Epigenetics deals with modifications in gene expression, without altering the underlying DNA sequence. Genomic imprinting is a complex epigenetic phenomenon that refers to parent-of-origin-specific gene expression. Beckwith-Wiedemann syndrome (BWS) and Silver-Russell syndrome (SRS) are congenital imprinting disorders with mirror opposite alterations at the genomic loci in 11p15.5 and opposite phenotypes. BWS and SRS are important imprinting disorders with the increase of knowledge of genetic and epigenetic mechanisms. Altered expression of the imprinted genes in 11p15.5, especially IGF2 and CDKN1C, affects fetal and postnatal growth. A wide range of imprinting defects at multiple loci, instead of a restricted locus, has been shown in some patients with either BWS or SRS. The development of new high-throughput assays will make it possible to allow accurate diagnosis, personalized therapy, and informative genetic counseling.
Molecular genetic markers were genotyped used to detect chromosomal regions which contain economically important traits such as growth traits in pigs. Three generation resource population was constructed from a cross between the Korean native boars and Landrace sows. A total of 193 F2 animals from intercross of F1 were produced. Phenotypic data on 7 traits, birth weight, body weight at 3, 5, 12, 30 weeks of age, live empty weight were collected for F2 animals. Animals including grandparents (F0), parents (F1), offspring (F2) were genotyped for 194 microsatellite markers covering from chromosome 1 to 18. Quantitative trait locus analyses were performed using interval mapping by regression under line-cross model. To characterize presence of imprinting, genetic full model in which dominance, additive and imprinting effect were included was fitted in this analysis. Significance thresholds were determined by permutation test. Using imprinting full model, four QTL with expression of imprinted effect were detected at 5% chromosome-wide significance level for growth traits on chromosome 1, 5, 7, 13, 14, and 16.
A subset of mammalian genes differ functionally between two alleles due to genomic imprinting, and seven such genes (Peg3, Usp29, APeg3, Zfp264, Zim1, Zim2, Zim3) are localized within the 500-kb genomic interval of the human and mouse genomes, constituting the Peg3 imprinted domain. This Peg3 domain shares several features with the other imprinted domains, including an evolutionarily conserved domain structure, along with transcriptional co-regulation through shared cis regulatory elements, as well as functional roles in controlling fetal growth rates and maternal-caring behaviors. The Peg3 domain also displays some unique features, including YY1-mediated regulation of transcription and imprinting; conversion and adaptation of several protein-coding members as ncRNA genes during evolution; and its close connection to human cancers through the potential tumor suppressor functions of Peg3 and Usp29. In this review, we summarize and discuss these features of the Peg3 domain.
As an experimental reference population, crosses between Korean native pig and Landraces were established and information on growth traits was recorded. Animals were genotyped for 24 microsatellite markers covering chromosomes 2, 6, and 7 for partial-genome scan to identify chromosomal regions that have effects on growth traits. quantitative trait loci (QTL) effects were estimated using interval mapping by the regression method under the line cross models with a test for imprinting effects. For test of presence of QTL, chromosome-wide and single position significance thresholds were estimated by permutation test and normal significance threshold for the imprinting test were derived. For tests against the Mendelian model, additive and dominance coefficients were permuted within individuals. Thresholds (5% chromosome-wide) against the no-QTL model for the analyzed traits ranged from 4.57 to 4.99 for the Mendelian model and from 4.14 to 4.67 for the imprinting model, respectively. Partial-genome scan revealed significant evidence for 4 QTL affecting growth traits, and 2 out of the 4 QTLs were imprinted. This study demonstrated that testing for imprinting should become a standard procedure to unravel the genetic control of multi-factorial traits. The models and tests developed in this study allowed the detection and evaluation of imprinted QTL.
Park, Sang-Wook;Do, Hyo-Sang;Kim, Dongkyu;Ko, Ji-Yun;Lee, Sang-Hun;Han, Yong-Mahn
International Journal of Stem Cells
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v.7
no.2
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pp.108-117
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2014
Background and Objectives: Genomic imprinting is an inheritance phenomenon by which a subset of genes are expressed from one allele of two homologous chromosomes in a parent of origin-specific manner. Even though fine-tuned regulation of genomic imprinting process is essential for normal development, no other means are available to study genomic imprinting in human during embryonic development. In relation with this bottleneck, differentiation of human embryonic stem cells (hESCs) into specialized lineages may be considered as an alternative to mimic human development. Methods and Results: In this study, hESCs were differentiated into three lineage cell types to analyze temporal and spatial expression of imprinted genes. Of 19 imprinted genes examined, 15 imprinted genes showed similar transcriptional level among two hESC lines and two human induced pluripotent stem cell (hiPSC) lines. Expressional patterns of most imprinted genes were varied in progenitors and fully differentiated cells which were derived from hESCs. Also, no consistence was observed in the expression pattern of imprinted genes within an imprinting domain during in vitro differentiation of hESCs into three lineage cell types. Conclusions: Transcriptional expression of imprinted genes is regulated in a cell type- specific manner in hESCs during in vitro differentiation.
Human uniparental gestations such as gynogenetic ovarian teratomas provide a model to evaluate the integrity of parent-specific gene expression - i.e. imprinting - in the absence of a complementary parental genetic contribution. The few imprinted genes characterized so far include the insulin-like growth factor-2 gene (IGF2) coding for a fetal growth factor and H19 gene whose normal function is unknown but it is likely to act as an mRNA. IGF2 is expressed by the paternal allele and H19 by the maternal allele. This reciprocal expression is quite interesting because both H19 and IGF2 genes are located close to each other on chromosome 11p15.5. In situ RNA hybridization analysis has shown variable expression of the H19 and IGF2 alleles according to the tissue origin in 11 teratomas. Especially, Skin, derivative of ectoderm, is expressed conspicuously. We examined imprinting of H19 and IGF2 in teratomas using PCR and RT-PCR of exonic polymorphism. H19 and IGF2 transcript could be expressed either biallelically or monoallelically in the teratomas. Biallelic expression (i.e., loss of imprinting) of IGF2 occurred in 5 out of 6 mature teratomas and 1 out of 1 immature teratoma. Biallelic expression of H19 occurred in 4 out of 10 mature teratomas and 1 out of 1 immature teratoma. Expression levels of H19 and IGF2 transcript using the semi-quantitative RT-PCR had no relation between monoallelic and biallelic expression. Moreover, IGF2 biallelic expression did not affect allele-specificity or levels of H19 expression. These results demonstrate that both genes, H19 and IGF2, can be imprinted, expressed and regulated independently and individually of each other in ovarian teratoma.
Few studies have reported the existence of imprinted genes in cattle compared to the human and mouse. Genomic imprinting is expressed in monoallelic form and it depends on a single parent-specific form of the allele. Comparative analysis of mammals other than the human is a valuable tool for explaining the genomic basis of imprinted genes. In this study, we investigated 34 common imprinted genes in the human and mouse as well as 35 known non-imprinted genes in the human. We found short interspersed nuclear elements (SINEs), long interspersed nuclear elements (LINEs), and long terminal repeats (LTRs) in imprinted (human and mouse) and control (cattle) genes. Pair-wise comparisons for the three species were conducted using SINEs, LINEs, and LTRs. We also calculated 95% confidence intervals of frequencies of repetitive sequences for the three species. As a result, most genes had a similar interval between species. We found 11 genes with conserved SINEs, LINEs, and LTRs in the human, mouse, and cattle. In conclusion, eleven genes (CALCR, Grb10, HTR2A, KCNK9, Kcnq1, MEST, OSBPL5, PPP1R9A, Sgce, SLC22A18, and UBE3A) were identified as candidate imprinted genes in cattle.
The faulty regulation of imprinting gene lead to the abnormal development of reconstructed embryo after nuclear transfer. However, the correlation between the imprinting status of donor cell and preimplantation stage of embryo development is not yet clear. In this study, to determine this correlation, we used the porcine spermatogonial stem cell (pSSC) and fetal fibroblast (pFF) as donor cells. As the results, the isolated cells with laminin matrix selection strongly expressed the GFR ${\alpha}$-1 and PLZF genes of SSCs specific markers. The pSSCs were maintained to 12 passages and positive for the pluripotent marker including OCT4, SSEA1 and NANOG. The methylation analysis of H19 DMR of pSSCs revealed that the zinc finger protein binding sites CTCF3 of H19 DMRs displayed an androgenic imprinting pattern (92.7%). Also, to investigate the reprogramming potential of pSSCs as donor cell, we compared the development rate and methylation status of H19 gene between the reconstructed embryos from pFF and pSSC. This result showed no significant differences of the development rate between the pFFs ($11.2{\pm}0.8%$) and SSCs ($13.3{\pm}1.1%$). However, interestingly, while the CTCF3 methylation status of pFF-NT blastocyst was decreased (36.3%), and the CTCF3 methylation status of pSSC-NT blastocyst was maintained. Therefore, this result suggested that the genomic imprinting status of pSSCs is more effective than that of normal somatic cells for the normal development because the maintenance of imprinting pattern is very important in early embryo stage.
Park, Mi-Hyun;Ku, Hyeon-Jeong;Lee, Hye-Ja;Kim, Kwang-Joong;Park, Chan;Oh, Bermseok;Kimm, Ku-Chan;Lee, Jong-Young
Genomics & Informatics
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v.3
no.3
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pp.74-79
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2005
The H19 gene, located at human chromosome 11p15.5, is imprinted in most normal human tissues. However, imprinting is often lost in tumors suggesting H19 is a putative tumor suppressor. We analyzed the single nucleotide polymorphisms (SNPs) of a 16 kb region that includes the H19 gene and its imprinting control region (ICR) in the Korean population. To identify SNPs, we directly sequenced this region in 18 Korean subjects. We identified 64 SNPs, of which 7 were in the exons of H19, 2 were in the introns, 14 were in the 3' intergenic region and 41 were in the 5' intergenic region. Of the 64 SNPs, 21 had not previously been reported and thus appear to be unique to the Korean population. The identified SNPs of H19 in the Korean population may eventually be useful as genetic markers associated with various diseases. In this study, 7 of the 64 identified SNPs were at CTCF binding sites in the ICR and may affect regulation of H19 gene imprinting. Thus, several genetic variations of the H19 gene may be important markers in human diseases that involve genomic imprinting, including cancer.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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