Intragenomický a intrauterinní konflikt u lidí - Intragenomic and intrauterine conflict in humans

Intragenomické a intrauterinní konflikty u lidí vznikají mezi matkami a jejich potomky. Teorie rodičovských investic uvádí, že rodiče a jejich potomci budou často v konfliktu ohledně optimální výše investice, kterou by rodič měl poskytnout.[1] Je tomu tak proto, že nejlepší zájmy rodičů nemusí vždy odpovídat nejlepším zájmům potomků. Konflikt mezi matkou a kojencem je zajímavý kvůli intenzitě mateřských investic do jejích potomků. U lidí matky často investují roky péče do svých dětí kvůli dlouhému vývojovému období, než se děti stanou soběstačnými.

Rodiče a jejich děti jsou typicky zapojeni do spolupráce, ve které mají prospěch jak přežití, tak i budoucí reprodukce potomků. Jejich zájmy však nemohou být totožné, protože jejich geny nejsou totožné. Zatímco rodiče i potomci jsou 100% příbuzní sami sobě, sdílejí mezi sebou pouze 50% svých genů, což znamená, že rodiče i dítě budou občas v konfliktu.[2]

Intrauterinní konflikt

Konflikt mezi matkou a kojencem začíná během těhotenství, kdy si tělo matky musí udržovat své vlastní zdraví a zároveň zajišťovat vyvíjející se plod.[3] Obecně platí, že jak plod, tak matka mají stejné evoluční zájmy, aby se plod plodil a vedl ke zdravému porodu. Mohou však také nastat konflikty mezi množstvím živin, které plod raději přijímá, a množstvím, které dává matce raději. Může například dojít ke konfliktu mezi matkou a plodem ohledně toho, kdo by měl řídit růst plodu, přičemž plod by upřednostňoval optimální růst a matka by raději řídila růst plodu vzhledem k úrovni zdrojů, které má k dispozici.

Role placenty

The placenta hraje v tomto konfliktu důležitou roli, protože je zdrojem dodávek živin z matky na plod a také přijímá signály od matky i plodu. Předpokládá se, že placenta hraje v konfliktu mezi matkou a plodem vyrovnávací roli a vzhledem k vývojovým omezením dostupnosti mateřských zdrojů poskytuje plodu optimální kondici. Například Rutherford a Tardiff navrhli, že u kosmanů s proměnlivou velikostí vrhu byly vrhy trojčat spojeny s menšími podíly placenty, což naznačuje, že plody byly schopny zvýšit účinnost placenty, snad manipulací s placentární strukturou a funkcí k získání dalších mateřských tváří v tvář konkurenci mezi plody o omezené mateřské zdroje.[4] Poznamenávají však také, že vzácnost úspěšné březosti a odstavení úplných vrhů tripletů naznačuje, že i tváří v tvář fetálnímu mechanismu efektivity mohou mateřské mechanismy jinak omezovat energetické investice, možná zejména po narození.[5]

Klíčovým objevem souvisejícím s intrauterinním i intragenomickým konfliktem je to, že genotyp plodu může ovlivnit fyziologii matky.[6] Fetální manipulace mateřského endometria umožňuje plodu získat přístup k mateřské arteriální krvi.[2] Touto manipulací nemůže matka omezit tok krve k plodu, aniž by omezila tok krve sama. Když matky nejsou schopny bránit se změnám plodu, dochází k rozvoji syndromů souvisejících s těhotenstvím, jako je gestační diabetes a preeklampsie. Těhotenský diabetes nastává, když vyšší hladina glukózy v krvi vede ke zvýšené produkci inzulínu v reakci na rezistenci na inzulin ovlivněnou plodem. Preeklampsie je vysoký krevní tlak, ke kterému dochází během těhotenství, což může být výsledkem manipulace s plodem, která zvyšuje průtok krve.

Genomický otisk

Genomický otisk se týká různých účinků stejného genu v závislosti na tom, zda byl gen zděděn od matky nebo otce. Zatímco většina genů nemá různé účinky na základě jejich rodičovského původu, malá podskupina ano. Tyto geny jsou označovány jako potištěné. Otisky vznikají, když je pravděpodobné, že účinek genové exprese u potomků bude mít silný vliv na fitness rodičů.[7] Například geny, které se podílejí na získávání zdrojů potomků od matky, jsou silně prospěšné pro otcovu zdatnost, protože jeho potomci, kteří mají geny, které jsou velmi úspěšné při získávání zdrojů matky, pravděpodobně přežijí a množí se. Kromě toho otec neplatí žádné přímé náklady na kojení dítěte, zatímco matka tyto náklady nehradí. V tomto případě by měla být otcova kopie těchto genů vybrána, aby získala více zdrojů než mateřská kopie těchto genů. V současné době existuje přibližně 100 známých potištěných genů u myší a 50 u lidí. Zdá se, že některé otištěné geny nemají žádný účinek, nebo pokud gen jasně souvisí s funkcí, potiskovaná exprese genu není.

Stejně jako u nitroděložního konfliktu se má za to, že genomový otisk je vysoce spojen s placentací, protože důkazy o genomovém otisku se nacházejí pouze u placentárních savců, což vede k hypotéze, že genomový otisk a placentace jsou evolučně spojeny.[8] Zkreslená genová exprese je prokázána jako nedílná součást normálního vývoje a fungování placenty.[9] Kromě toho je signální síť, která je exprimována mezi plodem, placentou a mateřským hypotalamem, pravděpodobně výsledkem společných adaptací genové exprese související s růstem plodu a vývojem mozku.[10]

Poruchy otisku

Objev fenoménu genomového otisku pomohl vědcům pochopit základ pro několik poruch s jinak nejasnými vzory dědičnosti, včetně Prader-Williho / Angelmanových syndromů, Beckwith-Wiedemannova syndromu a Silver-Russellova syndromu.[10] Předpokládá se, že poruchy imprintingu souvisejí s abnormální metylací DNA, která může zahrnovat více otištěných lokusů.[11] Důkazy o tom, že asistenční reprodukční technologie a perikoncepční faktory prostředí, jako je strava matek, se podílejí na poruchách souvisejících s otiskem, vytvářejí souvislost mezi zdravím oocytů a správným vývojem otisku.[12]

Prader-Williho syndrom a Angelmanův syndrom

Prader-Willi a Angelmanovy syndromy jsou genetické poruchy, které jsou způsobeny, když jedinou kopií otiskovaného genu je „tichá“ kopie a aktivní kopie chybí, ať už kvůli deleci nebo uniparentální disomii. Oba jsou způsobeny absencí genové exprese v 15q11 – q13, kde se předpokládá, že Prader-Willi odráží nepřítomnost otcovsky odvozeného genu, a Angelmanův syndrom odráží nepřítomnost mateřské kopie.[13]

V případě Prader-Williho syndromu otcovská kopie chybí, zatímco mateřská „tichá“ kopie je přítomna. Prader-Williho syndrom se vyznačuje nízkou porodní hmotností, hypersomnolencí, nízkou chutí k jídlu a špatným kojením. U dítěte se obvykle objeví nenasytná chuť k jídlu kolem 1–2 let, což obvykle vede k časnému nástupu obezity. Děti s Prader-Williho syndromem mají během dětství obvykle sníženou výšku a absenci pubertálního růstu.

Teorie příbuznosti

Paradigmatem používaným ke studiu genomového otisku je teorie příbuznosti.[14][13] Teorie příbuznosti tvrdí, že imprinting se vyvíjí v důsledku konfliktů mezi zájmy otcovských a mateřských genů u kojence, zejména pokud jde o využívání mateřských zdrojů kojenci.[15][16] Matky mohou mít děti, které mají různé otce, a proto se očekává, že otcovsky odvozené geny budou využívat mateřské zdroje ve prospěch růstu potomků, zatímco od mateřských odvozených genů se očekává, že omezí alokaci mateřských zdrojů za účelem rozložení zdrojů na více potomků.

Prostřednictvím teorie příbuznosti se teoreticky předpokládá výskyt Prader-Williho syndromu jako důsledek absence otcovsky odvozeného genu a jedinou kopií je mateřská „tichá“ kopie. V tomto případě se od dítěte očekává chování, které v evoluční historii snížilo náklady matky. Zejména snížení reakcí kojenců na kojení a nízká chuť k jídlu v průběhu let, kdy by se dítě téměř úplně spoléhalo na mateřské mléko od své matky, by matkám umožnilo přidělit své zdroje napříč sebou a více potomkům. Odhaduje se, že kojení kojence stojí přibližně dalších 500 kcal denně, pokud se během laktace nespotřebuje další energie, použijí se tělesné zásoby, díky nimž je kojení nákladným mateřským úsilím.[17] Nízká chuť k jídlu v raném věku je následována náhlým nástupem chuti k jídlu a stravovacím chováním kolem 2. roku života. V tradičních komunitách pro obživu to odpovídá věku, kdy by děti byly odstaveny od mateřského mléka a nabízely by doplňkovou pevnou stravu.[18] Je pravděpodobné, že tato odstavná jídla byla pro matku méně přímo nákladná než kojení, a to buď proto, že shromažďování těchto potravin bylo pro ni méně energeticky nákladné, nebo se mohla při shromažďování jídla spolehnout na sociální partnery. Proto nám Prader-Willi umožňuje vidět role normálně neviditelných efektů otisků, které vznikly ve vztahu ke konfliktům rodičovských zajišťování.[19] U typicky se rozvíjejících jedinců jsou otiskované geny související s Prader-Williho a Angelmanovým syndromem vyváženy „přetahováním“ navrženým přirozeným výběrem. Pokud však jeden z těchto genů chybí, rovnováha je narušena a účinky vedou k fenotypům pozorovaným u těchto poruch.

Menopauza

Někteří autoři tvrdí, že variabilita v načasování nástupu a projevu symptomů menopauza mohou představovat intragenomický konflikt.[20] Lidská reprodukční kapacita žen končí kolem 50. roku života, což je zhruba o dvě desetiletí dříve, než ženy očekávaly délku života, a to i v komunitách bez přístupu k lékařské péči. Mnoho lidí si kladlo otázku, proč se menopauza vyvinula, protože ženy, které menopauzu nezažily, by dokázaly zvýšit svoji kondici rozšířením svých reprodukčních schopností a více dětí. The Hypotéza babičky tvrdí, že menopauza se vyvinula, protože jde o adaptaci, která zvyšuje fitness ženy prostřednictvím inkluzivního fitness, což podporuje její geny prostřednictvím jejích příbuzných, jako jsou vnoučata.[21] Selektivní síly související s nástupem menopauzy se mohou lišit mezi zájmy otce a matky. Ekologické rozdíly ve vzorcích rozptýlení ženských předsudků v prostředí předků mohou souviset se současnými rozdíly mezi populacemi, pokud jde o nástup a symptomatologii menopauzy. Pokud ano, u žen, jejichž předkové se vyvinuli v populacích s nižším zkreslením žen při rozptýlení, bude větší pravděpodobnost výskytu závažnějších příznaků a dřívější menopauzy než u žen, jejichž předkové se vyvinuli v populacích s vyšším zkreslením žen při rozptýlení.[20]

Reference

  1. ^ Trivers RL (1972). "Rodičovská investice a sexuální výběr". V Campbell B (ed.). Sexuální výběr a sestup člověka. Routledge. 136–179. doi:10.4324/9781315129266-7. ISBN  9781315129266.
  2. ^ A b Haig D (prosinec 1993). „Genetické konflikty v těhotenství člověka“. Čtvrtletní přehled biologie. 68 (4): 495–532. doi:10.1086/418300. PMID  8115596.
  3. ^ Fowden AL, Moore T (listopad 2012). „Přidělování zdrojů mezi matkou a plodem: spolupráce a konflikty“. Placenta. 33 Suppl 2: e11-5. doi:10.1016 / j.placenta.2012.05.002. PMID  22652046.
  4. ^ Rutherford JN, Tardif SD (září 2008). „Placentární efektivita a strategie alokace nitroděložních zdrojů v běžném těhotenství kosmanů“. American Journal of Physical Anthropology. 137 (1): 60–8. doi:10.1002 / ajpa.20846. PMID  18470898.
  5. ^ Rutherford JN, Tardif S (2009). Ford SM, Porter LM, Davis LC (eds.). Matčin malý pomocník? Placenta a její role v nitroděložní mateřské investici do kosmana obecného (Callithrix jacchus). Nejmenší antropoidy: Marmoset / Callimico záření. Vývoj v primatologii: pokrok a vyhlídky. Springer USA. 301–329. doi:10.1007/978-1-4419-0293-1_16. ISBN  9781441902931.
  6. ^ Petry CJ, Ong KK, Dunger DB (říjen 2007). „Ovlivňuje genotyp plodu fyziologii matek během těhotenství?“. Trendy v molekulární medicíně. 13 (10): 414–21. doi:10.1016 / j.molmed.2007.07.007. PMID  17900986.
  7. ^ Wilkins JF, Haig D (květen 2003). "Jak dobrý je genomový otisk: funkce rodičovské specifické genové exprese". Recenze přírody. Genetika. 4 (5): 359–68. doi:10.1038 / nrg1062. PMID  12728278. S2CID  7083206.
  8. ^ Varmuza S, Miri K (leden 2015). „Co nám říká genetika o otisku a spojení placenty?“. Buněčné a molekulární biologické vědy. 72 (1): 51–72. doi:10.1007 / s00018-014-1714-0. PMID  25194419. S2CID  6014851.
  9. ^ Frost JM, Moore GE (červenec 2010). „Důležitost potisku v lidské placentě“. Genetika PLOS. 6 (7): e1001015. doi:10.1371 / journal.pgen.1001015. PMC  2895656. PMID  20617174.
  10. ^ A b Peters J (srpen 2014). „Role genomového otisku v biologii a nemoci: rozšiřující se pohled“. Recenze přírody. Genetika. 15 (8): 517–30. doi:10.1038 / nrg3766. PMID  24958438. S2CID  498562.
  11. ^ Azzi S, Rossignol S, Steunou V, Sas T, Thibaud N, Danton F, Le Jule M, Heinrichs C, Cabrol S, Gicquel C, Le Bouc Y, Netchine I (prosinec 2009). „Multilokusová metylační analýza ve velké kohortě poruch růstu plodu souvisejících s 11p15 (syndromy Russella Silvera a Beckwitha Wiedemanna) odhaluje současnou ztrátu methylace u otcovských a mateřských otisků lokusů“. Lidská molekulární genetika. 18 (24): 4724–33. doi:10,1093 / hmg / ddp435. PMID  19755383.
  12. ^ Varmuza S, Miri K (leden 2015). „Co nám říká genetika o otisku a spojení placenty?“. Buněčné a molekulární biologické vědy. 72 (1): 51–72. doi:10.1007 / s00018-014-1714-0. PMID  25194419. S2CID  6014851.
  13. ^ A b Haig D, Wharton R (2003). „Prader-Williho syndrom a vývoj lidského dětství“. American Journal of Human Biology. 15 (3): 320–9. doi:10.1002 / ajhb.10150. PMID  12704708. S2CID  42943937.
  14. ^ Haig D (2000). „Teorie příbuznosti genomového otisku“. Výroční přehled ekologie a systematiky. 31 (1): 9–32. doi:10.1146 / annurev.ecolsys.31.1.9.
  15. ^ Moore T, Haig D (únor 1991). „Genomický otisk ve vývoji savců: rodičovské přetahování“. Trendy v genetice. 7 (2): 45–9. doi:10.1016 / 0168-9525 (91) 90230-N. PMID  2035190.
  16. ^ Haig D (2004). „Genomický otisk a příbuznost: jak dobrý je důkaz?“. Výroční přehled genetiky. 38 (1): 553–85. doi:10.1146 / annurev.genet.37.110801.142741. PMID  15568986.
  17. ^ Kominiarek MA, Rajan P (listopad 2016). „Doporučení týkající se výživy v těhotenství a kojení“. Lékařské kliniky Severní Ameriky. 100 (6): 1199–1215. doi:10.1016 / j.mcna.2016.06.004. PMC  5104202. PMID  27745590.
  18. ^ Sellen DW (říjen 2001). „Srovnání vzorců krmení kojenců hlášených pro neprůmyslové populace se současnými doporučeními“. The Journal of Nutrition. 131 (10): 2707–15. doi:10.1093 / jn / 131.10.2707. PMID  11584094.
  19. ^ Ubeda F (srpen 2008). „Vývoj genomového otisku u biparentální péče: důsledky pro Prader-Williho a Angelmanovy syndromy“. PLOS Biology. 6 (8): e208. doi:10.1371 / journal.pbio.0060208. PMC  2525684. PMID  18752349.
  20. ^ A b Úbeda F, Ohtsuki H, Gardner A (únor 2014). „Ekologie pohání intragenomický konflikt kvůli menopauze“. Ekologie Dopisy. 17 (2): 165–74. doi:10.1111 / ele.12208. PMC  3912906. PMID  24320989.
  21. ^ Hawkes K, O'Connell JF, Jones NG, Alvarez H, Charnov EL (únor 1998). „Babička, menopauza a vývoj dějin lidského života“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 95 (3): 1336–9. Bibcode:1998PNAS ... 95.1336H. doi:10.1073 / pnas.95.3.1336. PMC  18762. PMID  9448332.