Pleiotropy

Pleiotropy er et genetisk fenomen der et enkelt gen påvirker flere egenskaper, som forekommer i elfenbenssyndrom, en sykdom som påvirker bindevev, hjerte, øyne, bein og blodkar

Hva er pleiotropi?

De Pleiotropy Det er det genetiske fenomenet der et enkelt gen påvirker i et individ, den fenotypiske manifestasjonen av andre forskjellige og ikke -relaterte tegn.

Etymologisk betyr pleiotropia "flere endringer" eller "mange effekter": det vil si mer effekter enn forventet av uttrykket av et enkelt gen. Det er også kjent som polyfeni (mange fenotyper), men det er et lite brukt begrep.

Pleiotropia eksempler er albinisme hos dyr, talasyemi, en type celleanemi eller elfenbenssyndrom, en genetisk lidelse produsert av et gen.

Et av fenomenene i arven som forvirret genetikerne mer i begynnelsen av denne vitenskapen var den av mutasjonene som påvirket mer enn en karakter.

Først ble det antatt at hver karakter ble kontrollert av et enkelt gen. Da innså vi at manifestasjonen av en karakter kan kreve deltakelse av mer enn ett gen.

Det mest overraskende er imidlertid at et enkelt gen kan påvirke manifestasjonen av mer enn et arvelig trekk, noe som i hovedsak er det som definerer pleiotropia.

Generelt sett, når pleiotropi demonstreres, er det mer passende å si at det ansvarlige genet Det har effekter Pleiotropics som genet er Pleiotropisk.

Selv om ikke alle respekterer denne konvensjonen, er det viktig å understreke at genet med pleiotropisk effekt koder for en bestemt funksjon og ikke for pleiotropi per se.

Ellers ville "normalitet" være noe mer enn den pleiotropiske manifestasjonseffekten av virkningen av en vill allel av et bestemt gen på andre. Dette er imidlertid genetisk feilaktig.

Historie

Begrepet Pleiotropy Den ble først brukt av en tysk genetiker ved navn Ludwig -plate i 1910. Plate brukt begrepet for å forklare utseendet til flere forskjellige fenotypiske trekk som alltid oppstår sammen og kan virke korrelert. Ifølge ham skyldes dette fenomenet, når det oppstår, en pleiotropisk arveenhet.

En annen tysk, Hans Gruneberg, delte pleiotropien i "ekte" og "Spuria". Den første var preget av fremveksten av to primære produkter enn ett sted.

Den andre, ifølge denne forfatteren, refererte til et enkelt primærprodukt som ble brukt på forskjellige måter. I dag har betydningen av Gruneberg ekte pleiotropi blitt forkastet, mens falsk pleiotropi bare anses som pleiotropi.

En annen inndeling av Pleiotropy -konseptet ble gjort av Ernst Hadorn, som sa at det var to typer pleiotropi: mosaikk og relasjonell. Det første oppstår når et gen koder for informasjon som påvirker to forskjellige fenotypiske funksjoner.

Relasjonell pleiotropi oppstår derimot når et gen bestemmer begynnelsen på forskjellige relaterte hendelser og som vil påvirke flere uavhengige funksjoner.

Kacser og Burns derimot påpekte at enhver variasjon i noen del av genomet påvirker alle egenskaper i forskjellige grader, enten direkte eller indirekte. Denne ideen er kjent som den universelle pleiotropien.

Eksempler på gener med pleiotropiske effekter

Pleiotropi, å være et fenomen som beskriver noen av konsekvensene av samspillet mellom genprodukter, er universell.

Kan tjene deg: replikeringsgaffel

Virus, så vel som alle cellulære organismer, har gener hvis produkter er viktige for manifestasjonen av andre karakterer. Disse genene, hvis ville og mutante alleler har pleiotropiske effekter, er av en annen karakter.

Det vestigiale genet i Drosophila

I Drosophila (Fruktfluen), bestemmer det vestigiale genet nivået på vingutvikling. Når dette genet er arvet fra begge foreldrene, vil etterkommerfluen presentere vestigiale vinger og kan ikke fly.

Dette vil imidlertid ikke være de eneste effektene av det vestigiale genet. Dette genet er pleiotropisk, og dets tilstedeværelse fører også til en reduksjon i antall eggløsninger i fluegodsene. Det endrer også antall og avhending av purker i brystkassen og reduserer levetiden for dette.

Pymentering og døvhet hos katter

Genet som koder for informasjonen om pigmentering hos katter er et pleiotropisk gen. På grunn av dette er en ganske høy prosentandel av katter som har hvit pels og blå øyne, også døve.

Selv hvite katter som har et blått og et gult øye, er bare døve fra øret som er på samme side som det blå øyet.

Pleiotropi hos katter. Hvit katt med heterokromi. Kilde: Wikimedia Commons.

Stekte fjærkyllinger

Hos kyllinger produserer et dominerende gen effekten av krøllete fjær. Dette genet viste at det er av pleiotropisk effekt, ettersom det manifesterer andre fenotypiske effekter: økte metabolske hastigheter, økt kroppstemperatur, større matforbruk.

I tillegg har kyllinger med dette genet forsinkelse i seksuell modenhet og reduksjon i fruktbarhet.

Hos mennesker

Marfan syndrom

Blant symptomene på dette syndromet er: uvanlig høy kroppsstørrelse, progressive hjerteforstyrrelser, dislokasjon av det krystallinske øyet, lungesykdommer.

Alle disse symptomene er direkte relatert til mutasjonen av et enkelt gen. Dette genet, kalt FBN1, er pleiotropisk, siden dets funksjon skal kode et glykoprotein som brukes i bindevev fra forskjellige deler av kroppen.

Holt-Oram syndrom

Pasienter i dette syndromet har anomali i karpete bein og andre bein i de forrige lemmene. I tillegg har omtrent 3 av 4 pasienter med dette syndromet hjerteproblemer.

Nijmegen syndrom

Det er karakterisert at de som lider av det har mikrocefali, immunsvikt, utvikling og tilbøyelighetsforstyrrelser for lymfekreft og leukemi.

Fenylcetonuria

Et kjent tilfelle av pleiotropisk effekt er den som er forårsaket av mutante alleler som er ansvarlige for fenylcetonuri.

Fenylcetonuri, en sykdom av metabolsk art, skyldes mutasjonen av et enkelt gen som koder for enzymet fenylalaninhydroksylase. Det inaktive mutante enzymet klarer ikke å dekomponere aminosyrefenylalaninet. Ved å samle dette er organismen beruset.

Derfor er effekten observert i bærerne av de to kopiene av det muterte genet multippel (pleiotropisk).

Årsaken til sykdommen, eller syndrom, er mangelen på en metabolsk aktivitet som forårsaker kutane utbrudd, nevrologiske lidelser, mikrocefali, lys hud og blå øyne (på grunn av mangelen på generering av melanin), etc., På forskjellige måter.

Kan tjene deg: dominerende allel: egenskaper og eksempler

Ingen av genene som deltar i den endrede demonstrasjonen av disse andre karakterene, er nødvendigvis mutert.

Andre metabolske veier

Det er veldig vanlig at flere enzymer deler eller bruker samme kofaktor for å være aktiv. Denne kofaktoren er sluttproduktet av felles virkningen av flere andre proteiner som deltar i denne biosyntetiske ruten.

Hvis en mutasjon genereres i noen av genene som koder for proteinene på denne banen, vil ikke kofaktoren skje.

Disse mutasjonene vil ha pleiotropisk effekt, siden ingen av proteinene som er avhengige av kofaktoren for å være aktive, kan være, selv om deres egne gener er perfekt funksjonelle.

Molybden

I både prokaryoter og eukaryoter, for eksempel, er molybden essensielt for funksjonen av visse enzymer.

Molybden, for å være biologisk nyttig, må være sammensatt for et annet organisk molekyl, produkt av virkningen av flere enzymer i en kompleks metabolsk vei.

Når dette selvbevisste kofaktoren med molybden er dannet, vil det bli brukt av alle molybdoproteiner for å utøve sin egen funksjon.

Den pleiotropiske effekten på en mutasjon som forhindrer syntese av moibdocofactor vil bli manifestert ikke bare i fravær av dette, men i tapet av den enzymatiske aktiviteten til alle molybdoenzymene til den individuelle bæreren av mutasjonen.

Laminopatier

Atomarket er et intrikat netting inne i kjernen, dynamisk festet til den indre membranen. Nukleær lamina regulerer arkitekturen til kjernen, partisjonen mellom eukromatin og heterokromatin, genetisk uttrykk, samt replikasjon av DNA, blant annet.

Kjernearket er dannet av få proteiner samlet kjent som lamininer. Siden dette er strukturelle proteiner som et mangfold av mange andre samhandler, vil enhver mutasjon som påvirker genene ha pleiotropiske effekter.

De pleiotropiske effektene av mutasjoner på lamininsgener vil bli manifestert som sykdommer som kalles laminopatier.

Det vil si at en laminopati er den pleiotropiske manifestasjonen som en konsekvens av mutasjoner i lamininsgener. De kliniske manifestasjonene av laminopatiene inkluderer, men er ikke begrenset til, progeria, emery-dreifuss muskeldystrofi og uendelige andre effekter mer.

Transkriptive regulatorer

Andre gener hvis mutasjoner gir opphav til en rekke forskjellige pleiotropiske effekter, er de som koder for transkripsjonsregulatorer.

Dette er proteiner som kontrollerer genuttrykk spesifikt. Det er andre som er generelle regulatorer for transkripsjon. I alle fall bestemmer fraværet av disse produktene at andre gener ikke kommer til uttrykk.

En mutasjon som bestemmer fraværet eller funksjonsfeil i en generell eller spesifikk transkripsjonsregulator vil ha pleiotropiske effekter på kroppen, siden ingen gen vil bli uttrykt under dens kontroll.

Pleiotropi og epigenetikk

Oppdagelsen av endringsmekanismer i genetisk uttrykk som ikke er avhengig av endringer i nukleotidsekvensen av gener (epigenetikk) har beriket vår visjon om pleiotropi.

Det kan tjene deg: ufullstendig dominans eller semi -midtinens

Et av de mest studerte aspektene ved epigenetikk er virkningen av endogene mikroarns. Dette er produktet av transkripsjonen av gener som kalles mir.

Transkripsjonen av et gen mir Det gir opphav til et RNA som, etter å ha blitt behandlet, virker i cytoplasma som et lite inaktiverende RNA.

Disse ARN -ene kalles små lyddempere fordi de har evnen til å være komplementære til hvite arns budbringere. For å bli med dem, blir budbringeren degradert og karakteren er ikke uttrykt.

I noen tilfeller kan dette lille molekylet bli med mer enn en annen messenger, og gir selvfølgelig en pleiotropisk effekt.

Pleiotropi og aldring

Forklaringen på de naturlige årsakene til senescens kan være i effekten av pleiotropiske gener. I henhold til en hypotese reist av G. C. Williams, senescence er en konsekvens av det han kalte antagonistisk pleiotropi.

Hvis det er gener hvis produkter har antagonistiske effekter i forskjellige stadier av en organisme, kan disse genene bidra til aldring.

Hvis de gunstige effektene blir manifestert før reproduksjon og de skadelige effektene etter dette, ville de bli foretrukket av naturlig utvalg. Men ellers ville naturlig seleksjon handle mot disse genene.

På denne måten, hvis gener virkelig er pleiotropisk, vil senescence være uunngåelig, fordi naturlig seleksjon alltid vil fungere til fordel for gener som favoriserer reproduksjon.

Pleiotropi og spesiasjon

Den sympatriske spesifikasjonen er en type spesiasjon som oppstår uten geografiske barrierer mellom populasjoner. Denne typen spesiasjon er tilsynelatende foretrukket av pleiotropiske mutasjoner.

Matematiske simuleringsmodeller utviklet av Kondrashov viser at reproduktiv isolasjon mellom sympatriske populasjoner kan oppstå på grunn av utseendet til økologisk viktige kvantitative trekk under forstyrrende utvalg.

De samme modellene indikerer at disse egenskapene må være relatert til pleiotropiske gener. Hvis endringene skyldes flere gener, og ikke på en pleiotropisk, ville rekombinasjon av gener under reproduksjon forhindre spesifikasjonen. Pleiotropy ville unngå de forstyrrende effektene av rekombinasjon.

Pleiotropi og tilpasning

Jorden endrer seg stadig. Organismer må endre seg kontinuerlig for å tilpasse seg de nye forholdene. Disse endringene fører til det som kalles evolusjon.

Mange forfattere hevder at evolusjonen fører til en økende kompleksitet av organismer. Denne kompleksiteten kan være morfologisk, der en bestemt karakter kan utvikle seg uavhengig av en annen i spesifikke miljøforhold.

Etter hvert som organismer blir mer komplekse, blir deres evne til å svare på endringer imidlertid tregere. Det er det som kalles "evolusjonskostnad for kompleksitet".

Matematiske modeller hevder at tilpasninger på grunn av endringer i pleiotropiske gener ville være rimeligere evolusjonært enn de på grunn av endringer i tegn som er kodet av individuelle gener.

Referanser

1. Goodenough, u. W. (1984). Genetikk. W. B. Saunders co. Ltd.
2. Griffiths, a. J. F., Wessler, r., Carroll, s. B., Doebley, j. (2015). En introduksjon til genetisk analyse. 
3. Ulv, i. (2008). Pleiotropy: Ett gen kan kjærlighet til flere trekk. Naturutdanning.