Kaj je pleiotropija? Opredelitev in primeri

Pleiotropija se nanaša na izražanje multip lastnosti z enim samim gen. Te izražene lastnosti so lahko povezane ali ne. Pleitropy je prvi opazil genetik Gregor Mendel, ki je znan po svojih znamenitih raziskavah z rastlinami graha. Mendel je opazil, da je bila rastlinska barva rastlin (bela ali vijolična) vedno povezana z barvo rastline list axil (območje na steblu rastline, sestavljeno iz kota med listjem in zgornjim delom stebla) in semensko dlako.

Preučevanje pleitropnih genov je pomembno za genetiko, saj nam pomaga razumeti, kako so nekatere lastnosti povezane pri genetskih boleznih. O pleitropiji lahko govorimo v različnih oblikah: genska pleiotropija, razvojna pleiotropija, selektivna pleiotropija in antagonistična pleiotropija.

Ključni ukrepi: Kaj je pleiotropija?

Pri pleiotropiji en gen nadzoruje izražanje več fenotipskih lastnosti. Fenotipi so lastnosti, ki so fizično izražene, kot so barva, oblika telesa in višina. Pogosto je težko odkriti, katere lastnosti so lahko posledica pleitoropije, razen če mutacija se pojavlja v genu. Ker pleiotropni geni nadzorujejo več lastnosti, bo mutacija pleiotropnega gena vplivala na več lastnosti.

Značilnosti značilnosti določata dva aleli (variantna oblika gena). Specifične kombinacije alelov določajo proizvodnjo beljakovin, ki poganjajo procese za razvoj fenotipskih lastnosti. Mutacija, ki se zgodi v genu, spremeni zaporedje DNA gena. Spreminjanje zaporedij genskega segmenta najpogosteje povzroči nedelovanje beljakovine. V pleiotropnem genu se bodo z mutacijo spremenile vse lastnosti, povezane z genom.

Genska pleiotropija, ki se imenuje tudi pleiotropija z molekularnimi geni, se osredotoča na število funkcij posameznega gena. Funkcije so določene s številom lastnosti in biokemijskih dejavnikov, na katere vpliva gen. Biokemijski dejavniki vključujejo število encim reakcije, ki jih katalizirajo beljakovinski produkti gena.

Razvojna pleiotropija se osredotoča na mutacije in njihov vpliv na več lastnosti. Mutacija enega samega gena se kaže v spremembi več različnih lastnosti. Za bolezni, ki vključujejo mutacijsko pleiotropijo, so značilne pomanjkljivosti v več organih, ki vplivajo na več telesnih sistemov.

Selektivna pleiotropija se osredotoča na število ločenih komponent fitnesa, na katere vpliva genska mutacija. Izraz fitnes se nanaša na uspešnost določenega organizma pri prenosu svojih genov na naslednjo generacijo spolno razmnoževanje. Ta vrsta pleiotropije zadeva samo vpliv naravna selekcija o lastnostih.

Primer pleiotropije, ki se pojavlja pri ljudeh, je bolezen srpastih celic. Motnja srpastih celic je posledica razvoja nenormalno oblikovanega rdeče krvne celice. Običajne rdeče krvne celice imajo bikonkavno, diskovno obliko in vsebujejo ogromne količine beljakovine, imenovane hemoglobin.

Hemoglobin pomaga rdečim krvničkam, da se vežejo in prenašajo kisik do celic in tkiv telesa. Srpljive celice so posledica mutacije gena beta-globin. Posledica te mutacije so rdeče krvne celice v srpasti obliki, zaradi česar se zlepijo in zataknejo v krvnih žilah, kar blokira normalen pretok krvi. Enkratna mutacija gena beta-globina povzroči različne zdravstvene zaplete in povzroči škodo na več organih, vključno z srce, možgani, in pljuča.

Fenilketonurija ali PKU, je še ena bolezen, ki je posledica pleiotropije. PKU povzroči mutacija gena, ki je odgovoren za proizvodnjo encima, imenovanega fenilalanin hidroksilaza. Ta encim razgradi aminokislina fenilalanin, ki ga dobimo pri prebavi beljakovin. Brez tega encima se koncentracija aminokisline fenilalanin v krvi poveča in poškoduje živčni sistem pri dojenčkih. Motnja PKU lahko pri dojenčkih povzroči več stanj, vključno z motnjami v duševnem razvoju, epileptičnimi napadi, težavami s srcem in zamikom razvoja.

The peresno pero je primer pleiotropije, ki jo opazimo pri piščancih. Piščanci s tem posebej mutiranim genskim perjem prikazujejo perje, ki se zaviha navzven, v nasprotju z lažjem. Ostali pleiotropni učinki poleg zvitega perja vključujejo hitrejši metabolizem in povečane organe. Zvijanje perja vodi v izgubo telesne toplote, ki zahteva hitrejšo bazalno presnovo za vzdrževanje homeostaze. Druge biološke spremembe vključujejo večjo porabo hrane, neplodnost in zamude pri spolnem zorenju.

Antagonistična pleiotropija je teorija, ki je predlagana, da bi pojasnila, kako lahko staranje ali biološko staranje pripišemo naravni selekciji nekaterih pleiotropnih alelov. Pri antagonistični pleiotropiji se lahko naravni selekciji ugodi alel, ki negativno vpliva na organizem, če tudi alel daje ugodne učinke. Antagonistično pleiotropni aleli, ki se povečujejo reproduktivna kondicija zgodaj v življenju, vendar spodbujajo biološko staranje pozneje v življenju, so ponavadi izbrane z naravno selekcijo. Pozitivni fenotipi pleiotropnega gena se izrazijo zgodaj, ko je reproduktivni uspeh visok, negativni fenotipi pa se izrazijo kasneje v življenju, ko je reproduktivni uspeh nizek.

Lastnost srpastih celic je primer antagonistične pleiotropije, saj mutacija gena hemoglobina na Hb-S daje prednosti in slabosti za preživetje. Tisti, ki so homozigoten za alel Hb-S, kar pomeni, da imata dva alela Hb-S gena hemoglobina, imata kratko življenjsko dobo zaradi negativnega vpliva (poškodbe več telesnih sistemov) lastnosti srpastih celic. Tisti, ki so heterozigoten za lastnost, kar pomeni, da imajo en alel Hb-S in en normalen alel gena za hemoglobin, ne doživljajo enake stopnje negativnih simptomov in kažejo odpornost proti malariji. Pogostost alela Hb-S je višja v populacijah in regijah, kjer je stopnja malarije visoka.

• Carter, Ashley Jr in Andrew Q Nguyen. "Antagonistična pleiotropija kot zelo razširjen mehanizem za vzdrževanje alelov polimorfnih bolezni." BMC Medical Genetics, vol. 12, št. 1, 2011, doi: 10.1186 / 1471-2350-12-160.
• Ng, Chen Siang in sod. "Piščančje piščančje perje je posledica mutacije α-keratina (KRT75), ki povzroča okvarjene rahise." PLoS Genetika, vol. 8, št. 7, 2012, doi: 10.1371 / journal.pgen.1002748.
• Paaby, Annalize B. in Matthew V. Rockman. "Številni obrazi plejotropije." Trendi v genetiki, vol. 29, št. 2, 2013, str. 66–73., Doi: 10.1016 / j.tig.2012.10.010.
• "Fenilketonurija." Ameriška nacionalna medicinska knjižnica, Nacionalni zdravstveni inštituti, ghr.nlm.nih.gov/condition/phenylketonuria.