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¿Qué es la impronta genómica?

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¿Qué es una huella genómica? ¿Cómo se produce la impronta genómica?

Si digo que "este" alelo está impreso en la madre, ¿significa que el alelo del gen se transmite sólo por la madre? Si se da un pedigrí, ¿cómo podemos identificar si el rasgo está impreso de forma paterna o materna?

Intente explicar todo esto con palabras tan simples como sea posible.


**** "¿Qué es una impresión genómica? ¿Cómo se produce la impresión genómica?" **

La impronta genómica es un mecanismo epigenético de herencia que permite que los genes se expresen de manera diferente dependiendo de qué progenitor proceden. Esto significa que es una modificación del genoma, o cambia lo que produce el genoma, sin cambiar la secuencia de nucleótidos (ADN). El resultado de la impronta en organismos diploides es que uno de los dos alelos está silenciado. Esta página ofrece una buena descripción general de la impresión.

Se proponen dos mecanismos principales llamados metilación del ADN y modificación de histonas, aunque aún pueden descubrirse otros. La metilación del ADN silencia un gen al agregar grupos metilo a los nucleótidos (modifica el nucleótido pero no la secuencia), lo que afecta la forma en que se expresan, mientras que se desconoce el mecanismo exacto (al menos no puedo encontrar uno en un erudito) parece que ser un factor clave en algunos crecimientos de cáncer. Los genes también pueden silenciarse mediante la modificación de histonas, la unión de un gen a las histonas reduce su actividad, es decir, produce menos producto.

La impronta genómica se describió por primera vez en Mealy Bugs (o al menos este es uno de los primeros descritos) que silencian la mitad de su genoma en los machos. Mientras que las hembras son completamente diploides, el macho también es diploide, pero la mitad del genoma está silenciado, lo que las hace efectivamente haploides. Esto se hace volviendo la mitad del genoma heterocromático.

**** "Si digo que" este "alelo está impreso en la madre, ¿significa que el alelo del gen lo transmite solo la madre? Si se da un pedigrí, ¿cómo podemos identificar si el rasgo está impreso en el padre o en la madre? impreso? "**

El control específico de un gen, en lugar de los cromosomas completos descritos anteriormente, solo se conoce en plantas y algunos mamíferos. En este caso, cuando se imprime un gen, el gen se silencia. Un ejemplo es Igf2 en los ratones descritos en el diagrama siguiente, que es la impronta materna (es decir, el alelo de la madre está silenciado). Cuando la madre tiene un alelo mutante y el padre se produce un alelo normal y una descendencia normal. Cuando el macho pasa el Igf2 mutante la descendencia es mutante porque se imprimió la copia normal de la madre.

El gen Igf2 se puede ver en el diagrama anterior. Esta es una de las primeras evidencias de impronta genómica descubierta. En la primera parte del diagrama, se transmite de la madre un gen mutante que intenta enanar la descendencia del ratón. Se puede ver que el ratón no es enano porque el alelo del tamaño en este ratón está impreso. El alelo materno no se expresa, por lo que el rasgo enano no se expresa en la descendencia, solo el rasgo de tamaño normal del padre sí. En la segunda parte del diagrama, el padre transmite el gen mutante y, por lo tanto, toda la descendencia será enana porque el rasgo de tamaño depende completamente del alelo paterno, que en este caso es enano. - Creando variación

La página de la que proviene este diagrama y cita también tiene una buena sección sobre impresión genómica.


Es incorrecto decir que un rasgo está impreso, aunque la frase se usa a menudo. Simplificaré esto hablando de solo dos cromosomas. Un mamífero tendrá un cromosoma de la madre y uno que es casi idéntico heredado del padre. Los genes de cada cromosoma suelen tener la misma probabilidad de expresarse. Un alelo impreso crea el silenciamiento en un cromosoma y la expresión génica únicamente del otro padre. Hay muchas más complejidades y Wikipedia es una gran fuente, así como Geneimprint http://www.geneimprint.com/site/what-is-imprinting

Consulte el enlace sobre Impresión parental, la definición es concisa. http://groups.molbiosci.northwestern.edu/holmgren/Glossary/Definitions/Def-M/molecular_imprinting.html


¿Qué es la impronta genómica?

Como probablemente ya sepa, los niños heredan genes de sus padres, esta es la forma fundamental en que los rasgos genéticos se transmiten entre generaciones. En la gran mayoría de los casos, los niños heredan un conjunto de genes de su madre y otro de su padre. Cuando estos genes experimentan recombinación, los alelos se reconstituyen y se genera una expresión genética única. Sin embargo, en algunos casos, solo se expresa un gen y una instancia de huella genética ocurre.

Las complejidades de este fenómeno genético son muy interesantes, al igual que las posibles repercusiones cuando la impronta genómica no se produce de manera precisa.


Narración

La impronta genética es un fenómeno bastante misterioso que se ha comprendido algo mejor en los últimos años. Básicamente, se refiere a la modificación química de una secuencia de ADN. Tenga en cuenta aquí que la secuencia de ADN en sí no está cambiando. Se trata de modificaciones de la propia secuencia de ADN que se producen en una célula (por lo general se refiere a una célula germinal, ya sea un óvulo o un espermatozoide) y ese cambio se transmite de una generación a otra. La razón por la que confundió a los científicos durante muchos años es que se trata de un mecanismo de herencia no secuenciado. Inicialmente, se pensaba que toda herencia se basaba en cambios de secuencia, lo que resulta no ser cierto. En uno de esos mecanismos, que no está involucrado en el cambio de secuencia, sino más bien en un cambio químico heredado en una secuencia de ADN, se le llama impronta. Y esa impronta, la razón por la que es importante, es que la modificación química, que se transmite de la madre o el padre a la descendencia, cambia la función del gen o el producto del gen, ya sea la expresión o la función del producto del gen en sí. .


¿Qué es la impronta genómica?

La impronta genética es un proceso de herencia independiente de la herencia mendeliana clásica.

Explicación:

Es un proceso epigenético que involucra la metilación del ADN y la metilación de histonas sin alterar la secuenciación genética. Estas marcas epigenéticas se establecen (imprimen) en la línea germinal de los padres y se mantienen a través de la división de células mitóticas.

La impronta genómica es el fenómeno epigenético por el cual ciertos genes se expresan de una manera específica de un padre de origen.
Si se imprime el alelo del padre, se silencia, y sólo se imprime el alelo de la madre. De manera similar, si se imprime el alelo de la madre, solo se expresa el alelo del padre.

Se han demostrado formas de impronta genómica en hongos, plantas y animales.
La impronta apropiada de ciertos genes es importante para el desarrollo normal.


¿Qué es la impronta genómica? - biología

¿Cuándo se establecen las huellas de los padres?
Las huellas parentales se establecen durante la gametogénesis a medida que el ADN homólogo pasa únicamente a través del espermatozoide o el óvulo posteriormente durante la embriogénesis y en la edad adulta, los alelos de los genes impresos se mantienen en dos estados "conformacionales" / epigenéticos: paterno o materno.
Por tanto, las impresiones genómicas moldean su propia replicación, son heredables, pueden identificarse mediante análisis molecular y sirven como marcadores del origen parental de las regiones genómicas.

Consecuencia funcional: expresión génica desequilibrada
Más allá de simplemente etiquetar los alelos genéticos homólogos como descendientes del padre o de la madre, las huellas genómicas tienen la consecuencia funcional significativa de sofocar la expresión génica de uno de los alelos parentales, lo que da como resultado una expresión génica desequilibrada entre los alelos homólogos.
Como resultado de la impronta, existe una expresión alélica sesgada que favorece la expresión de un locus parental sobre el otro. A menudo, la impronta se equipara con la expresión parental de origen y ograve monoalélico, sin embargo, la exclusión alélica parental rara vez es 100% eficaz; por lo general, se encuentran varios grados de expresión y ograve fugas a partir del alelo silenciado.

Fenotipo patológico en animales knockout heterocigotos
No obstante, la expresión relativamente disminuida de un locus parental es suficiente para crear un fenotipo patológico en animales knockout heterocigotos en los que el alelo nulo del gen de impronta se hereda a través del padre dominante / que expresa. De manera similar, en las disomías uniparentales humanas que abarcan loci impresos, la expresión disminuida de los loci impresos suele ser sindrómica. De hecho, una estrategia para identificar genes impresos se basa en correlaciones de genotipo-fenotipo de UPD.
Por tanto, la expresión génica disminuida del alelo parental sofocado puede considerarse biológicamente insuficiente para mantener un fenotipo sano, y las mutaciones génicas impresas suelen ser dominantes cuando afectan al alelo expresado. La regulación por retroalimentación de la transcripción en los loci impresos no permite una regulación al alza suficiente de la transcripción del alelo silenciado, y los organismos no recurren al alelo silenciado de otro modo de tipo salvaje en el caso de que el alelo expresado sea nulo.

Los genes impresos son funcionalmente haploides, lo que borra los beneficios de la diploidía en estos loci.
Se estima que aproximadamente el 1-2% de los genes humanos están sujetos a impronta parental, pero actualmente se ha demostrado que menos de 100 genes con nombres distintos tienen impronta parental.

Enfermedades clinicas
Las enfermedades y síndromes humanos clínicos que se derivan de las vulnerabilidades únicas de los loci impresos incluyen: enfermedad trofoblástica gestacional, teratomas, síndrome de Beckwith-Wiedemann, síndrome de Prader-Willi, síndrome de Angelman, síndrome de Silver-Russell, diabetes neonatal transitoria y defectos sociocognitivos en Síndrome de Turner y neoplasias múltiples asociadas con pérdida de impronta en loci oncogénicos. La base de datos OMIM (On-line Mendelian (!) Inheritance in Man) del NCBI (Centro Nacional de Información Biotecnológica de los Estados Unidos) contiene entradas detalladas sobre muchos genes y síndromes impresos.

¿Los genes impresos codifican para qué?
Aunque la mayoría de los genes impresos conocidos codifican proteínas, otros codifican transcripciones de ARN no traducidas.
Otra categoría de impronta genómica parental, que se contrasta con ejemplos bien caracterizados de genes expresados ​​monoalélicamente, son las improntas parentales de metilación esparcidas por todo el genoma que no han demostrado ser funcionales o asociadas con genes específicos.

Quizás un proceso más generalizado
Tener en cuenta esta categoría final subraya la idea de que la impronta genómica grave puede ser un proceso más generalizado que un simple mecanismo para silenciar monoalélicamente un puñado de genes, ya que, en un sentido amplio, no es necesario que las improntas genómicas parentales estén asociadas con la cromatina transcripcionalmente activa.
Además, más allá de los 500 genes estimados que se cree que están impresos, se desconoce cuántas improntas parentales pueden estar estampadas en todo el genoma, o cuál puede ser su patrón y periodicidad tal vez pronosticando experimentos de descubrimiento de genes de improntas basados ​​en el escaneo del genoma completo, que descubren principalmente dominios que no se sabe que estén asociados con unidades transcripcionales.


Escote

Impresión de los padres

La expresión de ciertos genes derivados del óvulo difiere de la expresión de los mismos genes derivados del espermatozoide. Llamado impronta paterna, los efectos se manifiestan de diferentes formas. Es posible eliminar un pronúcleo de un huevo de ratón recién inseminado y reemplazarlo con un pronúcleo tomado de otro huevo inseminado en una etapa similar de desarrollo ( Figura 6 ). Si se extrae un pronúcleo masculino o femenino y se reemplaza con un pronúcleo masculino o femenino correspondiente, el desarrollo es normal. Sin embargo, si se extrae un pronúcleo masculino y se reemplaza por un pronúcleo femenino (lo que da como resultado un cigoto con dos pronúcleos femeninos), el embrión en sí se desarrolla con bastante normalidad, pero la placenta y el saco vitelino están poco desarrollados. Por el contrario, un cigoto con dos pronúcleos masculinos produce un embrión muy atrofiado, mientras que la placenta y el saco vitelino son casi normales.

Figura 6. Demostraciones experimentales de impronta parental mediante el uso de trasplantes pronucleares.

La impronta parental se produce durante la gametogénesis. La metilación del ADN, efectuada a través de centros de impronta específicos, es uno de los principales medios de impronta y da como resultado la expresión diferencial de los alelos paternos y maternos de los genes impresos. Los genes impresos se silencian transcripcionalmente. Los genes impresos se mantienen durante el desarrollo y posiblemente hasta la edad adulta, pero una determinada impronta no se transmite a la progenie de ese individuo. En cambio, las huellas parentales en los genes se borran y se establecen nuevas huellas, correspondientes al sexo de ese individuo, en los ovocitos y espermatozoides durante la gametogénesis. No todos los genes están impresos por los padres. Las estimaciones actuales sugieren que se imprimen hasta 2100 genes humanos.


HUELLA GENÉTICA

"El área a la que le he prestado mayor atención es un nuevo fenómeno en biología molecular llamado impronta genómica, que es una situación en la que una secuencia de ADN puede tener un comportamiento condicional dependiendo de si se hereda de la madre (proveniente de un óvulo) o heredada paternamente: a través de un espermatozoide. El fenómeno se llama impronta porque la idea básica es que hay alguna huella que se coloca en el ADN en el ovario de la madre o en los testículos del padre que marca ese ADN como materno o paterno, e influye su patrón de expresión: lo que hace el gen en la próxima generación tanto en la descendencia masculina como femenina ".

Introducción

David Haig es un genetista / teórico evolutivo interesado en conflictos y resolución de conflictos dentro del genoma, con un interés particular en la impronta genómica y las relaciones entre padres e hijos. El área a la que le he prestado la mayor atención ", dice," es un fenómeno nuevo en biología molecular llamado impronta genómica, que es una situación en la que una secuencia de ADN puede tener un comportamiento condicional dependiendo de si se hereda de la madre o no. de un óvulo —o heredado paternalmente— procedente de un espermatozoide ". El trabajo de Haig se cruza con el de los psicólogos evolutivos cuyas ideas se han presentado en Edge." Una verdadera psicología ", dice Haig," tiene que ser una psicología evolutiva. Somos seres evolucionados y por tanto nuestra psicología tendrá que entenderse en términos de selección natural, entre otros factores ”.

DAVID HAIG es profesor asociado de biología en el Departamento de Biología Organísmica y Evolutiva de Harvard y autor de Impresión genómica y parentesco.

HUELLA GENÉTICA

[DAVID HAIG:] Mi trabajo durante la última década más o menos se ha centrado principalmente en los conflictos dentro del organismo individual. En gran parte de la biología evolutiva, la metáfora implícita es que el organismo es una máquina o, más específicamente, una computadora que maximiza la aptitud física que intenta resolver algún problema. Maximizar la aptitud es análogo a maximizar una función de utilidad en economía. Me interesan las situaciones en las que hay conflictos dentro del individuo, en las que diferentes agentes dentro del yo tienen diferentes funciones de aptitud, así como las políticas internas que resultan de esos conflictos de intereses.

El área a la que le he prestado mayor atención es un nuevo fenómeno en biología molecular llamado impronta genómica, que es una situación en la que una secuencia de ADN puede tener un comportamiento condicional dependiendo de si se hereda de la madre (proveniente de un óvulo) o paterna. heredado — proveniente de un espermatozoide. El fenómeno se llama impronta porque la idea básica es que hay alguna impronta que se coloca en el ADN en el ovario de la madre o en los testículos del padre que marca ese ADN como materno o paterno e influye en su patrón de expresión: lo que el gen lo hace en la próxima generación tanto en la descendencia masculina como en la femenina.

Este es un proceso complicado porque la impresión se puede borrar y restablecer. Por ejemplo, los genes maternos en mi cuerpo cuando se los transmita a mis hijos serán genes paternos con comportamiento paterno. Si mi hija transmite genes paternos a sus hijos, a pesar de que ella obtuvo el gen como gen paterno de mí, sería un gen materno para su propia descendencia. Los biólogos moleculares están particularmente interesados ​​en comprender la naturaleza de estas huellas y cómo es posible modificar el ADN de alguna manera que sea hereditaria pero que luego se pueda restablecer. Mi propio interés ha sido comprender por qué debería evolucionar un comportamiento tan extraño. He estado tratando de encontrar situaciones en las que lo que es mejor para los genes de origen materno sea diferente de lo que maximiza la aptitud de los genes de origen paterno.

La mejor manera de comprender la teoría subyacente es con una famosa anécdota acreditada ante J.B.S. Haldane, el gran genetista británico, de quien se dice que afirmó que daría su vida por salvar a más de dos hermanos ahogados o más de ocho primos ahogados. La lógica es que si Haldane solo se preocupa por transmitir sus genes a las generaciones futuras, esto es lo correcto. En promedio, un gen en su cuerpo tiene una probabilidad entre dos de estar presente en un hermano. Si sacrificara la copia de un gen en su cuerpo para rescatar a tres hermanos, en promedio estaría rescatando una copia y media del gen en sus tres hermanos, colocándolo por delante en la contabilidad genética. Pero cuando se trata de primos, cada uno solo tiene una posibilidad entre ocho de portar un gen aleatorio en el cuerpo de Haldane. Para beneficiarse del sacrificio de una copia de un gen en sí mismo, necesita rescatar a nueve primos o más. Esto fue formalizado por Bill Hamilton en su teoría de la aptitud inclusiva.

Mi teoría se puede ilustrar reformulando la pregunta de Haldane y preguntando: ¿Haldane sacrificaría su vida por tres medio hermanos? Por el bien de la historia, digamos que estos son sus medio hermanos maternos, descendientes de su madre pero con diferentes padres. La respuesta tradicional a esa pregunta es no, porque si eliges un gen aleatorio en Haldane, tiene una posibilidad entre cuatro de estar presente en un medio hermano. Por lo tanto, un gen aleatorio tendría la expectativa de rescatar tres cuartos de una copia (tres veces un cuarto) por la pérdida de una copia en Haldane. Sin embargo, si la impronta es posible, los genes pueden tener información sobre su origen parental, y esto puede cambiar la contabilidad.

Desde el punto de vista de un gen derivado de la madre en Haldane, los tres medios hermanos son todos descendientes de su madre, por lo que sus genes derivados de la madre tienen una probabilidad de que la mitad esté presente en cada medio hermano. Por el sacrificio de una copia del gen en sí mismo, Haldane estaría rescatando una copia y media, en promedio, de sus genes derivados de la madre. La selección natural actuando en esa situación sobre genes de origen materno favorecería la conducta sacrificial.

Sin embargo, las cosas se ven muy diferentes desde el punto de vista de los genes paternos de Haldane. Esos tres medios hermanos son descendientes de diferentes padres, lo que los convierte en no parientes completos. Si la contabilidad genética fuera todo lo importante, ningún sacrificio, por pequeño que fuera, justificaría ningún beneficio, por grande que fuera, para sus medios hermanos paternos. Por lo tanto, en este caso, la selección de genes de origen paterno evitaría que Haldane realizara esta acción de sacrificio.

Esto ilustra que diferentes fuerzas selectivas pueden actuar sobre diferentes genes dentro de un individuo, empujándolo en diferentes direcciones, resultando en conflictos genéticos internos. Sospecho que cómo se resuelven estos conflictos es una cuestión de historia, política genética y conocer los detalles del sistema. Para responder a preguntas como estas, se obtendrá mucha información de las ciencias sociales. La ciencia política en particular se trata de lidiar con los conflictos de intereses dentro de la sociedad con las formaciones de partidos y facciones, y creo que si hay conflictos dentro del individuo, tendrá un tipo similar de política interna.

Estoy particularmente interesado en observar situaciones en el mundo real en las que se aplicaría la historia de Haldane que acabo de contar, en las que existen fuerzas selectivas en conflicto potenciales que actúan dentro del individuo. Hasta ahora he hablado de conflictos entre genes de origen materno y paterno, pero también existen posibles conflictos entre genes que se encuentran en los cromosomas sexuales y genes que se encuentran en los otros cromosomas, o entre genes que se encuentran en el núcleo y genes que se encuentran en las mitocondrias. o entre nuestra herencia genética y transmisión cultural. Estoy tratando de desarrollar un conjunto de teorías y herramientas para lidiar con este tipo de situaciones.

La impronta genómica es un fenómeno fascinante y plantea una pregunta interesante: si la información sobre el sexo del padre en la generación anterior puede transmitirse mediante tales mecanismos, ¿existe otra información histórica de entrada del entorno que pueda transmitirse a la generación actual y influir en la expresión genética? ¿Sería posible que si mi bisabuela experimentara una hambruna o viviera en una época de guerra, esto hubiera dejado una huella en el genoma que está influyendo en la expresión genética de mi propio cuerpo?

Mi interés por la impronta genética comenzó mientras completaba mi doctorado en la Universidad Macquarie en Sydney. Comencé a estudiar ecología vegetal y, en particular, cómo se produce la regeneración después de un incendio. Vagué un poco por los arbustos mirando las plantas, pero mi corazón realmente no estaba en eso. Gracias a la buena suerte tuve la oportunidad de hacer un estudio teórico sobre la evolución de los ciclos de vida de las plantas, aplicando la teoría de la selección de parentesco —la teoría del conflicto entre padres e hijos desarrollada por Robert Trivers— a las plantas. Al pensar en lo que está sucediendo dentro de las semillas, esencialmente tenía una teoría de la impronta genómica lista para funcionar en el momento en que escuché sobre el fenómeno.

En un artículo de 1974 sobre el conflicto entre padres e hijos, Trivers señaló que a menudo existía la suposición implícita de que lo que era bueno para un padre también era bueno para su descendencia. En términos de transmisión genética, parecería que la descendencia es un interés de los padres en el futuro, por lo que los padres deberían hacer todo lo posible por ellos. Lo que Trivers argumentó, sin embargo, fue que los padres serían seleccionados para maximizar su número total de descendientes supervivientes, lo que puede ser bastante diferente de maximizar la supervivencia de cualquier descendiente individual en particular. Sugirió que existe una compensación entre producir muchos descendientes e invertir relativamente poco en ellos versus producir un pequeño número de descendientes e invertir mucho en cada uno. Pensó que a lo largo del tiempo evolutivo la descendencia comenzaría a competir con sus hermanos por los recursos disponibles. Y, a su vez, la rivalidad entre hermanos daría lugar a un conflicto entre la descendencia y los padres, ya que con el tiempo se seleccionaría a la descendencia para tratar de obtener de sus padres más de los recursos que les correspondían, más de lo que los padres fueron seleccionados para proporcionar, mientras que los padres serían seleccionados para distribuir sus recursos de manera más uniforme entre un mayor número de descendientes. La teoría de Trivers era que esto podría conducir a conflictos evolutivos.

Me pidieron que hablara en el Instituto Nacional de Salud en un taller sobre la impronta y las enfermedades humanas. Mi objetivo era sugerir cómo la teoría evolutiva proporcionaría nuevos conocimientos sobre las enfermedades humanas. Un caso obvio fue el del embarazo humano, donde la teoría de Trivers del conflicto entre padres e hijos podría ayudar a comprender por qué el embarazo se asocia tan a menudo con complicaciones médicas. Desde entonces, observar las interacciones materno-fetales ha sido otra área de mi investigación.

La teoría de Trivers tiene mucho que decir sobre por qué el embarazo no funciona particularmente bien. Si miramos la mayoría de los productos de la selección natural, como la mano, el hígado, el corazón o el riñón, estos son maravillosos fragmentos de ingeniería que funcionan muy bien durante 60 o 70 años. Pero, ¿por qué hay tantos problemas durante el embarazo? El embarazo es absolutamente esencial para la reproducción, por lo que cabría esperar que esta fuera una parte de nuestra fisiología humana que había sido perfeccionada por selección natural. Pero existe una diferencia evolutiva importante entre la función del corazón y lo que sucede durante el embarazo. Cuando miramos las fuerzas selectivas que actúan sobre la función del corazón, no hay conflicto evolutivo. Todos los genes involucrados en el desarrollo y la función del corazón pertenecen al mismo individuo genético y, en cierto sentido, tienen el mismo interés genético: la maximización del número de descendientes de ese individuo. En ausencia de conflicto, tenemos un problema de optimización simple y usted obtiene una solución óptima.

Pero en la relación entre la madre y el feto, debido al conflicto entre padres e hijos que señaló Trivers, ahora tenemos fuerzas en conflicto. Se selecciona a la descendencia para que tome un poco más de la madre, y se selecciona a la madre para resistir algunas de las demandas de la descendencia. Esas fuerzas selectivas tienden a actuar con propósitos opuestos y se anulan entre sí.

Un problema muy importante durante el embarazo es la comunicación de información entre madre e hijo. En la comunicación dentro del cuerpo no hay conflicto, ya que la selección hace que las células envíen mensajes de la manera más económica y eficiente posible. Pero cuando se analiza el intercambio de mensajes entre la madre y el feto, existe un problema de credibilidad, ya que sus intereses no son idénticos. En algunas situaciones, existe un incentivo evolutivo para enviar mensajes engañosos y la selección correspondiente para que los receptores desconfíen de los mensajes que se reciben.

Una cosa que está sucediendo durante el embarazo es que faltan los controles de retroalimentación, controles y equilibrios habituales. Leí solicitudes de subvenciones para científicos que se proponen estudiar las relaciones materno-fetales, y tienden a presentarlas en términos muy optimistas, como un intercambio de mensajes casi amoroso entre la madre y el feto. Pero durante el embarazo, un embrión se implanta en la cavidad abdominal o en las trompas de Falopio, en una posición completamente inapropiada en el cuerpo, y se desarrolla de manera autónoma en ausencia de mensajes maternos apropiados. Creo que en realidad hay muy poca comunicación entre la madre y el feto durante el embarazo. Más bien, está observando varios intentos fetales de manipular la fisiología y el metabolismo maternos para obtener beneficios fetales.

Durante el embarazo, los sistemas de comunicación hormonal de la madre quedan bajo el control conjunto tanto de la madre como del feto. El feto secreta una serie de hormonas en el cuerpo de la madre para lograr varios efectos, en particular, aumentar los niveles de nutrientes de la sangre materna. En las primeras etapas del embarazo humano, el embrión se incrusta en la pared uterina y se conecta al sistema sanguíneo materno, liberando hormonas en la sangre materna que pueden influir en la fisiología de la madre, los niveles de azúcar en sangre y la presión arterial. Cuanto más altos sean los niveles de azúcar y grasas en la sangre materna, más nutrientes puede obtener el feto. Por lo general, las hormonas son moléculas producidas en pequeñas cantidades que tienen grandes efectos, al menos cuando la comunicación ocurre dentro de un solo cuerpo y no hay conflicto entre el emisor y el receptor. Sin embargo, durante el embarazo, un individuo (el feto) envía señales a otro (la madre) y existe la posibilidad de conflicto. La selección natural favorece una mayor producción de hormonas por parte de la descendencia para conseguir un mayor efecto, mientras que al mismo tiempo favorece los sistemas receptores maternos que se vuelven cada vez más resistentes a la manipulación. Por lo tanto, existe la posibilidad de una escalada evolutiva que a veces resulta en la producción de hormonas placentarias en cantidades absolutamente masivas. Se estima que alrededor de un gramo al día de lactógeno placentario humano se secreta en el torrente sanguíneo materno y, sin embargo, tiene efectos relativamente menores.

Creo que esta observación, que las hormonas placentarias tienden a producirse en cantidades muy grandes, es la mejor evidencia de la existencia de un conflicto materno-fetal. El feto secreta estas hormonas en el cuerpo de la madre en un intento de persuadir a la madre para que haga algo que no necesariamente quiere hacer. Piense en las hormonas placentarias como el equivalente al correo basura que recibe en su casilla de correo. Estos mensajes intentan persuadirlo de que haga algo. Son relativamente baratos de producir, por lo que se distribuyen en grandes cantidades, pero tienen efectos relativamente menores. A veces deben funcionar, pero es muy diferente del tipo de susurro íntimo que se puede obtener entre dos personas que tienen intereses comunes.

La aplicación más exitosa de mis ideas sobre la impronta ha sido el estudio del crecimiento durante el embarazo y la predicción de que los genes de origen paterno se seleccionan para producir placentas más grandes que extraen más recursos de las madres. Pero la idea básica de la teoría se aplica a cualquier interacción entre parientes que son lo que yo llamo parientes asimétricos, es decir, parientes del lado materno de la familia pero no del lado paterno, o viceversa. Sospecho que la impronta genómica será relevante para comprender la evolución de las interacciones sociales. También hay evidencia ahora de que la impronta está implicada en algunas formas de autismo. Hay una serie de genes impresos que se sabe que están impresos en el cerebro, y estoy interesado en explorar esas ideas.

El trabajo empírico más emocionante que se ha realizado para probar mis ideas salió del laboratorio de Shirley Tilghman antes de convertirse en presidenta de Princeton. El suyo fue uno de los primeros laboratorios en describir un gen impreso. Paul Vrana, un postdoctorado de Tilghman, analizó cruces entre dos especies de ratones, uno de los cuales tenía una tasa muy alta de cambio de pareja (varios padres dentro de una camada) mientras que el otro era un ratón llamado monógamo, donde un solo padre engendró a toda la descendencia en una camada y la hembra tenía alrededor de un 80 por ciento de posibilidades de quedarse con el padre para producir la siguiente camada. El investigador predijo que el conflicto entre los genomas maternos y paternos sería más intenso en el ratón con paternidad múltiple que en el ratón monógamo, y de hecho, al cruzarlos se obtiene una diferencia dramática en el peso al nacer.

Si el padre procedía de la especie con paternidad múltiple, se había realizado una intensa selección de genomas paternos para extraer más recursos de las madres. Este genoma paterno se compararía con un genoma materno que no había sido fuertemente seleccionado para resistir las demandas paternas. En esta dirección del cruce, la descendencia fue más grande de lo normal, mientras que en el cruce recíproco donde el genoma paterno provenía de la especie monógama y el genoma materno de la especie poliandrosa, la descendencia fue más pequeña de lo normal. Paul Vrana pudo demostrar que esta diferencia se debía en gran medida a los genes impresos en estas dos especies. This suggests that divergence of imprinted genes may contribute to the speciation process, and in particular that changes in social systems and mating systems can cause changes in the expression of imprint. These can then contribute to reproductive isolation between sister species.

The second bit of work is being done in, of all places, a liver oncology lab at the Duke University Medical Center that is studying genomic imprinting. Out of curiosity, Randy Jirtle and Keith Killian looked at marsupials and then at the platypus—an egg-laying mammal—to see where imprinting arose. They found that imprinting is absent in the platypus, at least for the genes they looked at, but was present in marsupials. Thus, imprinting appears to have arisen more or less coincident with the origin of live birth, before the common ancestor of marsupials and placental mammals. There are some exciting areas of research of that kind.

There are also some other recent intriguing observations out there that beg for a theoretical explanation. There's evidence in the mouse, for example, that the paternal genome particularly favors development of the hypothalamus, whereas the maternal genome favors development of the neocortex. I've suggested that some maternal-paternal conflicts can be seen within the individual between different parts of the brain favoring different sorts of actions. I don't have a good explanation of why that's occurring in the mouse, but I would love to know. At a broader level, perhaps these theories have something to say about the subjective experience of internal conflicts—why we sometimes have great difficulty making up our minds. If the mind were purely a fitness-maximizing computer with a single fitness function, then this paralyzing sense of indecision we often feel would make no sense. When we are forced to make a difficult decision it can sometimes consume all our energies for a day, even though we'd be better off making a decision one way or the other. Perhaps that can be explained as a political argument going on within the mind between different agents with different agendas. That's getting very speculative now, though.

In the future I'd also like to get back to plants. I've put a lot of work into thinking about plant life cycles, and the work that I did in my Ph.D. has had relatively little impact, so I'd like to go back and rethink some of those ideas. I've thought of writing a book called Sociobotany that would do for plants what Trivers, Wilson, and Dawkins did for animal behavior. Botany tends to look at the different stages in the life cycles of a plant as cooperating one with the other. But Trivers's theories of parent-offspring conflict are very relevant to understanding some odd features of seed development and the embryology of plants. One of my favorite examples of this phenomenon can be seen in the seeds of pine trees and their relatives. The seed contains multiple eggs that can be fertilized by multiple pollen tubes, which are the functional equivalent of sperm. Within the seed, multiple embryos are produced that then compete to be the only one that survives in that seed. As this happens there's very intense sibling rivalry and even siblicide going on in the seed. Because of oddities of plant reproduction, the eggs that produce those embryos are all genetically identical one to the other, so all the competition among the embryos is between the genes that they get from their fathers through the pollen tube. Because of this, I expect there to be imprinting in the embryos of pine trees.

Another interesting case is found in Welwitschia, a very odd plant that grows in the Namibian desert. Here, once again because of oddities of the plant's genetics, the egg cells are no longer genetically identical one to the other, and they compete with each other to produce the embryo that survives in that seed. Rather than waiting for the pollen tube to reach the eggs, the eggs grow in tubes up to meet the pollen tubes. There's actually a race to meet the pollen tubes growing down to meet the eggs. Fertilization occurs and then the embryos race back down into the seed to gain first access to the food reserves stored in the seed. This odd behavior was just a strange observation of plant embryologists, but I think the application of ideas of conflict between different genetic individuals gives a very pleasing explanation of why you observe this behavior in Welwitschia but not in other groups where the eggs are genetically identical to each other.

Some of these ideas also intersect with the work of evolutionary psychologists. Although I don't interact with them on a daily basis, they're very keen on my work, and I follow theirs. A true psychology has got to be an evolutionary psychology. Whether every theory that goes under the name of evolutionary psychology is evolutionarily justified is a different question, but in terms of the question whether Darwin is relevant to understanding the mind and human behavior, evolutionary psychologists have got it right. We are evolved beings and therefore our psychology will have to be understood in terms of natural selection, among other factors.


Mechanism of parental imprinting

The process of imprinting starts in the gametes where the allele destined to be inactive in the new embryo (either the father's or the mother's as the case may be) is "marked". The mark appears to be methylation of the DNA in the promoter(s) of the gene.

Methyl groups are added to cytosines (Cs) in the DNA. When this occurs at stretches of alternating Cs and Gs called CpG sites in a promoter, it prevents binding of transcription factors to the promoter thus shutting down expression of the gene.

Methylation &mdash and thus inactivation &mdash of the promoters of tumor suppressor genes is frequently found in cancer cells.

Although methylation seems to be the imprinting signal, keeping the gene shut down may require the production of ARN.

Example 1: the IGF2r gene

A report in Naturaleza (16 October 1997) by Wutz et al, reveals that:

  • there is an upstream (left) promoter that is unmethylated and active
  • binding of transcription factors to this upstream promoter enables transcription of the sense strand of the gene to produce Igf2r messenger RNA.
  • There is also a downstream set of CpG sites that are methylated
  • the promoter for IGF2r transcription is methylated (and inactive),
  • but the downstream promoter is unmethylated and active.
  • Transcription of the antisense strand from the downstream promoter produces an ARN antisentido (a long noncoding RNA) that participates in shutting his gene down.

Ejemplo 2: XIST


What do geneticists mean by anticipation?

The signs and symptoms of some genetic conditions tend to become more severe and appear at an earlier age as the disorder is passed from one generation to the next. This phenomenon is called anticipation. Anticipation is most often seen with certain genetic disorders of the nervous system, such as Huntington disease, myotonic dystrophy, and fragile X syndrome.

Anticipation typically occurs with disorders that are caused by an unusual type of mutation called a trinucleotide repeat expansion. A trinucleotide repeat is a sequence of three DNA building blocks (nucleotides) that is repeated a number of times in a row. DNA segments with an abnormal number of these repeats are unstable and prone to errors during cell division. The number of repeats can change as the gene is passed from parent to child. If the number of repeats increases, it is known as a trinucleotide repeat expansion. In some cases, the trinucleotide repeat may expand until the gene stops functioning normally. This expansion causes the features of some disorders to become more severe with each successive generation.

Most genetic disorders have signs and symptoms that differ among affected individuals, including affected people in the same family. Not all of these differences can be explained by anticipation. A combination of genetic, environmental, and lifestyle factors is probably responsible for the variability, although many of these factors have not been identified. Researchers study multiple generations of affected family members and consider the genetic cause of a disorder before determining that it shows anticipation.


How are researchers exploring the epigenome?

In a field of study known as epigenomics, researchers are trying to chart the locations and understand the functions of all the chemical tags that mark the genome.

Until recently, scientists thought that human diseases were caused mainly by changes in DNA sequence, infectious agents such as bacteria and viruses, or environmental agents. Now, however, researchers have demonstrated that changes in the epigenome also can cause, or result from, disease. Epigenomics, thus, has become a vital part of efforts to better understand the human body and to improve human health. Epigenomic maps may someday enable doctors to determine an individual's health status and tailor a patient's response to therapies.

As part of the ENCODE (ENCyclopedia Of DNA Elements) project-which aims to catalog the working parts of the genome-the National Human Genome Research Institute is funding researchers to make epigenomic maps of various cell types. Other NIH-supported investigators have developed a number of epigenomic maps from several human organs and tissues. These NIH projects are part of an international effort to understand how epigenomics could lead to better prevention, diagnosis and treatment of disease.

In a field of study known as epigenomics, researchers are trying to chart the locations and understand the functions of all the chemical tags that mark the genome.

Until recently, scientists thought that human diseases were caused mainly by changes in DNA sequence, infectious agents such as bacteria and viruses, or environmental agents. Now, however, researchers have demonstrated that changes in the epigenome also can cause, or result from, disease. Epigenomics, thus, has become a vital part of efforts to better understand the human body and to improve human health. Epigenomic maps may someday enable doctors to determine an individual's health status and tailor a patient's response to therapies.

As part of the ENCODE (ENCyclopedia Of DNA Elements) project-which aims to catalog the working parts of the genome-the National Human Genome Research Institute is funding researchers to make epigenomic maps of various cell types. Other NIH-supported investigators have developed a number of epigenomic maps from several human organs and tissues. These NIH projects are part of an international effort to understand how epigenomics could lead to better prevention, diagnosis and treatment of disease.


Ver el vídeo: Impronta genómica (Agosto 2022).