Pleiotropie

Pleiotropie is een genetisch fenomeen waarbij een enkel gen meerdere kenmerken beïnvloedt, zoals optreedt bij het ivoorsyndroom, een ziekte die bindweefsel, hart, ogen, botten en bloedvaten beïnvloedt

Wat is pleiotropie?

De Pleiotropie Het is het genetische fenomeen waarbij een enkel gen in een individu de fenotypische manifestatie van andere verschillende en niet -gerelateerde karakters beïnvloedt.

Etymologisch gezien betekent pleiotropie "meer veranderingen" of "veel effecten": dat wil zeggen meer effecten dan verwacht door de expressie van een enkel gen. Het is ook bekend als polyfenie (veel fenotypes), maar het is een beetje gebruikte term.

Pleiotropia -voorbeelden zijn albinisme bij dieren, talasyemia, een soort celanemie of ivoorsyndroom, een genetische aandoening geproduceerd door een gen.

Een van de fenomenen van de erfenis die de genetici meer verwarde tijdens het begin van deze wetenschap was die van de mutaties die meer dan één karakter beïnvloedden.

In het begin werd aangenomen dat elk personage werd geregeld door een enkel gen. Toen realiseerden we ons dat de manifestatie van een personage de deelname van meer dan één gen zou kunnen vereisen.

Het meest verrassende is echter dat een enkel gen de manifestatie van meer kan beïnvloeden dan een erfelijke functie, wat in wezen is wat Pleiotropia definieert.

Over het algemeen, wanneer Pleiotropy wordt aangetoond, is het geschikter om te zeggen dat het verantwoordelijke gen Het heeft effecten Pleiotropics waaraan het gen is Pleiotropisch.

Hoewel niet iedereen deze conventie respecteert, is het belangrijk om te benadrukken dat het gen met pleiotrope effect codeert voor een bepaald kenmerk en niet voor pleiotropie per se.

Anders zou "normaliteit" niets meer zijn dan het pleiotrope manifestatie -effect van de werking van een wild allel van een bepaald gen op anderen. Dit is echter genetisch onjuist.

Geschiedenis

De voorwaarde Pleiotropie Het werd voor het eerst gebruikt door een Duitse geneticus genaamd Ludwig Plate in 1910. Plaat gebruikte de term om het uiterlijk te verklaren van verschillende fenotypische kenmerken die altijd samen voorkomen en mogelijk gecorreleerd lijken. Volgens hem is dit fenomeen, wanneer het voorkomt, te wijten aan een pleiotrope overervingseenheid.

Een andere Duitse, Hans Gruneberg, verdeelde de pleiotropie in "echt" en "spuria". De eerste werd gekenmerkt door de opkomst van twee primaire producten andere dan één plaats.

De tweede, volgens deze auteur, verwees naar een enkel primair product dat op verschillende manieren werd gebruikt. Tegenwoordig is de betekenis van Gruneberg echte pleiotropie weggegooid, terwijl valse pleiotropie eenvoudig wordt beschouwd als pleiotropie.

Een andere verdeling van het Pleiotropy -concept werd gemaakt door Ernst Hadorn, die zei dat er twee soorten pleiotropie waren: mozaïek en relationeel. De eerste treedt op wanneer een gen codeert voor informatie die twee verschillende fenotypische kenmerken beïnvloedt.

Relationele pleiotropie daarentegen treedt op wanneer een gen het begin van verschillende gerelateerde gebeurtenissen bepaalt en dat meerdere onafhankelijke kenmerken zal beïnvloeden.

Kacser en Burns hebben daarentegen erop gewezen dat elke variatie in enig deel van het genoom alle eigenschappen in verschillende graden beïnvloedt, direct of indirect. Dit idee staat bekend als de Universal Pleiotropy.

Voorbeelden van genen met pleiotrope effecten

Pleiotropie, een fenomeen zijn dat enkele van de gevolgen van de interactie tussen genproducten beschrijft, is universeel.

Kan u van dienst zijn: replicatie vork

Virussen, evenals alle cellulaire organismen, hebben genen waarvan de producten belangrijk zijn voor de manifestatie van andere karakters. Deze genen, waarvan de wilde en mutante allelen pleiotrope effecten hebben, zijn van een andere aard.

Het overblijfsel gen in Drosophila

In Drosophila (De fruitvlieg), het overblijfsel bepaalt het niveau van vleugelsontwikkeling. Wanneer dit gen van beide ouders wordt geërfd, zal de afstammelingsvlieg overblijfselen presenteren en niet kunnen vliegen.

Dit zijn echter niet de enige effecten van het overblijfselgen. Dit gen is pleiotropisch en de aanwezigheid ervan leidt ook tot een vermindering van het aantal eicellen in de vlieg eierstokken. Het wijzigt ook het aantal en de verwijdering van zeugen in de thorax en vermindert de levensduur hiervan.

Pymentatie en doofheid bij katten

Het gen dat codeert voor de informatie van pigmentatie bij katten is een pleiotropisch gen. Daarom is een vrij hoog percentage katten met witte bont en blauwe ogen ook doof.

Zelfs witte katten met een blauw en een geel oog, zijn alleen doof van het oor dat aan dezelfde kant is als het blauwe oog.

Pleiotropie bij katten. Witte kat met heterochromie. Bron: Wikimedia Commons.

Gebakken veren kippen

Bij kippen produceert een dominant gen het effect van krullende veren. Dit gen toonde aan dat het een pleiotrope effect heeft, omdat het andere fenotypische effecten manifesteert: verhoogde metabole snelheden, verhoogde lichaamstemperatuur, grotere voedselconsumptie.

Bovendien hebben kippen met dit gen vertraging in seksuele volwassenheid en afname van de vruchtbaarheid.

In mensen

Marfan -syndroom

Onder de symptomen van dit syndroom zijn: ongewoon hoge lichaamsgrootte, progressieve hartaandoeningen, dislocatie van het kristallijne oog, longstoornissen.

Al deze symptomen zijn direct gerelateerd aan de mutatie van een enkel gen. Dit gen, fbn1 genoemd, is pleiotropisch, omdat de functie ervan is om een ​​glycoproteïne te coderen dat wordt gebruikt in bindweefsels uit verschillende delen van het lichaam.

Holt-Oram-syndroom

Patiënten in dit syndroom hebben anomalie in bokperkbeenderen en andere botten van de vorige ledematen. Bovendien hebben ongeveer 3 van de 4 patiënten met dit syndroom hartproblemen.

Nijmegen -syndroom

Het wordt gekenmerkt dat degenen die eraan lijden, microcefalie, immunodeficiëntie, ontwikkeling en neigingsstoornissen hebben voor lymfatische kanker en leukemie.

Fenylcetonurie

Een goed bekend geval van pleiotropisch effect is dat veroorzaakt door mutante allelen die verantwoordelijk zijn voor fenylcetonurie.

Fenylcetonurie, een ziekte van metabole aard, is te wijten aan de mutatie van een enkel gen dat codeert voor het enzymfenylalaninehydroxylase. Het inactieve mutante enzym is niet in staat om het aminozuurfenylalanine te ontbinden. Door dit te verzamelen, is het organisme bedwelmd.

Daarom is het effect dat wordt waargenomen in de dragers van de twee kopieën van het gemuteerde gen meervoudig (pleiotropisch).

De oorzaak van de ziekte, of syndroom, is het ontbreken van een metabole activiteit die cutane uitbarstingen, neurologische aandoeningen, microcefalie, lichte huid en blauwe ogen veroorzaakt (vanwege het ontbreken van melanine -generatie), enz., Op verschillende manieren.

Kan u van dienst zijn: Dominant Allel: kenmerken en voorbeelden

Geen van de genen die deelnemen aan de veranderde demonstratie van deze andere karakters is noodzakelijkerwijs gemuteerd.

Andere metabole paden

Het is heel gebruikelijk waarbij verschillende enzymen dezelfde cofactor delen of gebruiken om actief te zijn. Deze cofactor is het eindproduct van de gezamenlijke werking van verschillende andere eiwitten die deelnemen aan deze biosynthetische route.

Als een mutatie wordt gegenereerd in een van de genen die coderen voor de eiwitten van dit pad, zal de cofactor niet optreden.

Deze mutaties zullen pleiotropisch effect hebben, omdat geen van de eiwitten die afhankelijk zijn van de cofactor die actief is, kan zijn, hoewel hun eigen genen perfect functioneel zijn.

Molybdeum

In zowel prokaryoten als eukaryoten is molybdeen bijvoorbeeld essentieel voor het functioneren van bepaalde enzymen.

Molybdeen, om biologisch bruikbaar te zijn, moet complex zijn voor een ander organisch molecuul, product van de werking van verschillende enzymen in een complex metabolisch pad.

Zodra deze zelfbewuste cofactor met molybdeen wordt gevormd, zal deze door alle molybdoproteïnen worden gebruikt om hun eigen functie uit te oefenen.

Het pleiotrope effect op een mutatie die de synthese van moibdocofactor voorkomt, zal zich niet alleen manifesteren in afwezigheid hiervan, maar in het verlies van de enzymatische activiteit van alle molybdoenzymen van de individuele drager van de mutatie.

Laminopathieën

Het kernblad is een ingewikkeld gaas in de kern, dynamisch bevestigd aan zijn interne membraan. De nucleaire lamina reguleert de architectuur van de kern, de verdeling tussen euchromatine en heterochromatine, genetische expressie, evenals de replicatie van DNA, onder andere.

Het kernblad wordt gevormd door enkele eiwitten die gezamenlijk bekend staat als laminines. Aangezien dit structurele eiwitten zijn waarmee een veelheid van vele andere interageert, zal elke mutatie die de genen beïnvloedt pleiotrope effecten hebben.

De pleiotrope effecten van mutaties op laminines -genen zullen zich manifesteren als ziekten die laminopathieën worden genoemd.

Dat wil zeggen, een laminopathie is de pleiotrope manifestatie als gevolg van mutaties in laminines -genen. De klinische manifestaties van de laminopathieën omvatten, maar zijn niet beperkt tot, progeria, Emery-Dreifuss spierdystrofie en eindeloze andere effecten meer.

Transcriptieve regulatoren

Andere genen waarvan de mutaties aanleiding geven tot een veelheid van verschillende pleiotrope effecten, zijn die die coderen voor transcriptionele regulatoren.

Dit zijn eiwitten die genexpressie specifiek regelen. Er zijn anderen die algemene regulatoren van transcriptie zijn. In elk geval bepaalt de afwezigheid van deze producten dat andere genen niet tot expressie worden gebracht.

Een mutatie die de afwezigheid of storing van een algemene of specifieke transcriptionele regulator bepaalt, zal pleiotrope effecten op het lichaam hebben, omdat er geen gen zal worden uitgedrukt onder de controle.

Pleiotropie en epigenetica

De ontdekking van veranderingsmechanismen in genetische expressie die niet afhankelijk zijn van veranderingen in de nucleotidesequentie van genen (epigenetica) heeft onze visie op pleiotropie verrijkt.

Het kan u van dienst zijn: onvolledige dominantie of semi -middinentie

Een van de meest bestudeerde aspecten van epigenetica is de werking van endogene microarns. Dit zijn het product van de transcriptie van genen die worden genoemd mir.

De transcriptie van een gen mir Het geeft aanleiding tot een RNA dat, na te zijn verwerkt, in het cytoplasma werkt als een klein inactiverende RNA.

Deze ARN's worden kleine geluiddempers genoemd omdat ze de mogelijkheid hebben om complementair te zijn aan blanke ARNS -boodschappers. Om zich bij hen aan te sluiten, wordt de boodschapper aangetast en wordt het personage niet uitgedrukt.

In sommige gevallen kan dit kleine molecuul meer dan een andere boodschapper voegen, waardoor natuurlijk een pleiotropisch effect is.

Pleiotropie en veroudering

De verklaring van de natuurlijke oorzaken van senescentie zou kunnen zijn in het effect van pleiotrope genen. Volgens een hypothese opgeheven door G. C. Williams, Senescence is een gevolg van wat hij antagonistische pleiotropie noemde.

Als er genen zijn waarvan de producten antagonistische effecten hebben in verschillende stadia van het leven van een organisme, dan kunnen deze genen bijdragen aan veroudering.

Als de gunstige effecten worden gemanifesteerd vóór de reproductie en de pernicieuze effecten daarna, dan zouden ze de voorkeur krijgen door natuurlijke selectie. Maar anders zou de natuurlijke selectie tegen die genen werken.

Op deze manier, als genen echt pleiotropisch zijn, zou senescentie onvermijdelijk zijn, omdat de natuurlijke selectie altijd zou handelen in het voordeel van genen die de voorkeur geven aan reproductie.

Pleiotropie en speciatie

De sympatrische speciatie is een soort speciatie die optreedt zonder geografische barrières tussen populaties. Dit type speciatie wordt blijkbaar begunstigd door pleiotrope mutaties.

Wiskundige simulatiemodellen ontwikkeld door Kondrashov toont aan dat reproductieve isolatie tussen sympatrische populaties kan optreden vanwege het uiterlijk van ecologisch belangrijke kwantitatieve kenmerken onder verstoringsselectie.

Diezelfde modellen geven aan dat deze eigenschappen gerelateerd moeten zijn aan pleiotrope genen. Als de veranderingen te wijten zijn aan verschillende genen, en niet aan een pleiotrope, zou de recombinatie van genen tijdens reproductie de speciatie voorkomen. Pleiotropy zou de verstorende effecten van recombinatie vermijden.

Pleiotropie en aanpassing

De aarde verandert voortdurend. Organismen moeten continu veranderen om zich aan te passen aan de nieuwe voorwaarden. Deze veranderingen leiden tot wat bekend staat als evolutie.

Veel auteurs beweren dat evolutie leidt tot een toenemende complexiteit van organismen. Deze complexiteit kan morfologisch zijn, waarbij een bepaald karakter onafhankelijk van een ander kan evolueren in specifieke omgevingscondities.

Naarmate organismen echter complexer worden, wordt hun vermogen om op veranderingen te reageren langzamer. Het is wat "evolutionaire kosten van complexiteit" wordt genoemd.

Wiskundige modellen beweren dat aanpassingen als gevolg van veranderingen in pleiotrope genen evolutionair minder duur zouden zijn dan die vanwege veranderingen in karakters die worden gecodeerd door individuele genen.

Referenties

1. Goodenough, u. W. (1984). Genetica. W. B. Saunders Co. Ltd.
2. Griffiths, een. J. F., Wessler, r., Carroll, s. B., Doebley, J. (2015). Een inleiding tot genetische analyse. 
3. Wolf, ik. (2008). Pleiotropy: één gen kan meerdere eigenschappen genegenheid. Natuuropleiding.