Što je pleiotropija? Definicija i primjeri

Pleiotropija se odnosi na ekspresiju višestrukih osobine od strane jednog gen. Ove izražene osobine mogu biti, ali ne moraju biti povezane. Pleitropy je prvi primijetio genetičar Gregor Mendel, koji je poznat po svojim poznatim studijama s biljkama graška. Mendel je primijetio da je boja cvijeta biljke (bijela ili ljubičasta) uvijek povezana s bojom boje list axil (područje na stabljici biljke koja se sastoji od kuta između lista i gornjeg dijela stabljike) i sjemenske dlake.

Proučavanje pleitropnih gena važno je za genetiku jer nam pomaže da razumijemo kako su određene osobine povezane u genetskim bolestima. O pleitropiji se može govoriti u različitim oblicima: genska pleiotropija, razvojna pleiotropija, selektivna pleiotropija i antagonistička pleiotropija.

Ključni koraci: Što je pleiotropija?

U pleiotropiji jedan gen kontrolira ekspresiju nekoliko fenotipskih osobina. fenotipova su osobine koje su fizički izražene poput boje, oblika tijela i visine. Često je teško otkriti koje su osobine posljedica pleitoropije, osim ako mutacija javlja se u genu. Budući da pleiotropni geni kontroliraju više osobina, mutacija pleiotropnog gena utječe na više osobina.

Obično se osobine određuju dva aleli (varijantni oblik gena). Specifične kombinacije alela određuju proizvodnju proteina koji pokreću procese za razvoj fenotipskih osobina. Mutacija koja nastaje u genu mijenja DNK sekvencu gena. Promjena sekvence genskih segmenata najčešće rezultira neradom proteini. U pleiotropnom genu mutacijama će se izmijeniti sve osobine povezane s genom.

Genska pleiotropija, koji se naziva i pleiotropijom molekularnih gena, usredotočuje se na broj funkcija određenog gena. Funkcije su određene brojem osobina i biokemijskim čimbenicima na koje gen utječe. Biokemijski faktori uključuju broj enzim reakcije katalizirane proteinskim produktima gena.

Razvojna pleiotropija usredotočuje se na mutacije i njihov utjecaj na više osobina. Mutacija pojedinog gena očituje se u promjeni nekoliko različitih osobina. Bolesti koje uključuju mutacijsku pleiotropiju karakteriziraju nedostatak u više organa koji utječu na nekoliko tjelesnih sustava.

Selektivna pleiotropija usredotočuje se na broj zasebnih fitnes komponenti pod utjecajem mutacije gena. Pojam fitness odnosi se na to koliko uspješan određeni organizam u prenošenju svojih gena prenosi na sljedeću generaciju seksualna reprodukcija. Ova vrsta pleiotropije bavi se samo utjecajem prirodni odabir o osobinama.

Primjer pleiotropije koja se javlja kod ljudi je bolest srpastih ćelija. Poremećaj srpastih stanica rezultat je razvoja nenormalno oblikovanog oblika crvene krvne stanice. Normalna crvena krvna zrnca imaju dvokonski oblik, nalik disku i sadrže ogromne količine proteina koji se zove hemoglobin.

Hemoglobin pomaže crvenim krvnim stanicama da se vežu i prenose kisik do stanica i tkiva u tijelu. Srpka ćelija rezultat je mutacije gena beta-globina. Ova mutacija rezultira crvenim krvnim stanicama koje su srpasto oblikovane, zbog čega se sakupljaju i zaglave u krvnim žilama, blokirajući normalan protok krvi. Jedna mutacija gena beta-globin rezultira različitim zdravstvenim komplikacijama i uzrokuje oštećenje više organa, uključujući i srce, mozak, i pluća.

Fenilketonurija ili PKU, je još jedna bolest koja proizlazi iz pleiotropije. PKU nastaje mutacijom gena odgovornog za proizvodnju enzima koji se zove fenilalanin hidroksilaza. Ovaj enzim razgrađuje amino kiselina fenilalanin koji dobijemo iz probave proteina. Bez ovog enzima povećava se razina aminokiseline fenilalanin u krvi i oštećuje živčani sustav u dojenčadi. Poremećaj PKU može rezultirati u nekoliko stanja kod novorođenčadi, uključujući intelektualni poremećaj, napadaje, probleme sa srcem i zastoje u razvoju.

zamrznuta osobina pera je primjer pleiotropije koja se vidi kod kokoši. Pilići s ovim mutiranim genima pera prikazuju perje koje se uvija prema van, za razliku od ležećeg stana. Pored uvijenog perja, drugi pleiotropni učinci uključuju brži metabolizam i uvećane organe. Uvijanje perja dovodi do gubitka tjelesne topline što zahtijeva brži bazalni metabolizam za održavanje homeostaze. Ostale biološke promjene uključuju veću potrošnju hrane, neplodnost i odgode spolnog sazrijevanja.

Antagonistička pleiotropija je teorija predložena da se objasni kako starenje ili biološko starenje može pripisati prirodnom odabiru određenih pleiotropnih alela. U antagonističkoj pleiotropiji, prirodnim odabirom može pogodovati alel koji negativno utječe na organizam ako i alel daje povoljne učinke. Antagonistički pleiotropni aleli koji se povećavaju reproduktivna kondicija rano u životu, ali potiču biološko starenje kasnije u životu teži odabiru prirodnim odabirom. Pozitivni fenotipi pleiotropnog gena izražavaju se rano kad je reproduktivni uspjeh visok, dok se negativni fenotipi izražavaju kasnije u životu kada je reproduktivni uspjeh nizak.

Osobina srpastih stanica primjer je antagonističke pleiotropije u tome što mutacija alela Hb-S gena hemoglobina daje prednosti i nedostatke za preživljavanje. Oni koji jesu homozigota za alel Hb-S, što znači da imaju dva Hb-S alela gena hemoglobina, imaju kratak životni vijek zbog negativnog utjecaja (oštećenja na više tjelesnih sustava) na svojstvo srpastih stanica. Oni koji jesu heterozigoti za osobinu, što znači da imaju jedan alel Hb-S i jedan normalan alel gena za hemoglobin, ne doživljavaju isti stupanj negativnih simptoma i pokazuju otpornost na malariju. Učestalost alela Hb-S veća je u populacijama i regijama u kojima je stopa malarije visoka.

• Carter, Ashley Jr i Andrew Q Nguyen. "Antagonistička pleiotropija kao široko rasprostranjeni mehanizam za održavanje alela polimorfnih bolesti." BMC medicinska genetika, vol. 12, br. 1, 2011, doi: 10.1186 / 1471-2350-12-160.
• Ng, Chen Siang i sur. "Pileće pahuljasto pero nastaje zbog mutacije α-Keratina (KRT75) koja uzrokuje neispravne rakije." PLoS Genetika, vol. 8, br. 7, 2012, doi: 10.1371 / journal.pgen.1002748.
• Paaby, Annalize B. i Matthew V. Rockman. "Mnogo lica pleiotropije." Trendovi u genetici, vol. 29, br. 2, 2013., str. 66–73., Doi: 10.1016 / j.tig.2012.10.010.
• „Fenilketonurija”. Američka nacionalna medicinska knjižnica, Nacionalni zavodi za zdravstvo, ghr.nlm.nih.gov/condition/phenylketonuria.