها، یکی از ژنوم­ها به صورت غیر فعال در می­ آید (هتروکروماتین)، نتیجه اینکه فرد نر به صورت هاپلوئید عمل می­کند و در ژنومی که به صورت silence فعال می­شود ژنوم پدری است. در پستانداران همgenetic imprinting به مفهوم عملکرد غیر مساوی آلل­های ژن­های غیروالدینی در یک فرد است. مطالعات نشان داده است که 80% این ژن­ها بصورت کلاستر هستند که تحت عنوان imprinted domains نامیده می شوند. این امر منجر به تنظیم و هدایت هماهنگ ژن­ها می­شود (co-ordinated control).

مکانیسم imprinting:

یک مکانیسم فعال است (dynamic). به این مفهوم که سیستم باید بتواند هم imprinting را حذف و هم در باند مستقر کند. ماهیت imprinting اپی ژنتیک است. در سلول­های ژرمینال imprinting حذف شده است ولی بعدا بسته به جنس موجود برقرار می­شود و در اووسیت imprinting والد مادری برقرار خواهد شد. در گیاهان و پستانداران دو مکانیسم در استقرار imprinting درگیر هستند:

1- متیلاسیونmethylation DNA DNA

2- تغییرات هیستون­ها histone modification

جمع شدن این ژن­ها به صورت کلاستر باعث می­شود که یک مکانیسم کنترل ژنتیکی و عوامل ژنتیکی مشترک وجود داشته باشد مثل non coding RNAS و DMRS=differently methylated regions

DMRS توالی­هایی از مولکول DNA و غنی از CG هستند که یک سیتوزین در یک کپی متیله شده است. برعکس تصور، متیلاسیون همیشه به مفهوم silencing نیست. بلکه اثرات متیلاسیون وابسته به زمینه ژنتیکی یا توالی­ هایی است که در جایگاه وجود دارد. Imprinting کامل ژنوم پدری در mealy hug (حشره کفشدوزک) و Imprinting کامل x پدری در موش ماده دیده شده است. در جنس مونث انسان، بواسطه عملکرد مرکزغیر فعالسازی که بر روی کروموزوم X قرار دارد، یکی از دو کروموزوم X در خانمها به حالت هتروکروماتین در می آید و عملا تنها یکی از دو کروموزوم X فعال می باشد. البته حتی در کروموزوم X هتروکروماتینه نیز در حدود 20 درصد کروموزوم بحالت یوکروماتین(فعال) باقی می ماند و دراین مناطق ژنها فعال و در ظهور برخی صفات تاثیر گذارند. پدیده هتروکروماتینه شدن یکی ازدو کروموزوم X پدیده ای آگاهانه است، بدین معنی که مکانیزمی درونی موجب می شود که تعداد کروموزومهای X هتروکروماتینه شده(Imprinting) وابسته به سطح پلوییدی موجود باشد، مثلا در موجودی دیپلویید چون انسان، تنها یکی از دو کروموزوم X زنان هتروکروماتینه می شود، اما در صورت وقوع اختلال در میوز طبیعی تخمکهای مادری و انتقال هر دو کروموزوم X مادری به جنین دختری، دو کروموزوم X هتروکروماتینه (غیرفعال) می شوند و تنها یک کروموزوم X فعال باقی می ماند. در صورت وقوع نقص ژنتیکی تاثیر گذار در تعداد کروموزوم جنسی، مانند سندرم ترنر که زنان مبتلا دارای یک کروموزوم X(بجای داشتن دو کروموزوم X) می باشند، تک کروموزوم X یوکروماتینه( فعال) باقی می ماند. البته این امر به معنای عدم بروز مشکل در افراد مبتلا به سندرم ترنر نیست، بلکه بواسطه وجود برخی مناطق ژنی فعال بر روی کروموزوم X هتروکروماتینه، این نوع ژنها در افراد مبتلا به ترنر بیان نمی شود(بعلت عدم وجود تک کروموزوم هتروکروماتینه) که این امر سبب بروز مشکلات جسمی و ذهنی متعدد در زنان مبتلا می گردد. ژن­های Imprinting به نظر می­رسد که نقش خیلی مهمی در رشد و نمو و تکوین جنین دارند.

ژن­های Imprinting در گیاهان:

پدیده مشابه Imprinting در گیاهان بخصوص در گیاهان گلدار نیز مشاهده شده است. در گیاهان یکی از اسپرماتوزوئیدها با سلول تخمزا ترکیب شده و تشکیل جنین دیپلویید می­دهد، در حالیکه اسپرماتوزوئید دوم با سلول ثانویه ترکیب شده یک بافت تریپلوئید بوجود می­آورد که 2 ژنوم منشاء مادری و یک ژنوم با منشاء پدری دارد( این بافت، آندوسپرم را بوجود می آورد) به نظر می­ رسد که نسبت 2 به 1 ژن­های مادری به پدری در تکوین جنین مهم است.

نشان داده شده است که بعضی از صفات وابسته به تظاهر هم پدری و هم مادری هستند ، در حالیکه برخی صفات یا وابسته به ژن­های پدری هستند یا مادری.

Imprinting می­تواند در زمینه ­های مهار سرطان یا عوارض ژنتیکی موثر باشد.

در نگارش این مطلب، از مطالب درس "ژنتیک مولکولی" خانم دکتر ابراهیمی بهره گرفته شده است.