Molekularna genetika v mediciniUniverzitetni podiplomski študij BIOMEDICINA

Literatura:

P.D. Turnpenny, S. Ellard: EMERY’S ELEMENTS OF MEDICAL GENETICS, 12th edition (Elsevier Limited, 2005).

Thompson & Thompson: GENETICS IN MEDICINE, 6th edition (Saunders, 2004)

1. Uvod v kromosomske abnormalnosti

2. Mendlovo dedovanje in monogenske bolezni

3. Kvantitativna in populacijska genetika Hardy-Weinbergovo ravnovesje

4. Poligenska bolenja

GREGOR MENDEL

Odkritje 1865, priznanje 1900

MOLEKULARNA MEDICINSKA GENETIKA

-vloga genetskih faktorjev pri pojavnosti obolenj pri človeku;

-razvite države manj prehranskih in infekcijskih obolenj, večpozornosti genetskim fatorjem;

-tudi kompleksa obolenja (bolezni srca in ožilja, diabetes mellitus, hipertenzija, psihoze, etc.), imajo genetsko komponento;

-Več kot 1500 identificiranih kromosomskih lokusov z mutacijami, značilnimi za obolenja (2003)

-OMIM – Online Inheritance in Man

Orodja:

•študije dedovanja bolezni znotraj družin in populacije,

•mapiranje bolezenskih genov na precizne kromosomske lokuse,

•analiza molekularnih mehanizmov, po katerih mutacije v genih povzročajo bolezenski fenotip,

•diagnosticiranje, zdravljenje,

• genetsko svetovanje.

MEDICINSKA GENETIKA:

-preprečevanje in izogibanje boleznim,

-napotki za boljšo, pacientu prilagojeno osebno terapijo (personalized medicine).

Biološkispol

starosthormonski status

Okoljskihrana

prehranski dodatkizdravila, ksenobiotiki

Genetskiraznolikost

genoma:SNP (enojni nukleotidni

polimorfizmi), CNV (variacija števila kopij)

drug effect

VS

monozygotic dizygotic

DEJAVNIKI, KI VPLIVAJO NA OBOLENJA

EpigenetskiImprinting

Utišanje, itd.

U. Meyer, SBD meeting, Lipica, September 2005

Assumption: Common diseases are caused by common genetic variants.

Evidence for this assumption is poor.

Majority of common diseases are caused by a complex combination of multiple genetic and environmental factors.

SIMPLE MINDS – COMPLEX TRAITS

U. Meyer, SBD meeting, Lipica, September 2005

Single-gene mutations are rare diseases (Mendelian inheritance)

Usually related to rare inherited diseases (high penetrance)Disorders of pediatric age range; less than 10% manifest in puberty, only 1% after the end of reproductive period.

Examples:

Cystic fibrosis (CFTR gene)Inheritance: autosomal recessiveLocation: chromosome 7 (7q31)Mutation: deletion of 3 bp at codon 508 accounts for 70 % of mutations

Huntington disease:Inheritance: autosomal dominantLocation: chromosome 4 (4p16.3)Mutation: cytosine/adenine/guanine repeats >35 times

Genomics 64/01

Polygenic diseases: Schizophrenia

Gene Locus Population Replication

NRG1 Neuregulin 8p12-p21 Icelandic Yes

Yes

G72 (?) 13q34 French Canadian, Russian

Yes, withinstudy

DAAO D-aminoacidoxidase

12q24 French Canadian No

RGS4 Regulator of G-protein signaling 4

1q21-22 USA x 2, Indian Yes

COMT Catechol-0-methyl-transferase

22q11 USA, Israel, Chinese

Yes

PRODH Prolinedehydrogenase

22q11 USA Failed

DTNBP1 Dysbindin 6p22 Irish

Lancet 361:417 ( 2003 )

DIVERSITY OF THE HUMAN GENOME

The DNA of modern humans contains a record of travels and encounters of our ancestors.

The genotypes of people living today are the result of:

• Ancient human migrations• The continuous appearance of new mutations• Selection by climate and infection for genetic alleles that

conferred a survival advantage• Mating patterns determined by cultural norms.

U. Meyer, SBD meeting, Lipica, September 2005

VRSTE GENETSKIH OBOLENJ:

-Kromosomske nepravilnosti

-Monogenska obolenja

-Poligenska (večfaktorska) obolenja

-Okvare somatskih (tkivnih celic)

· zaostalost v rasti in duševnem razvoju, druge patološkespremembe. 15% splavov, 50% neuspešnih oploditev

· se dedujejo po Mendlovih zakonihpoznanih več kot 10 000 obolenj

· mnogo kroničnih obolenj z dobro opisanimi fenotipi vendar brez dokončno poznane povezave z genotipom (Diabetes mellitus, hipertenzije, bolezni srca in ožilja, shizofrenija, ipd.)

•· različne vrste raka

Približno 3% rojenih otrok ima signifikantne genetske okvare, ko vodijo v bolezen in/ali zgodno smrt.

Genetska komponenta in smrtnost otrok v UK:

Genetska komponenta in smrtnost otrok v UKVZROK SMRTI Newcastle (%) London (%)

kromosmska abnormalnost 2,5 12,0monogenska okvara 8,5poligenske okvare 31,0 25,5

negenetsko-neznano 58,0 62,5

SKUPAJ smrti 1041 200

IZRAŽANJE GLAVNIH VRST GENETSKIH OBOLENJ GLEDE NA STAROST

Starejša kot je oocita, bolj verjetno bo prišlo do napake v razporeditvi kromosomov med mejozo, verjetno zaradi okvar

v delitvenem vretenu.

Science 296, 2164-2166, 2002

Kromosomske nepravilnosti

Pravilna mejozaPari homolognih kromosomov se

enakomerno razporedijo po gametah

Nepravilna mejozaPari homolognih kromosomov se

ne razporedijo enakomerno - aneuploidija

Science 296, 2164-2166, 2002

Primer trisomije kromosoma 18 – Edwards-ov sindrom

Science 296, 2164-2166, 2002

Trisomija kromosoma 21 – Downov sindrom

Kromosomske nepravilnosti – izmenjava dednine

MENDLOVO DEDOVANJE

Kromosomska teorija dednosti v skladu z Mendlovimi spoznanji

MONOGENSKA OBOLENJA

-okvara v enem samem genu povzroči bolezenski

-se dedujejo po Mendlovih zakonih

fenotip (en lokus je hkrati nujen in zadosten)

Mendlovi zakoni:

1. Zakon uniformnosti (enakosti).

2. Zakon segregacije (izločitve), (1865 – geni se ločijo med mejozo in se prenesejo v naslednjo generacijo kot neodvisne enote)

3. Zakon neodvisnega razvrščanja.

1. Zakon uniformnosti (enakosti). Če križamo dvahomozigota, ki imata različne alele, potem so vsi potomcigeneracije F1 enaki in heterozigotni. To pomeni, da se lastnosti ne križajo in da se lahko določena lastnost spetpojavi v eni prihodnjih generacij.

2. Zakon segregacije (izločitve). Vsak individuumvsebuje dva gena za določeno lastnost, vendar se ob pravilni mejozi le eden od njiju prenese v naslednjogeneracijo.

3. Zakon neodvisnega razvrščanja. Predstavnikirazličnih genskih parov segregirajo (se razporedijo) k potomcem neodvisno drug od drugega. Ta zakon ne držipopolnoma, saj se fizično bližnji geni dedujejo skupaj

Zakon uniformnosti Zakon segregacije

GENOTIP - genetska sestava posameznika

FENOTIP - opazovano izražanje določenega gena (genov), posledicagenotipa in vpliva okolja

GENETSKI LOKUS - pozicija (lokacija, gen) na kromosomu.

ALEL - alternativna oblika gena (zaporedja DNA) na določenemgenetskem lokusu.

POLIMORFIZEM – obstoj najmanj dveh relativno pogostih alelov na enem genetskem lokusu.

HOMOZIGOT - ima dva enaka alela na določenem genetskem lokusu.

HETEROZIGOT - ima različna alela na določenem genetskem lokusu.

SESTAVLJENI HETEROZIGOT: heterogenost mutacij na bolezenskem lokusu (večina oseb z avtosomnimi recesivnimi obolenji so sestavljeni heterozigoti, razen če so starši v sorodu).

POJMI ZA RAZUMEVANJE MENDLOVE GENETIKE

Primer sestavljenega heterozigota – beta talasemija

PREDVIDEVANJE TVEGANJA ZA POJAVNOST GENETSKEGA OBOLENJA

Verjetnost = relativna frekvenca: število dogodkov z določenim izidom v

p = število pričakovanih dogodkov / število vseh dogodkov (0 < p <1)

Seštevanje verjetnosti – kadar se dogodki izključujejo p(rojstvo dečka) = 0.51 p(rojstvo deklice) = 0.49

∑ = 1

Osnovna prvila verjetnostnega računa omogočajo razumevanje in predvidevanje genetskih tveganj. Pravilo seštevanja – zgodi se en ali drugi dogodek. Prvilo množenja – dogodka se zgodita hkrati.

Množenje verjetnosti – kadar gre za neodvisne dogodke

p(krvna sk. A) = 0.43 p(rojstvo dečka) = 0.51 p(krvna sk. B) = 0.34 p(rojstvo deklice) = 0.49

p(deček s krvno sk. A) = 0.51 x 0.43 = 0.22

VSI DOGODKI, VEZANI NA SPOL, NISO NEODVISNI !

p(barva slepota) = 0.08 p(rojstvo dečka) = 0.51 p(rojstvo deklice) = 0.49

Ali lahko izračunamo verjetnost, da bo rojena deklica barvno slepa?

DEDOVANJE PO MENDLOVIH ZAKONIH:

dominantno ali recesivno

avtosomno ali vezano na spolne kromosome(X ali Y-vezano)

• avtosomno recesivno

• avtosomno dominantno

• X-vezano dominantno

• X-vezano recesivno

• Y-vezano

.

moški

ženska

neprizadet

prizadet

prenašalec

krvno sorodstvostaršev

dvojčka

mrtevspolneznan

.

Simboli v rodovnikih

Generacije označimo z rimskimi številkami, posameznikeznotraj generacije (od leve proti desni) z arabskimi številkami(npr. III-5, III5)

predstavnik družine, kjer je bila genetska bolezen prepoznana(proband, propositus, proposita)

Avtosomno dominantno dedovanjeBolezen se izraža v heterozigotnem stanju

normaleni alel (A), okvarjeni alel (a)

prizadeti roditelj Aa

GAMETE a A

neprizadeti roditelj AA

A Aa (prizadet)

AA (normalen)

A Aa (prizadet)

AA (normalen)

PUNETT-OV KVADRAT avtosomnega dominantnega obolenja. Verjetnost, da bo potomec prizadet je 50%.

Kakšna je verjetnost, da bodo trije potomci oboleli za avtosomnim dominantnim obolenjem?

p= (1/2) x (1/2) x (1/2) =

p = 1/8

Avtosomna dominantna bolezen se izraža čez več generacij družine.

Primeri: porphyria variegata, polidaktilija, družinska hiperholesterolemija, dedni rak debelega črevesa, policistična bolezen ledvic, Huntingtonova bolezen, etc.

Avtosomna dominantna bolezen porphyria variegataizhaja iz južne Afrike iz enega para v 17. Stoletju.

Je metabolično obolenje, kožni vodeni mehurji, občutljivost na svetlobo,prisotnot porfirinov v urinu, ki se obarva temno rumeno

• prizadeti so moški in ženske v enakem obsegu

• bolezen se prenaša iz generacije v generacijo (oboleli imavsaj enega obolelega prednika)

• opažene so vse oblike prenašanja med spoloma ženska nažensko, ženska na moškega, moški na moškega in moškina žensko.

• verjetnost, da bo potomec prizadet, je 50%.

Lastnosti avtosomnega dominanega dedovanja

Avtosomno recesivno dedovanjeBolezen se izraža v homozigotnem stanju

normaleni alel (A), okvarjeni alel (a)

heterozigotni

neprizadeti roditelj Aa

GAMETE A a

heterozigotni neprizadeti roditelj Aa A AA

(normalen)

Aa

(neprizadet)

a Aa

(neprizadet)

aa

(prizadet)

PUNETT-OV KVADRAT avtosomnega recesivnega obolenja. Verjetnost, da bo potomec prizadet je 25%.

Avtosomna recesivna bolezen se izrazi pogosteje, če so starši v krvnem sorodstvu.

Primeri: alkaptonurija (redka), cistična fibroza (najpogostejša v zah. Evropi),Tay-Sachs-ova bolezen (gangliozidoza, askenaški Židi), anemija srpastih celic (Afro-Američani)

• prizadeti so moški in ženske v enakem obsegu

• bolezen običajno prizadene družinske člane znotraj enegeneracije (bratje in sestre) in se ne izraža prej in kasneje(oboleli se rodijo navidezno zdravim staršem, ki so prikritiprenašalci bolezni)

• krvno sorodstvo staršev je dodatna indikacija zaavtosomno recesivno obolene potomcev

• verjetnost, da bo potomec prizadet je 25%.

Lastnosti avtosomnega recesivnega dedovanja

a

a

aaaffected

aaaffected

a

Navidezna dominantnost –

kadar ima oboleli homozigot potomce s heterozigotom istega obolenja – verjetnost 50%!

Težave pri razpoznavanju osnovnega vzorca dedovanja-previdnost pri opisovanju dominantnosti oz. recesivnosti

-pleiotropija

-variabilno izražanje

-zmanjšana penetranca ali ne-penetranca

-nove mutacije

- genetska heterogenost ali heterogenost lokusa

- sestavljena heterozigotnost ali alelna heterogenost

- vpliv spola

PLEIOTROPIJA - Pojav, da en gen vpiva na več vidikov fiziologije ali anatomije.

Pleiotropski učinek genov na fenotip je običajen.

Primeri: tuberus sclerosis (AD) – vpliv na pomnenje, epilepsija, obrazni spuščaji (adenoma sabecum).

Marfanov sindrom (AD) – vpliv na okularni sistem, mišice in krvožilje.

adenoma sabecum

VARIABILNO IZRAŽANJE – vpliv drugih genetskih in okoljskih dejavnikov – individualne razlike

Nevrofibromatoza , avtosomno dominantno obolenje –okvarjen nevrofibromin, vključen v ras signalno pot.

Večina ljudi le kožne znake, nekateri epilepsijo, skoliozo in tumorje CNS.

ZMANJŠANA PENETRANCAPenetranca - fenomen “vsega ali nič” – kljub okvarjenemu genu se bolezenski fenotip lahko ne pojavi.

Zmanjšana penetranca je lahko posledica nezmožnost prepoznavanja bolezenskega fenotipa.

Na zmanjšano penetranco lahko vpliva časovno različna pojavnost bolezni (50% pacientov s Hungtingtonovo boleznijo zboli pri starosti 35 let)

NOVE MUTACIJE

Nove dominantne mutacije so lahko povezane s starostjo očeta – veliko število mitotskih delitev moških gamet!

mitoza

GENOTIP FENOTIP GAMETE

A1A1 A1 A1

A2A2 A2 A2

BB B B

OO O O

A1A2 A1 A1 ali A2

A1B A1B A1 ali B

A1O A1 A1 ali O

A2B A2B A2 ali B

A2O A2 A2 ali O

BO B B ali O

Vključenost multiplih alelov

Možni genotipi, fenotipi in gamete ABO lokusa.

A1- dominanten,

0-recesiven,

B-dominanten proti 0, enakovreden A1, enakovredenA2;

A2-dominanten proti 0, enakovreden B, recesivenproti A1

Posebni primeri: Mikro-kimerizem

Science 296, 2169-2172, 2002

Zeleno obarvani kromosom Y, najverjetneje sinov, je bil najden

pri biopsiji kože matere,obolele za sistemsko sklerozo

Zeleno obarvani kromosom Y, najden pri biopsiji jeter matere

1. celice fetusa lahko preživijo v materi desetletja

Science 296, 2169-2172, 2002

Mikro-kimerizem

Deček z juvenilnim dermatomiozitisom ima belo krvničko z dvema kromosomoma X

Y

2. celice matere se lahko prenesejo v fetus

X-vezano recesivno dedovanje

PUNETT-OV KVADRAT X-vezanega genetskega obolenja, kjerimata potomce genetsko normalna ženska in z X-vezanimrecesivnim genetskim obolenjem prizadeti moški.Hčerke so obligatorne prenašalke, sinovi pa zdravi.

prizadeti moški XmY

GAMETE Xm Y

neprizadeta ženska XX X XXm

(hčerka prenašalka)

XY

(normalen sin)

X XXm

(hčerka prenašalka)

XY

(normalen sin)

PUNETT-OV KVADRAT X-vezanega genetskega obolenja, ker imatapotomce ženska-prenašalka in genetsko normalen moški.

Verjetnost za zdravega sina je 50%, prav tako je 50% verjetnosti, dahčerka ni prenašalka.

Ženska prenašalka XmX

GAMETE Xm X

normalen moški XY X XmX (hčerka prenašalka)

XX (zdrava hčerka)

Y XmY (oboleli sin)

XY (normalen sin)

X-vezano recesivno dedovanje

Družinsko drevo X-vezanega genetskega obolenja, kjer prizadeti moškiohranijo sposobnost reprodukcije.

Primer je hemofilija.

Družinsko drevo X-vezanega genetskega obolenja, kjerprizadeti moški praviloma ne preživijo do časa spolne zrelosti.

Primer je Duchenova mišična distrofija.

Duschenova mišična distrofija

Lahko zbolijo tudi ženske!

Duschenova mišična distrofija

Duschenova mišična distrofija

Hemofilija

• prizadeti so v glavnem moški

• bolezen se prenaša preko neprizadetih mater-prenašalk na moške potomce; prizadeti moški, ki preživijo do dobespolne zrelosti, imajo lahko prizadete moške vnuke, prekosvojih hčera - obligatornih prenašalk

• prizadeti moški bolezni ne morejo prenesti na svoje sinove.

Lastnosti X-vezanega recesivnega dedovanja (1)

X-vezano dominantno dedovanje

Sinovi in hčere prizadete matere imajo 50% verjetnost, da bodo prizadeti.

obolela ženska XmX

GAMETE Xm X

zdrav moški XY

X XmX

(obolela hčerka)

XX

(zdrava hčerka)

Y XmY

(oboleli sin)

XY

(zdrav si n)

Ženska prenašalka XmX

GAMETE Xm X

normalen moški XY X XmX (hčerka

prenašalka)

XX (zdrava hčerka)

Y XmY (oboleli sin)

XY (normalen sin)

X-vezano recesivno dedovanje

X-vezano dominantno dedovanje

Prizadeti moški prenese bolezen na vse obligatorno prenašalne hčerke, medtem ko so vsi sinovi zdravi.

GAMETE X X

obolel moški XmY

Xm XmX

(obolela hčerka)

Xm X

(obolela hčerka)

Y XY

(zdrav sin)

XY

(zdrav sin)

zdrava ženska XX

X-vezano dominantno dedovanje

Primer: Na vitamin D neobčutljivi rahitis

• prizadeti so moški in ženske, ženske v večjem obsegu

• ženske imajo običajno blažji fenotip bolezni

• ženske lahko prenesejo bolezen na ženske in moškepotomce, medtem ko moški prenašajo bolezen le na hčere.

X-vezano dominantno dedovanje

Delno spolno vezano dedovanje Gre za okvare genov na tistem delu kromosoma X, ki jehomologen delu kromosoma Y. Bolezni so v nekaterihdružinah X-vezane, v drugih družinah Y-vezane, ali pa je vzorec spolnega dedovanja popolnoma zabrisan.

Y-vezano dominantno dedovanjemanj kot 20 obolenj

NE-MENDLOVO DEDOVANJE

-Mozaicizem

-Pričakovanje

-Disomije

-Imprinting in drugi epigenetski pojavi

Mozaicizm – prisotnost (v tkivu ali organizmu) dveh ali več celičnih linij, ki izhajajo iz iste zigote a imajo drugačen genotip.

Somatski mozaicizem – izraženost le v določenih tkivih

Gonadni mozaicizem – otroci z X-recesivno boleznijo se rodijo “zdravim” staršem –mozaicizem gamet

Posebno primeri: Mikro-kimerizem

Science 296, 2169-2172, 2002

Zeleno obarvani kromosom Y, najverjetneje sinov, je bil najden

pri biopsiji kože matere,obolele za sistemsko sklerozo

Zeleno obarvani kromosom Y, najden pri biopsiji jeter matere

1. celice fetusa lahko preživijo v materi desetletja

Science 296, 2169-2172, 2002

Mikro-kimerizem

Deček z juvenilnim dermatomiozitisom ima belo krvničko z dvema kromosomoma X

Y

2. celice matere se lahko prenesejo v fetus

Pri avtosomnih dominantnih obolenjih se pri potomcih

bolezenski znaki pojavijo prej kot pri obolelih starših in

fenotip je hujši. Vzrok je širitev nestabilnih kratkih ponovljivih

zaporedij (CTG na 3’-neprevedenem koncu gena za

miotonično distrofijo med maternalno mejozo; CAG na 5’-

neprevedenem koncu gena Huntingtonove bolezni med

paternalno mejozo).

Pričakovanje

Pričakovanje

Hungtingtonova bolezen

širitev nestabilnih kratkihponovljivih zaporedij CTG na 3’-neprevedenem koncu gena zamiotonično distrofijo med maternalno mejozo

PričakovanjeMiotonična distrofija

• Enostarševska disomija - dva enaka homologa enega starša, tretjina trisomij.

Primeri: oče s hemofilijo, ki jo je prenesel na sina, otrokz recesivno avtosomno cistično fibrozo, ki jo jepodedoval od matere-prenašalke in z očetovstvomdokazanega zdravega očeta)

Enostarševska heterodisomija (dva različna homologaenega od staršev zaradi napake v mejozi I)

Disomije

Disomije

disomija - dva enaka homologa enega

starša.

heterodisomija – dvarazlična homologa enega

starša.

Genomski imprinting.

Prader Willi-jev sindrom: 15% obolelih ima mikrodelecije, ki se dogajajo vedno na paternalnem kromosomu. Preostalih 25% pacientov, ima materalno enostarševsko disomijo.

Angelmanov sindrom: 70% prizadetih kaže notranje delecije iste regijekromosoma 15 kot pri Prader-Willi-jevem sindromu, le da so tukajpodedovani izključno po materini strani. V 2% primerih Agelmanovegasindroma je prišlo do enostarševske disomije regije kromosoma 15 poočetovi strani.

V odvisnosti od tega, ali je prišlo do translokacije z materinega ali z očetovega kromosoma, se pri potomcih pojavi

Prader-Willi-jev ali Angelmanov sindrom.

Prader Willi-jev sindrom: Angelmanov sindrom:

Mitohondrijsko dedovanje (maternalna dednost).

Mitohondrijska DNA istega osebka je praviloma enaka (homoplazmija), če pa pride do mutacije mitohondrijske DNA ima isti osebek lahko dverazlični populaciji mitohondrijske DNA (heteroplazmija).

Delež okvarjene mitohondrijske DNA je verjetno odgovoren za različnoizražene fenotipe oseb, prizadetih z mitohondrijsko dedovanimiboleznimi.

Mitohondrijsko dedovanje

DNA AS THE BASIS OF INHERITANCE

2006

RNA-mediated non-mendelian inheritance of an epigenetic change in the mouse.

Nature. 2006 May 25;441(7092):469-74.

Epigenetics is the study of epigenetic inheritance, a set of reversible heritable changes in gene function or other cell phenotype that occur without a change in DNA sequence (genotype).

Recently, there has been increasing interest in the idea that some forms of epigenetic inheritance may be maintained even through the production of germ cells (meiosis), and therefore may endure from one generation to the next in multicellular organisms.

Specific epigenetic processes of interest include paramutation, bookmarking, imprinting , gene silencing, X chromosome inactivation, position effect, reprogramming, transvection, maternal effects (paternal effects are rare, since much less non-genomic material is transmitted by sperm), epigenetic carcinogens, many effects of teratogens, regulation of histone modifications and heterochromatin, and technical limitations affecting cloning.

Paramutation, in epigenetics, is an interaction between two alleles of a single locus, resulting in a heritable change of one allele that is induced by the other allele.

Paramutation violates Mendel’s first law, which states that in the process of the formation of the gametes (egg or sperm) the allelic pairs separate, one going to each gamete, and that each gene remains completely uninfluenced by the other.

In paramutation an allele in one generation heritably affects the other allele in future generations, even if the allele causing the change is itself not transmitted.

What may be transmitted in such a case are RNA's such as siRNAs, miRNAs or other regulatory RNAs. These are packaged in egg or sperm and cause paramutation upon transmission to the next generation. This means that RNA is a molecule of inheritance, just like DNA.

RNA-mediated non-mendelian inheritance of an epigenetic change in the mouse.

Rassoulzadegan M, Grandjean V, Gounon P, Vincent S, Gillot I, Cuzin F. Inserm, U636, F-06108 Nice, France. minoo@unice.fr

Paramutation is a heritable epigenetic modification induced in plants by cross-talk between allelic loci. Here we report a similar modification of the mouse Kit gene in the progeny of heterozygotes with the null mutant Kit(tm1Alf) (a lacZ insertion).

In spite of a homozygous wild-type genotype, their offspring maintain, to a variable extent, the white spots characteristic of Kit mutant animals.

Efficiently inherited from either male or female parents, the modified phenotype results from a decrease in Kit messenger RNA levels with the accumulation of non-polyadenylated RNA molecules of abnormal sizes.

Sustained transcriptional activity at the postmeiotic stages--at which time the gene is normally silent--leads to the accumulation of RNA in spermatozoa.

Microinjection into fertilized eggs either of total RNA from Kit(tm1Alf/+) heterozygotes or of Kit-specific microRNAs induced a heritable white tail phenotype.

Our results identify an unexpected mode of epigenetic inheritance associated with the zygotic transfer of RNA molecules.