単一対立遺伝子発現

モノアレル遺伝子発現（MAE）は、2つの遺伝子コピー（対立遺伝子）のうち1つだけが活発に発現（転写）され、もう一方はサイレントである遺伝子発現の現象である。^{[1] [2] [3]}二倍体生物は各染色体の相同コピーを2つ（両親から1つずつ）持ち、遺伝子は両方の染色体から発現する場合（二対立遺伝子発現）、または1つの染色体のみから発現する場合（モノアレル発現）。^[4] MAEはランダムモノアレル発現（RME）または構成的モノアレル発現（構成的）である可能性がある。構成的モノアレル発現は、ゲノムインプリンティングの結果として、生物全体または組織全体で同じ特定の対立遺伝子から発生する。^{[5] RMEはモノアレル発現のより広いクラスであり、}体細胞におけるランダムな対立遺伝子選択によって定義され、多細胞生物の異なる細胞が異なる対立遺伝子を発現する。

X染色体不活性化（XCI）は、RMEの最も顕著でよく研究されている例です。XCIは、雌細胞内のX染色体の1つの転写サイレンシングにつながり、その結果、もう一方の活性X染色体にある遺伝子が発現します。XCIは、雌の哺乳類における遺伝子発現のバランスにとって重要です。個々の細胞によるXCIの対立遺伝子選択は、着床前胚の上胚葉でランダムに起こり、 ^[6]雌組織における父方および母方のX染色体のモザイク遺伝子発現につながります 。 ^{[7] [8]} XCIは染色体全体の単一対立遺伝子発現であり、X染色体にあるすべての遺伝子の発現を含み、ゲノム全体に散在する単一の遺伝子に関連する常染色体RME（aRME）とは対照的です。 aRMEは、対立遺伝子特異的発現が有糸分裂細胞分裂後の娘細胞で保存されるかどうかに応じて、固定^[9]または動的になる可能性がある。

固定 aRMEは、以前に二対立遺伝子発現していた 1 つの対立遺伝子をサイレンシングするか、以前にサイレントであった遺伝子の単一対立遺伝子を活性化することによって確立されます。サイレント対立遺伝子の発現活性化は、2 番目の対立遺伝子の発現を防ぐフィードバック メカニズムと連動しています。低確率開始の限られた時間枠により、単一対立遺伝子発現の細胞が高頻度に発生する可能性がある別のシナリオも考えられます。すべての遺伝子の 2 ^{[10] [11]} -10 ^[12] % が固定 aRME であると推定されています。固定 aRME の研究では、モノクローナル培養の拡大、または有糸分裂中の in vivo または in vitro 細胞で系統を追跡する必要があります。

動的 aRME は、確率的アレル発現の結果として発生します。転写はバーストで発生し、その結果、各アレルからRNA分子が別々に合成されます。そのため、時間の経過とともに、両方のアレルが転写を開始する可能性があります。転写バーストはアレル的に確率的であり、細胞内に母系または父系のアレルが蓄積されます。遺伝子転写バーストの頻度と強度は、RNA 分解速度と組み合わさって、観察時の RNA 分布の形状を形成し、遺伝子が二アレルか一アレルかを決定します。固定 aRME と動的 aRME を区別する研究では、クローン関連細胞の単一細胞分析が必要です。^[13]

対立遺伝子排除は、一方の対立遺伝子が発現し、もう一方の対立遺伝子が発現しない遺伝子発現プロセスである。最も研究されている対立遺伝子排除の2つの事例は、 B細胞とT細胞における免疫グロブリンの単一対立遺伝子発現^{[14] [15] [16]}と、感覚ニューロンにおける嗅覚受容体^[17]である。対立遺伝子排除は細胞型特異的であり（生物全体のXCIとは対照的）、細胞間の多様性を高め、特定の抗原や匂いに対する特異性を高める。

対立遺伝子偏向発現は、一方の対立遺伝子の発現レベルが他方の対立遺伝子よりも偏っているが、両方の対立遺伝子が依然として発現している（対立遺伝子排除とは対照的）。この現象は免疫機能細胞でよく観察される^{[18] [19]}

MAE 検出の方法は、発現した mRNA の配列またはタンパク質構造によって区別できる対立遺伝子間の差異に基づいています。MAE 検出の方法は、単一遺伝子または全ゲノム MAE 分析に分けられます。全ゲノム MAE 分析は、まだタンパク質構造に基づいて実行できないため、これらは完全にNGSベースの技術です。

単一遺伝子解析

ゲノムワイド解析

• シンガー・サム、ジュディス（2010）。「モノアレリック発現」。ネイチャー・エデュケーション。3 （3）：1 。