PROFILPELAJAR.COM

En epixenética unha paramutación é unha interacción entre dous alelos nun só locus, na que un alelo induce un cambio herdable no outro alelo.^[1] O cambio pode ser no padrón de metilación do ADN ou modificacións de histonas.^[2] O alelo que induce o cambio denomínase paramutaxénico, mentres que o alelo que foi alterado epixeneticamente denomínase paramutable.^[1] Un alelo parmutable pode ter niveis alterados de expresión xénica, que poden continuar na descendencia que herda ese alelo, mesmo se o alelo paramutaxénico xa non está presente.^[1] Por medio de cruzamentos axeitados, a paramutación pode ter como resultado irmáns que teñen a mesma secuencia xenética, pero con fenotipos drasticamente diferentes.^[3]

Aínda que as paramutacións foron estudadas primeiramente no millo, foron descritas tamén noutros sistemas, incluíndo en animais como Drosophila melanogaster e ratos.^[1]^[4] Malia a súa ampla distribución, os exemplos deste fenómeno son máis ben escasos e o seu mecanismo non está ben comprendido.

Historia

A primeira descrición do que acabaría chamándose paramutación dérona William Bateson e Caroline Pellew en 1915, cando describiron os chícharos "rogue" que sempre pasaban o seu fenotipo "rogue" á súa proxenie.^[5] Porén, a primeira descrición formal da paramutación deuna R. A. Brink na Universidade de Wisconsin–Madison na década de 1950, trabalando co millo (Zea mays).^[5] Brink decatouse de que alelos específicos expresados debilmente do locus red1 (r1) no millo, que codificaban un factor de transcrición que daba pigmento vermello aos grans de millo, podía cambiar herdablemente alelos específicos que se expresaban intensamente a un estado de expresión máis feble.^[1] Este estado de expresión máis feble adoptado polo alelo cambiado é herdable e pode, á súa vez, cambiar o estado de expresión doutros alelos activos nun proceso denominado paramutación secundaria.^[1] Brink mostrou que a influencia do alelo paramutaxénico podía persistir durante moitas xeracións.^[1]

Descrición

Os alelos que causan cambios herdables nos alelos cos que están en contacto chámanse paramutaxénicos, e os alelos modificados por eles son os chamados paramutables. Os alelos que non toman parte nesta interacción denomínanse neutros. Cando están presentes xuntos nun organimso, o alelo paramutable é convertido no alelo paramutaxénico, e conserva a súa paramutaxenicidade nas seguintes xeracións. Esta transformación non vai acompañada de ningún cambio na secuencia de ADN, senón que o que diferenza os alelos paramutaxénicos dos paramutables son modificacións epixenéticas (por exemplo a metilación do ADN). Na maioría dos casos, é o alelo paramutable o que se transcribe intensamente e o alelo paramutaxénico o que presenta pouca ou ningunha transcrición.

O primeiro e máis extensamente estudado exemplo é o locus r1 do millo. O xene deste locus, cando se transcribe activamente, codifica e produce un factor de transcrición que promove a produción de antocianina, que orixina grans de millo de cor púrpura. Un alelo deste locus, denominado B’, pode causar metilación no outro alelo, B-I. Esta metilación ten como resultado unha redución da transcrición e, en consecuencia, unha diminución da produción de antocianina. Estes alelos non se diferencian na secuencia de ADN, senón que difiren no seu grao de metilación do ADN. Igual que con outros exemplos de paramutación, este cambio do alelo B-I ao alelo B’ é estable e herdable. Hai outros exemplos similares de paramutación noutros loci do millo, así como noutras plantas como o sistema modelo Arabidopsis thaliana e nas petunias transxénicas.^[6]^[7]^[8]

A paramutación tamén se documentou en animais como a mosca do vinagre Drosophila melanogaster, o verme nematodo Caenorhabditis elegans e en mamíferos como o rato.^[1]^[4]^[9]

Mecanismo

Aínda que os mecanismos específicos polos cales actúan as paramutacións varían dun organismo a outro, todos os casos ben documentados apuntan a que os mecanismos subxacentes son modificacións epixenéticas e silenciamento de ARN.^[1]

No caso do locus r1 do millo, a metilación do ADN dunha rexión de repeticións en tándem preto da rexión codificante do xene é característica do alelo paramutaxénico B’, e cando o alelo paramutable B-I se fai paramutaxénico, tamén adquire o mesmo padrón de metilación do ADN.^[10] Para que esta metilación sexa transferida con éxito, cómpren varios xeners que codifican ARN polimerases ADN dependentes e outros compoñentes das vías de silenciamento de ARN, o que suxire que a paramutación é mediada por rutas de silenciamento de ARN endóxenas.^[1] Isto corrobórase pola transcrición de ARNs interferentes curtos a partir das rexións con repeticións en tándem. En sistemas animais como Drosophila, os ARNs que interaccionan con piwi tamén foron implicados na mediación da paramutación.^[4] Para mediar a paramutación, ademais do carcterístico cambio no estado de metilación do ADN, tamén se detectaron en múltiples sistemas cambios nos padróns de modificación de histonas nas rexións do ADN metiladas, e/ou o requirimento de proteínas modificadoras de histonas.^[2]^[9] Suxeriuse que estas modificacións de histonas xogan un papel no mantemento do estado paramutado.^[2] A rexión de repeticións en tándem antes mencionada no locus r1 é tamén típica doutos loci que mostran fenómenos de paramutación ou similares á paramutación.^[5]

Porén, sinalouse que non se poden explicar todos os casos e características das paramutacións co que se sabe sobre selenciamento transcricional mediado por ARNi, e suxeriuse que deben de estar actuando tamén outras vías ou mecanismos.^[7]

Implicacións

Especulouse que en calquera poboación particular, relativamente poucos xenes mostrarían unha paramutación observable, xa que a alta penetrancia xenética de alelos paramutaxénicos (como B’ no locus r1 do millo) levaría ao alelo paramutaxénico ou ben ao alelo paramutable á fixación.^[3] Porén, a paramutación noutros loci con alelos paramutaxénicos con menor penetrancia pode persistir, o cal deberían telo en conta na mellora vexetal.^[3]

Dado que hai exemplos de paramutación ou de fenómenos similares á paramutación en animais como as moscas do vinagre e os ratos, indicouse que a paramutación pode explicar a aparición dalgunhas doenzas humanas que mostran padrón de herdanza non mendeliana.^[11]

Notas

↑ ^1,00 ^1,01 ^1,02 ^1,03 ^1,04 ^1,05 ^1,06 ^1,07 ^1,08 ^1,09 Chandler, Vicki L. (2007-02-23). "Paramutation: From Maize to Mice". Cell (en English) 128 (4): 641–645. ISSN 0092-8674. PMID 17320501. doi:10.1016/j.cell.2007.02.007.
↑ ^2,0 ^2,1 ^2,2 Haring, Max; Bader, Rechien; Louwers, Marieke; Schwabe, Anne; van Driel, Roel; Stam, Maike (2010-08-01). "The role of DNA methylation, nucleosome occupancy and histone modifications in paramutation". The Plant Journal (en inglés) 63 (3): 366–378. ISSN 1365-313X. PMID 20444233. doi:10.1111/j.1365-313X.2010.04245.x.
↑ ^3,0 ^3,1 ^3,2 Springer, Nathan M.; McGinnis, Karen M. (2015-08-01). "Paramutation in evolution, population genetics and breeding". Seminars in Cell & Developmental Biology. Paramutation & Pax Transcription Factors 44: 33–38. PMID 26325077. doi:10.1016/j.semcdb.2015.08.010.
↑ ^4,0 ^4,1 ^4,2 de Vanssay, Augustin; Bougé, Anne-Laure; Boivin, Antoine; Hermant, Catherine; Teysset, Laure; Delmarre, Valérie; Antoniewski, Christophe; Ronsseray, Stéphane (2012). "Paramutation in Drosophila linked to emergence of a piRNA-producing locus". Nature 490 (7418): 112–115. Bibcode:2012Natur.490..112D. PMID 22922650. doi:10.1038/nature11416.
↑ ^5,0 ^5,1 ^5,2 Stam, Maike; Scheid, Ortrun Mittelsten (2005-06-01). "Paramutation: an encounter leaving a lasting impression". Trends in Plant Science (en English) 10 (6): 283–290. ISSN 1360-1385. PMID 15949762. doi:10.1016/j.tplants.2005.04.009.
↑ Zheng, Zhimin; Yu, Hasi; Miki, Daisuke; Jin, Dan; Zhang, Qingzhu; Ren, Zhonghai; Gong, Zhizhong; Zhang, Heng; Zhu, Jian-Kang (2015-05-26). "Involvement of Multiple Gene-Silencing Pathways in a Paramutation-like Phenomenon in Arabidopsis". Cell Reports (en English) 11 (8): 1160–1167. ISSN 2211-1247. PMC 4484736. PMID 25981044. doi:10.1016/j.celrep.2015.04.034.
↑ ^7,0 ^7,1 Arteaga-Vazquez, Mario Alberto; Chandler, Vicki Lynn (2010). "Paramutation in maize: RNA mediated trans-generational gene silencing". Current Opinion in Genetics & Development 20 (2): 156–163. PMC 2859986. PMID 20153628. doi:10.1016/j.gde.2010.01.008.
↑ Meyer, Peter; Heidmann, Iris; Niedenhof, Ingrid (1993-07-01). "Differences in DNA-methylation are associated with a paramutation phenomenon in transgenic petunia". The Plant Journal (en inglés) 4 (1): 89–100. ISSN 1365-313X. PMID 8220478. doi:10.1046/j.1365-313X.1993.04010089.x.
↑ ^9,0 ^9,1 Sapetschnig, Alexandra; Sarkies, Peter; Lehrbach, Nicolas J.; Miska, Eric A. (2015-03-26). "Tertiary siRNAs Mediate Paramutation in C . elegans". PLOS Genet 11 (3): e1005078. ISSN 1553-7404. PMC 4374809. PMID 25811365. doi:10.1371/journal.pgen.1005078.
↑ Belele, Christiane L.; Sidorenko, Lyudmila; Stam, Maike; Bader, Rechien; Arteaga-Vazquez, Mario A.; Chandler, Vicki L. (2013-10-17). "Specific Tandem Repeats Are Sufficient for Paramutation-Induced Trans-Generational Silencing". PLOS Genetics 9 (10): e1003773. ISSN 1553-7404. PMC 3798267. PMID 24146624. doi:10.1371/journal.pgen.1003773.
↑ Rassoulzadegan, Minoo; Cuzin, François (2015-08-01). "From paramutation to human disease: RNA-mediated heredity". Seminars in Cell & Developmental Biology. Paramutation & Pax Transcription Factors 44: 47–50. PMID 26335266. doi:10.1016/j.semcdb.2015.08.007.