Pleiotropia

Pleiotropia jest zjawiskiem genetycznym, w którym pojedynczy gen wpływa na wiele właściwości, jak występuje w zespole kości słoniowej, chorobę, która wpływa na tkankę łączną, serce, oczy, kości i naczynia krwionośne

Co to jest Pleiotropia?

Pleiotropia Jest to zjawisko genetyczne, w którym pojedynczy gen wpływa w indywidualnej manifestacji fenotypowej innych różnych i niezwiązanych postaci.

Etymologicznie Pleiotropia oznacza „więcej zmian” lub „wielu efektów”: to znaczy więcej efektów niż oczekiwano przez ekspresję pojedynczego genu. Jest również znany jako polifeny (wiele fenotypów), ale jest to mało używany termin.

Przykładami plejotropii są albinizm u zwierząt, talasymia, rodzaj niedokrwistości komórkowej lub zespół kości słoniowej, zaburzenie genetyczne wytwarzane przez gen.

Jednym z zjawisk dziedziczenia, które bardziej pomyliło genetyków na początku tej nauki, była mutacje, które wpłynęły na więcej niż jedną postać.

Początkowo uważano, że każda postać była kontrolowana przez pojedynczy gen. Następnie zdaliśmy sobie sprawę, że przejaw postaci może wymagać udziału więcej niż jednego genu.

Najbardziej zaskakującą rzeczą jest jednak to, że pojedynczy gen może wpływać na manifestację więcej niż odziedziczoną funkcję, co w istocie definiuje pleiotropię.

Ogólnie rzecz biorąc, gdy wykazuje się plejotropię, bardziej właściwe jest stwierdzenie, że odpowiedzialny gen Ma efekty Plejotropiki, do których gen Jest Pleiotropowy.

Chociaż nie wszyscy szanują tę konwencję, ważne jest, aby podkreślić, że gen z efektem plejotropowym koduje dla konkretnej funkcji, a nie dla pleiotropii jako taki.

W przeciwnym razie „normalność” byłaby niczym więcej niż efektem manifestacji plejotropowej działania dzikiego allelu konkretnego genu na innych. Jest to jednak genetycznie błędne.

Historia

Termin Pleiotropia Po raz pierwszy został użyty przez niemiecki genetyk o imieniu Ludwig Plate w 1910 roku. Płyta użyła terminu, aby wyjaśnić wygląd kilku różnych cech fenotypowych, które zawsze występują razem i mogą wydawać się skorelowane. Według niego zjawisko to, kiedy się pojawia, wynika z plejotropowego oddziału dziedzictwa.

Kolejny niemiecki, Hans Gruneberg, podzielił plejotropię na „prawdziwy” i „spuria”. Pierwszy charakteryzował się pojawieniem dwóch podstawowych produktów innych niż jedno miejsce.

Drugi, według tego autora, odniósł się do jednego produktu podstawowego, który był używany na różne sposoby. Dziś znaczenie prawdziwej plejotropii Gruneberga zostało odrzucone, podczas gdy fałszywa plejotropia jest uważana za po prostu za pleiotropię.

Kolejny podział koncepcji Pleiotropii został wykonany przez Ernst Hadorn, który powiedział, że istnieją dwa rodzaje pleiotropii: mozaika i relacyjne. Pierwszy występuje, gdy gen koduje informacje, które wpływają na dwie różne cechy fenotypowe.

Z drugiej strony relacyjna pleiotropia występuje, gdy gen określa początek różnych powiązanych zdarzeń, co wpłynie na wiele niezależnych cech.

Z drugiej strony Kacser i Burns wskazali, że każda zmienność w dowolnej części genomu wpływa na wszystkie cechy w różnych stopniach, bezpośrednio lub pośrednio. Pomysł ten jest znany jako uniwersalna pleiotropia.

Przykłady genów z efektami plejotropowymi

Pleiotropia, będąc zjawiskiem opisującym niektóre konsekwencje interakcji między produktami genowymi, jest uniwersalna.

Może ci służyć: widelec do replikacji

Wirusy, a także wszystkie organizmy komórkowe, mają geny, których produkty są ważne dla manifestacji innych postaci. Te geny, których dzikie i zmutowane allele mają działanie plejotropowe, mają inny charakter.

Gen szczątki w Drosophila

W Drosophila (The Fruit Fly), gen szczątki określa poziom rozwoju skrzydeł. Kiedy ten gen zostanie odziedziczony po obojga rodziców, potomek zaprezentuje skrzydła szczątkowe i nie może latać.

Jednak nie będą to jedyne skutki genu szczątkowego. Ten gen jest pleiotropowy, a jego obecność prowadzi również do zmniejszenia liczby jajników w muchach. Modyfikuje również liczbę i usuwanie macior w klatce piersiowej i skraca czas życia.

Pygmentacja i głuchota u kotów

Gen, który koduje informacje o pigmentacji u kotów, to gen plejotropowy. Z tego powodu dość wysoki odsetek kotów o białych futrzach i niebieskich oczach jest również głuchy.

Nawet białe koty, które mają niebieskie i żółte oko, są głuche tylko od ucha, które jest po tej samej stronie, co niebieskie oko.

Pleiotropia u kotów. Biały kot z heterochromią. Źródło: Wikimedia Commons.

Smażone kurczaki z piór

U kurcząt dominujący gen wytwarza efekt kręconych piór. Ten gen wykazał, że ma to efekt plejotropowy, ponieważ objawia inne skutki fenotypowe: zwiększone temperaturę metaboliczne, zwiększoną temperaturę ciała, większe spożycie pokarmu.

Dodatkowo kurczaki z tym genem opóźniają dojrzałość płciową i spadek płodności.

W ludziach

zespół Marfana

Wśród objawów tego zespołu są: niezwykle wysoki rozmiar ciała, postępujące zaburzenia serca, zwichnięcie oka krystalicznego, zaburzenia płucne.

Wszystkie te objawy są bezpośrednio związane z mutacją pojedynczego genu. Ten gen, zwany FBN1, jest plejotropowy, ponieważ jego funkcją jest kodowanie glikoproteiny stosowanej w tkankach łącznych z różnych części ciała.

Zespół Holta-Om

Pacjenci w tym zespole mają anomalię w kościach carpy i innych kościach poprzednich kończyn. Dodatkowo, około 3 na 4 pacjentów z tym zespołem ma problemy z sercem.

Zespół Nijmegen

Charakteryzuje się, że ci, którzy z niego cierpią, mają mikrogofalę, niedobór odporności, rozwój i zaburzenia skłonności do raka limfatycznego i białaczki.

Fenylocetonuria

Dobrze znanym przypadkiem efektu plejotropowego jest ten spowodowany przez zmutowane allele odpowiedzialne za fenylocetonurię.

Fenylocetonuria, choroba o charakterze metabolicznym, jest spowodowana mutacją pojedynczego genu, który koduje enzym hydroksylazę fenyloalaniny. Nieaktywny zmutowany enzym nie jest w stanie rozłożyć aminokwasowego fenyloalaniny. Zgromadzenie tego organizm jest odurzony.

Dlatego efekt zaobserwowany u nosicieli dwóch kopii zmutowanego genu jest wielokrotny (plejotropowy).

Przyczyną choroby lub zespołu jest brak aktywności metabolicznej, która powoduje erupcje skórne, zaburzenia neurologiczne, mikroghalię, jasną skórę i niebieskie oczy (z powodu braku wytwarzania melaniny) itp., Na różne sposoby.

Może ci służyć: dominujący allel: Charakterystyka i przykłady

Żaden z genów uczestniczących w zmienionej demonstracji tych innych postaci nie jest koniecznie zmutowany.

Inne szlaki metaboliczne

Bardzo powszechne jest, w którym kilka enzymów udostępnia lub używa tego samego kofaktora do aktywności. Ten kofaktor jest końcowym produktem wspólnego działania kilku innych białek, które uczestniczą w tej trasie biosyntetycznej.

Jeśli mutacja jest generowana w którymkolwiek z genów kodujących białka tej ścieżki, kofaktor nie wystąpi.

Mutacje te będą miały działanie plejotropowe, ponieważ żadne z białek, które zależą od kofaktora, który jest aktywny, może być, chociaż ich własne geny są idealnie funkcjonalne.

Molibden

Na przykład w prokariotach i eukariotach molibden jest niezbędny do funkcjonowania niektórych enzymów.

Molibden, biologicznie przydatne, musi być złożone dla innej cząsteczki organicznej, produkt działania kilku enzymów w złożonym szlaku metabolicznym.

Po utworzeniu tego samozadowolenia kofaktora z molibdenem będzie go używany przez wszystkie molibdoproteiny do wykonywania własnej funkcji.

Pleiotropowe działanie na mutację, która zapobiega syntezy Moibdocofactora, objawia się nie tylko przy braku tego, ale w utraty aktywności enzymatycznej wszystkich molibdoenzymów poszczególnych nośników mutacji mutacji.

Laminopatie

Jądro jest skomplikowaną siatką wewnątrz jądra, dynamicznie przymocowaną do jego wewnętrznej błony. Lajka jądrowa reguluje architekturę jądra, podział między euchromatyną a heterochromatyną, ekspresja genetyczna, a także replikacja DNA, między innymi.

Arkusz rdzenia jest tworzony przez kilka białek znanych zbiorowo jako lamininy. Ponieważ są to białka strukturalne, z którymi wiele innych oddziałuje, każda mutacja, która wpływa na jej geny, będzie miało działanie plejotropowe.

Pleiotropowe działanie mutacji na geny lamininy będzie objawiane jako choroby zwane laminopatie.

Oznacza to, że laminopatia jest manifestacją plejotropową w wyniku mutacji w genach laminin. Objawy kliniczne laminopatii obejmują, ale nie ograniczają się do progerii, dystrofii mięśni Emery-Dreifuss i niekończących się innych efektów.

Regulatory transkrypcyjne

Inne geny, których mutacje powodują wiele różnych efektów plejotropowych, to te, które kodują dla regulatorów transkrypcyjnych.

Są to białka, które kontrolują ekspresję genów konkretnie. Są inne, które są ogólnymi regulatorami transkrypcji. W każdym razie brak tych produktów określa, że ​​inne geny nie są wyrażane.

Mutacja, która określa brak lub nieprawidłowe działanie ogólnego lub specyficznego regulatora transkrypcji, będzie miało plejotropowe działanie na organizm, ponieważ żaden gen nie będzie wyrażany pod jego kontrolą.

Pleiotropia i epigenetyka

Odkrycie mechanizmów zmian w ekspresji genetycznej, które nie zależą od zmian w sekwencji nukleotydowej genów (epigenetyka) wzbogaciło naszą wizję pleiotropii.

Może ci służyć: niekompletna dominacja lub półteninencja

Jednym z najbardziej badanych aspektów epigenetyki jest działanie endogennych mikroarnów. Są to produkt transkrypcji genów zwanych Mir.

Transkrypcja genu Mir Powoduje powstanie RNA, który po przetworzeniu działa w cytoplazmie jako mały inaktywujący RNA.

Te ARN nazywane są małymi tłumikami, ponieważ mają możliwość uzupełniającego się do posłańców białych arns. Aby do nich dołączyć, komunikator jest zdegradowany, a postać nie jest wyrażona.

W niektórych przypadkach ta mała cząsteczka może dołączyć więcej niż inny posłaniec, dając oczywiście efekt plejotropowy.

Pleiotropia i starzenie się

Wyjaśnienie naturalnych przyczyn starzenia się może mieć wpływ geny plejotropowych. Zgodnie z hipotezą podniesioną przez G. C. Williams, starzenie się jest konsekwencją tego, co nazwał antagonistyczną plejotropią.

Jeśli istnieją geny, których produkty mają antagonistyczne działanie na różnych etapach życia organizmu, geny te mogą przyczynić się do starzenia się.

Jeśli korzystne efekty przejawiają się przed reprodukcją, a po tym złośliwe efekty, wówczas byłyby one faworyzowane przez dobór naturalny. Ale poza tym selekcja naturalna działałaby przeciwko tym genom.

W ten sposób, jeśli geny są naprawdę plejotropowe, starzenie się byłoby nieuniknione, ponieważ dobór naturalny zawsze działałby na korzyść genów, które faworyzują reprodukcję.

Pleiotropia i specjacja

Specjacja sympatryczna jest rodzajem specjacji, która występuje bez barier geograficznych między populacjami. Ten rodzaj specjacji jest najwyraźniej faworyzowany przez mutacje plejotropowe.

Modele symulacji matematycznej opracowane przez Kondrashova pokazują, że izolacja reprodukcyjna między populacjami sympatrycznymi może wystąpić z powodu pojawienia się ekologicznie ważnych cech ilościowych w selekcji destrukcyjnej.

Te same modele wskazują, że cechy te muszą być powiązane z genami plejotropowymi. Jeśli zmiany są spowodowane kilkoma genami, a nie do plejotropowego, rekombinacja genów podczas rozmnażania zapobiegałaby specjacji. Pleiotropia uniknęłaby zakłócające działanie rekombinacji.

Pleiotropia i adaptacja

Ziemia ciągle się zmienia. Organizmy muszą się ciągle się zmieniać, aby dostosować się do nowych warunków. Zmiany te prowadzą do tego, co jest znane jako ewolucja.

Wielu autorów twierdzi, że ewolucja prowadzi do rosnącej złożoności organizmów. Ta złożoność może być morfologiczna, w której konkretny postać może ewoluować niezależnie od innego w określonych warunkach środowiskowych.

Ponieważ jednak organizmy stają się bardziej złożone, ich zdolność do reagowania na zmiany staje się wolniejsze. Jest to tak zwane „ewolucyjny koszt złożoności”.

Modele matematyczne argumentują, że adaptacje spowodowane zmianami w genach plejotropowych byłyby tańsze ewolucyjnie niż te ze względu na zmiany znaków kodowanych przez poszczególne geny.

Bibliografia

1. Goodenough, u. W. (1984). Genetyka. W. B. Saunders co. SP. Z O.O.
2. Griffiths, a. J. F., Wessler, r., Carroll, s. B., Doebley, J. (2015). Wprowadzenie do analizy genetycznej. 
3. Wolf, ja. (2008). Pleiotropia: jeden gen może przywiązać wiele cech. Edukacja przyrodnicza.