• Imprinting
  • Seksuele voortplanting
  • Genexpressie
• Hoe imprinting is ontdekt
• Hoe werkt imprinting?
• Waarom bestaat imprinting?
• Vragen bij de tekst
• Docentenhandleiding

Imprinting

Van Mendel hebben we geleerd dat wederkerige kruisingen een zelfde resultaat opleveren. Als twee organismen (b.v. planten) met elkaar kruisen en de één is homozygoot dominant (AA) voor een bepaalde eigenschap en de ander is homozygoot recessief voor dezelfde eigenschap (aa), dan zullen alle nakomelingen heterozygoot (Aa) zijn voor die eigenschap. Het maakt voor het resultaat niet uit welke ouder het dominante allel heeft overgegeven. (AA x aa = aa x AA; beide leveren heterozygote Aa nakomelingen op.)

Volgens de erfelijkheidswetten van Mendel is de overerving van eigenschappen dus onafhankelijk van de ouderlijke herkomst van die eigenschappen. Het maakt niet uit of je een bepaalde eigenschap van je moeder of van je vader hebt geërfd. Het blijkt echter dat het in sommige (uitzonderlijke) gevallen wèl uitmaakt of een gen van je moeder of je vader afkomstig is. In die gevallen is sprake van 'imprinting'.

Alle diploïde organismen, zoals de mens, krijgen in de regel per paar chromosomen één chromosoom van de moeder en één van de vader.

Seksuele voortplanting Diploïde organismen vormen voor de seksuele voortplanting geslachtscellen. De man vormt zaadcellen en de vrouw eicellen. Bij de vorming van geslachtscellen vindt de meiose of reductiedeling plaats. De celkern van geslachtscellen bevat er van elk paar chromosomen maar één, geslachtscellen zijn haploïd (n, bij de mens n=23).  Bij de bevruchting (de versmelting van een mannelijke en een vrouwelijke geslachtscel) ontstaat er weer een diploïde cel (de zygote, 2n). Die diploïde cel kan zich dan weer tot een diploïd organisme ontwikkelen. Zie figuur 2. Genexpressie De nakomelingen krijgen dus van elk paar chromosomen één chromosoom van elke ouder. Genen op die chromosomen bepalen de erfelijke eigenschappen van de nakomeling. Als een gen wordt afgelezen (transcriptie vindt plaats), zeggen we dat een gen 'tot expressie komt'. Dat betekent dat de eigenschap die in dat gen opgeslagen ligt tot uiting komt. Als een gen niet tot expressie komt (de transcriptie is onderdrukt), wil dat zeggen dat de eigenschap die in dat gen opgeslagen ligt niet tot uiting komt.

Figuur 2 Twee haploïde geslachtscellen smelten bij de bevruchting samen tot een diploïde zygote.

Als je twee exemplaren van elk chromosoom hebt, betekent dat ook dat je van elk gen op die chromosomen twee exemplaren (allelen) hebt. Van elk gen erf je het éne allel van je moeder en het andere van je vader.
Meestal komen beide allelen van een gen tot expressie. Maar in een aantal uitzonderlijke gevallen kan door imprinting de expressie verschillen al naar gelang de ouderlijke afkomst van het allel. Van bepaalde genen komt alleen het allel op het chromosoom dat van de vader afkomstig is tot expressie. Of juist alleen het allel op het chromosoom van moederlijke afkomst komt tot expressie. De expressie van het andere allel is dan onderdrukt.

Hoe imprinting is ontdekt
Volgens de erfelijkheidsleer van Mendel mag het dus niet uitmaken of een chromosoom (of een gen op het chromosoom) afkomstig is van de vader of de moeder. Om te kijken of dit klopt hebben onderzoekers muizen-embryo's die alleen chromosomen van de moeder of juist alleen chromosomen van de vader bevatten tot ontwikkeling gebracht.
Daarvoor hebben ze direct na de bevruchting -nog vóór de versmelting van de celkernen van de eicel en de zaadcel- een van de twee (haploïde) celkernen uit de bevruchte eicel verwijderd. Vervolgens vervingen ze die verwijderde celkern voor een andere.
Als de moederlijke kern werd verwijderd, werd die vervangen voor een vaderlijke kern uit een zaadcel. Zo ontstond er een embryo met het diploïde aantal chromosomen waarbij alle paren chromosomen van de vader afkomstig waren. Andersom kon een embryo worden met alleen chromosomen van de moeder: als de vaderlijke haploïde celkern werd vervangen door een tweede moederlijke uit een andere eicel. In figuur 3 wordt deze techniek nog eens uitgelegd.

Figuur 3 Direct na de bevruchting wordt de vaderlijke haploïde kern verwijderd en vervangen voor een tweede moederlijke kern (uit een andere eicel). Er ontstaat een embryo met het diploïde aantal chromosomen, waarbij alle chromosomen van moederlijke afkomst zijn. Andersom kan een embryo verkregen worden met alleen chromosomen van vaderlijke afkomst.

Uit het onderzoek bleek dat embryo's met alleen vaderlijke chromosomen vooral placenta-weefsel ontwikkelden. De vorming van het embryo zelf bleef achter. Terwijl embryo's met alleen moederlijke chromosomen vooral het embryonale weefsel ontwikkelden. De vaderlijke, noch de moederlijke embryo's ontwikkelde zich normaal. Alle embryo's stierven nog voor de geboorte af.
Deze experimenten lieten zien dat de chromosomen van moederlijke èn van vaderlijke afkomst beide onmisbaar zijn voor een goede ontwikkeling van het embryo. Embryo's met twee paar chromosomen van één ouderlijke afkomst konden immers niet tot geboorte komen.
Bovendien bleek dat de bijdrage van de chromosomen uit de zaadcel aan de ontwikkeling van het embryo verschilt van die uit de eicel. Embryo's met alleen vaderlijke chromosomen ontwikkelden immers vooral een grote placenta. Terwijl bij embryo's met alleen moederlijke chromosomen de placenta juist heel klein blijft.
Blijkbaar komen genen die de ontwikkeling van de placenta stimuleren vooral tot expressie van chromosomen uit de zaadcel (vaderlijke afkomst). Op de chromosomen uit de eicel (moederlijke afkomst) staan die genen juist 'uit'. Hiermee werd dus ontdekt dat bepaalde genen verschillend tot expressie komen afhankelijk ervan of ze van de vader of de moeder afkomstig zijn. Dit hebben de onderzoekers 'imprinting' genoemd.

 
 

Hoe werkt imprinting? Imprinting zorgt er dus voor dat er onderscheid wordt gemaakt tussen het vaderlijke en het moederlijke allel van een bepaald gen. Eén van de twee komt maar tot expressie bij imprinting. Het allel heeft dus 'onthouden' van welke ouder het afkomstig is. Hoe kan dat?  Dat kan doordat het allel van een gen anders is 'gemerkt' op het chromosoom dat je van je moeder hebt gekregen dan op het chromosoom dat je van je vader hebt gekregen. Die markering ('imprint') bepaalt of het gen tot expressie komt of niet. De imprinting (markering) vindt plaats tijdens de geslachtscelvorming.  Gen A heeft een moederlijke imprint. Dat betekent dat het allel van gen A op het chromosoom dat je van je moeder hebt gehad 'uit' staat; alleen het vaderlijke allel van gen A komt tot expressie.  Gen B heeft een vaderlijke imprint. Het vaderlijke allel van gen B staat 'uit'. Alleen het moederlijke allel van gen B komt tot expressie.  Figuur 4 laat de moederlijke imprint van gen A zien in een eicel en de vaderlijke imprint van gen B in een zaadcel. In de lichaamscellen van de kinderen blijft dit imprinting patroon bewaard. Maar bij de vorming van geslachtscellen wordt het imprinting patroon gewist. Dochters zullen eicellen gaan vormen met het moederlijke imprinting patroon (gen A staat 'uit'). Zonen zullen zaadcellen gaan vormen met het vaderlijke imprinting patroon (gen B staat uit). Nakomelingen zullen weer chromosomen met het moederlijke imprinting patroon van hun moeder krijgen en chromosomen met het vaderlijke imprinting patroon van hun vader.

Figuur 4 Gen A heeft een moederlijke imprint; gen B een vaderlijke. De imgeprinte genen staan uit (zwart).

 
 

Waarom bestaat imprinting?
Als biologen iets ontdekken, willen ze ook altijd weten waarom het bestaat. Ze willen de functie kennen van wat ze hebben gevonden. Als zo'n ingewikkeld mechanisme als imprinting bestaat, zal het ook wel een bepaald nut dienen. Daarom hebben onderzoekers zich de vraag gesteld waarom imprinting bestaat.
Die vraag is helaas nog niet beantwoord. Maar er bestaan wel verschillende theorieën over de functie van imprinting. Eén van die theorieën is gebaseerd op de waarnemingen aan de embryonale ontwikkeling zoals die hierboven beschreven staan. Die theorie wordt hieronder uitgelegd.

Imprinting zou een bepaald evolutionair selectie voordeel kunnen geven. Vanuit het oogpunt van de evolutie bekeken is ieder individu erbij gebaat zoveel mogelijk (gezonde) nakomelingen te krijgen. Hoe meer nakomelingen je krijgt, hoe meer kans je hebt dat jouw genen worden overgedragen aan volgende generaties.
Als bevruchting plaatsvindt 'willen' de chromosomen van de mannelijke ouder ervoor zorgen dat de zwangerschap resulteert in een sterke nakomeling. Daarvoor is het voordelig om een grote placenta te laten ontstaan, zodat het embryo goed door de moeder gevoed kan worden. De vrouwelijke ouder is er echter meer bij gebaat een limiet te stellen aan de grootte van de placenta zodat ze meer kans heeft op meerdere succesvolle zwangerschappen. (Als de placenta heel groot zou worden zou haar baarmoeder misschien geen volgende zwangerschap meer aankunnen.)
Daarom zouden de chromosomen van de vader zo imgeprint zijn dat ze zorgen dat er een grote placenta ontstaat bij zwangerschap, terwijl de moederlijke chromosomen juist een limiet stellen aan de groei van de placenta. Dat is precies wat de onderzoekers vonden bij de ontwikkeling van embryo's met enkel chromosomen van vaderlijke of juist moederlijke afkomst.

1.     Bij geslachtsgebonden overerving zie je dat alleen een van beide ouders een bepaalde eigenschap kan doorgeven aan de kinderen (zoals bij de overerving van kleurenblindheid). Dit heeft niets met imprinting te maken. Weet je hoe geslachtsgebonden overerving werkt?
 

2.     Wanneer spreken we van imprinting?
 

3.     Wessel heeft bruin haar. Hij is heterozygoot voor haarkleur: hij heeft een gen voor bruin
haar van zijn moeder en een gen voor blond haar van zijn vader gekregen.
Is het gen voor bruin haar tot expressie gekomen?
Kan het gen voor blond haar tot expressie zijn gekomen?
 

4.     Hoe komt het dat je twee allelen hebt van elk gen?
 

5.     Komt meestal maar één van de allelen tot expressie of beide? Wanneer komt er maar één van de twee allelen tot expressie?
 

6.     Gen Q komt alleen tot expressie van het chromosoom dat je van je moeder hebt gehad. Heeft gen Q een moederlijke of een vaderlijke imprint?
 

7.     Margriet en Wouter krijgen samen kinderen.
    a. Hebben hun zoon en dochter een verschillend imprinting patroon van hun ouders geërfd?
    Gen A heeft een moederlijke imprint, gen B een vaderlijke.
    b. Komt gen A bij de kinderen tot expressie van het chromosoom dat ze van hun moeder hebben gekregen of van het chromosoom dat ze van hun vader hebben gekregen? En gen B?
 

8.    Beschrijf in je eigen woorden een mogelijke functie voor het bestaan van imprinting.