Imprinting

Genomische Prägung (engl. genomic imprinting) bezeichnet das Phänomen, dass die Expression von Genen davon abhängen kann, von welchem Elternteil das Allel stammt. Dieses Vererbungsschema steht im Widerspruch zur klassischen mendelschen Vererbung. Bei Genen, die dem Genomic Imprinting unterliegen (imprintete Gene), ist entweder nur die von der Mutter stammende, oder nur die vom Vater stammende Version aktiv. Die Gene besitzen also eine elterliche, genomische Prägung. Imprinting beruht auf zusätzlichen epigenetischen Modifikationen der DNA, die in den Keimzellen etabliert wird. Die Basenabfolge wird dabei nicht geändert. Durch diese epigenetische Prägung ist eines der zwei elterlichen Allele imprinteten 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]. Ein gewisses Allel (Genvariante) kommt dabei nur dann zur Expression, wenn es, je nach Fall, entweder vom weiblichen (maternalen) oder vom männlichen (paternalen) Elternteil kommt.

Organismen mit Imprinting

Imprinting-ähnliche Phänomene wurden bereits bei vielen Säugetieren und Blütenpflanzen und Insekten beobachtet. Ob der Mechanismus bei allen der gleiche ist, ist zur Zeit noch unbekannt, aber alle diese Phänomene führen zu einem funktionellen hemizygoten Zustand, bei dem nur ein Allel am betroffenen Genlokus aktiv ist.

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 wie dem Menschen ist dieses Phänomen am besten untersucht, und der Mechanismus, der dem Imprint zugrunde liegt, ist eine spezifische epigenetische Modifikation (oftmals eine Methylierung von CpG-Inseln) der DNA an 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). Einige genetische Krankheiten beim Menschen werden mit (fehlerhaftem) Imprinting in Zusammenhang gebracht, wie etwa das Beckwith-Wiedemann-Syndrom, Angelman-Syndrom oder 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