ŠTO JE PLEIOTROPIJA? (S PRIMJERIMA) - BIOLOGIJA - 2025

Pleiotropy je genetski pojava u kojima je ekspresija gena u pojedincu utječe na ekspresiju fenotipski drugih nesrodnih znakova. Etimološki, pleiotropija znači "više promjena" ili "mnogo učinaka": to jest, više učinaka nego što se očekuje od ekspresije jednog gena. Poznata je i kao polifenija (mnogi fenotipi), ali je to rijetko korišten izraz.

Jedan od fenomena nasljeđivanja koji je najviše zbunio genetičare tijekom dojenja ove znanosti, bio je mutacija koja je utjecala na više likova.

U početku se vjerovalo da svaki lik kontrolira jedan gen. Tada smo shvatili da manifestacija lika može zahtijevati sudjelovanje više gena.

Ono što najviše iznenađuje jest da jedan gen može utjecati na manifestaciju više nasljednih osobina, a to je u osnovi ono što definira pleiotropiju.

Općenito, kada se dokaže pleiotropija, primjerenije je reći da odgovorni gen ima pleiotropne učinke nego da je gen pleiotropni.

Iako se svi ne pridržavaju ove konvencije, važno je napomenuti da pleiotropni gen kodira određenu osobinu, a ne pleiotropiju kao takvu.

U suprotnom, "normalnost" ne bi bila ništa drugo do pleiotropna manifestacija djelovanja divljih alela određenog gena na druge. Međutim, to je genetski pogrešno.

Povijest

Izraz pleiotropija prvi je put upotrijebio njemački genetičar po imenu Ludwig Plate 1910. Plate je taj izraz objasnio pojavom nekoliko različitih fenotipskih osobina koje se uvijek pojavljuju zajedno i za koje se može činiti da su u korelaciji. Prema njegovim riječima, ovaj fenomen, kada se dogodi, nastaje zbog jedinice pleiotropnog nasljeđivanja.

Drugi Nijemac, Hans Gruneberg, podijelio je pleiotropiju na "originalan" i "lažan". Prvi je karakterizirao pojavljivanjem dva različita primarna proizvoda s jedne lokacije.

Drugi se, prema ovom autoru, odnosio na jedan primarni proizvod koji se koristio na različite načine. Danas je Grunebergovo značenje prave pleiotropije odbačeno, dok se lažna pleiotropija jednostavno smatra pleiotropijom.

Još jednu podjelu pleiotropnog koncepta napravio je Ernst Hadorn, koji je istaknuo da postoje dvije vrste pleiotropije: mozaik i relacijski. Prvo se događa kada gen kodira informacije koje utječu na dvije različite fenotipske osobine.

Relativna pleiotropija, s druge strane, nastaje kada gen određuje inicijaciju različitih događaja povezanih međusobno i koji će utjecati na više neovisnih osobina.

Kacser i Burns sa svoje strane istaknuli su da bilo kakva varijacija bilo kojeg dijela genoma utječe na sve osobine u različitom stupnju, bilo izravno ili neizravno. Ta je ideja poznata po imenu univerzalne pleiotropije.

Primjeri gena s pleiotropnim učinkom

Pleiotropija je pojava koja opisuje neke od posljedica interakcije između proizvoda gena univerzalna.

Virusi, kao i svi organizmi stanične prirode, posjeduju gene čiji su proizvodi važni za očitovanje drugih znakova. Ti geni, čiji divlji i mutirani aleli imaju pleiotropne učinke, imaju drugačiju prirodu.

-Vestigični gen u Drosophili

Kod Drosophila (voćna muha) vestigični gen određuje razinu razvoja krila. Kad ovaj gen naslijedi od oba roditelja, potomka će muha ostaviti vestigijska krila i neće moći letjeti.

Međutim, to neće biti jedini učinci gena vestigija. Ovaj gen je pleiotropni i njegova prisutnost također dovodi do smanjenja broja jajašaca u jajnicima muha. Također mijenja broj i raspored čekinja u prsnom košu i smanjuje životni vijek.

-Pigmentacija i gluhoća kod mačaka

Gen koji kodira informacije o pigmentaciji kod mačaka je pleiotropni gen. Zbog toga je prilično visok postotak mačaka s bijelim krznom i plavim očima.

Čak su i bijele mačke koje imaju plavo i žuto oko gluhe samo u uhu koje je na istoj strani glave kao i plavo oko.

Pleiotropija kod mačaka. Bijela mačka s heterokromijom. Preuzeto i uredjeno iz: Keith Kissel, putem Wikimedia Commonsa.

-Kole s uvijenim perjem

Kod pilića dominantni gen proizvodi učinak nagnječenog perja. Pokazalo se da ovaj gen ima pleiotropni učinak, jer očituje i druge fenotipske učinke: povećane brzine metabolizma, porast tjelesne temperature, veću potrošnju hrane.

Uz to, pilići s ovim genom pokazuju odloženu spolnu zrelost i smanjenu plodnost.

-U ljude

Marfanov sindrom

Simptomi ovog sindroma uključuju: neobično visoku veličinu tijela, progresivne srčane smetnje, dislokaciju očne leće, plućne poremećaje.

Svi ovi simptomi izravno su povezani s mutacijom jednog gena. Ovaj gen, nazvan FBN1, je pleiotropni, budući da je njegova funkcija kodiranje glikoproteina koji se koristi u vezivnim tkivima u različitim dijelovima tijela.

Holt-Oramov sindrom

Pacijenti s ovim sindromom imaju abnormalnosti u karpalnim kostima i drugim kostima prednjih udova. Uz to, oko 3 od 4 pacijenta s ovim sindromom imaju problema sa srcem.

Nijmegen sindrom

Karakterizira ga činjenica da oni koji pate od nje imaju mikrocefaliju, imunodeficijenciju, razvojne poremećaje i sklonost limfnom karcinomu i leukemiji.

-Phenylketonuria

Dobro poznat slučaj pleiotropnog učinka uzrokovan je mutantnim alelima odgovornim za fenilketonuriju.

Fenilketonurija, metabolička bolest, nastaje zbog mutacije jednog gena koji kodira enzim fenilalanin hidroksilaza. Neaktivni mutantni enzim nije u stanju razgraditi aminokiselinu fenilalanin; kada se to akumulira, organizam postaje pijan.

Stoga je učinak opažen kod pojedinaca koji nose dvije kopije mutiranog gena višestruke (pleiotropne).

Uzrok bolesti ili sindroma je nedostatak metaboličke aktivnosti koji na različite načine uzrokuje erupciju kože, neurološke poremećaje, mikrocefaliju, svijetlu kožu i plave oči (zbog nedostatka stvaranja melanina) itd.

Nijedan gen uključen u izmijenjenu manifestaciju ovih drugih osobina nužno nije mutiran.

-Ostali metabolički putevi

Vrlo je čest slučaj u kojem nekoliko enzima dijeli ili koristi isti kofaktor da bi bio aktivan. Ovaj kofaktor krajnji je proizvod usklađenog djelovanja nekoliko drugih proteina koji sudjeluju u ovom biosintetskom putu.

Ako se stvori mutacija u bilo kojem od gena koji kodira za proteine ​​ovog puta, kofaktor se neće proizvesti. Ove će mutacije imati pleiotropni učinak, jer niti jedan protein koji ovisi o kofaktoru da bude aktivan neće moći biti aktivan, iako su njihovi vlastiti geni savršeno funkcionalni.

Molibden

U prokariotu i eukariotu, na primjer, molibden je ključan za funkcioniranje određenih enzima.

Molibden, da bi bio bio koristan, mora biti složen s drugom organskom molekulom, proizvodom djelovanja različitih enzima u složenom metaboličkom putu.

Jednom kada se taj kofaktor složen s molibdenom formira, upotrijebit će ga svi molibdoproteini za svako obavljanje vlastite funkcije.

Pleiotropni učinak u mutaciji koja sprečava sintezu molibdokofaktora očitovat će se ne samo u njegovom odsustvu, već i u gubitku enzimske aktivnosti svih molibdoenzima pojedinaca koji nosi mutaciju.

-Laminopathies

Nuklearna lamina je zamršena mreža unutar jezgre, dinamički pričvršćena na njezinu unutarnju membranu. Nuklearna lamina regulira arhitekturu jezgre, podjelu između euhromatina i heterokromatina, ekspresiju gena, kao i replikaciju DNA, između ostalog.

Jezgra lamina sastoji se od nekoliko bjelančevina koje su kolektivno poznate kao laminini. Kako se radi o strukturalnim proteinima s kojima mnoštvo mnogih drugih komunicira, svaka mutacija koja utječe na vaše gene imat će pleiotropne učinke.

Pleiotropni učinci mutacija u genima laminina očitovat će se kao bolesti koje se nazivaju laminopatije.

Odnosno, laminopatija je pleiotropna manifestacija koja je rezultat mutacija u genima laminina. Kliničke manifestacije laminopatije uključuju, ali nisu ograničene na, Progeriju, mišićnu distrofiju Emery-Dreifussa i niz drugih stanja.

-Transkripcijski regulatori

Ostali geni čija mutacija izaziva mnoštvo različitih pleiotropnih učinaka su oni koji kodiraju regulatore transkripcije.

Ovo su proteini koji posebno kontroliraju ekspresiju gena; postoje i drugi koji su generalni regulatori transkripcije. U svakom slučaju, odsutnost ovih proizvoda određuje da se drugi geni ne prepisuju (to jest, nisu eksprimirani).

Mutacija koja određuje odsutnost ili neispravnost općeg ili specifičnog regulatora transkripcije će imati pleiotropne učinke na organizam, jer se neće izraziti gen pod njegovom kontrolom.

Pleiotropija i epigenetika

Otkrivanje mehanizama promjene u ekspresiji gena koji ne ovise o promjenama nukleotidnog slijeda gena (epigenetika) obogatilo je našu viziju pleiotropije.

Jedan od najgledanijih aspekata epigenetike je djelovanje endogenih mikroRNA. To su produkti transkripcije gena zvanih mir.

Transkripcija mir gena stvara RNA koja nakon obrade djeluje u citoplazmi kao mala inaktivirajuća RNA.

Ove RNK nazivaju se male ušutkavajuće RNK jer imaju sposobnost da budu komplementarne ciljanim RNK glasnicima. Pridruživanjem im se glasnik degradira, a lik se ne izražava.

U nekim se slučajevima ova mala molekula može vezati za više različitih glasnika, što daje, naravno, plejotropni učinak.

Pleiotropija i starenje

Objašnjenje prirodnih uzroka starenja može biti u učinku pleiotropnih gena. Prema hipotezi koju je iznio GC Williams, starenje je posljedica onoga što je nazvao antagonističkom pleiotropijom.

Ako postoje geni čiji proizvodi imaju antagonističko djelovanje u različitim fazama u životu organizma, tada bi ti geni mogli pridonijeti starenju.

Ako bi se korisni učinci očitovali prije reprodukcije, a štetni učinci nakon njega, tada bi im pogodovao prirodni odabir. Ali u suprotnom, prirodna bi selekcija djelovala protiv tih gena.

Na ovaj način, ako su geni zaista plejotropni, starenje bi bilo neizbježno jer bi prirodni odabir uvijek djelovao u korist gena koji favoriziraju reprodukciju.

Pleiotropija i specifikacija

Simpatična specifikacija je vrsta specifikacije koja se javlja bez geografskih prepreka između populacije. Ovu vrstu specifikacije očito pogoduju pleiotropne mutacije.

Matematički modeli simulacije koje je razvio Kondrashov pokazuju da se reproduktivna izolacija između simpatičke populacije može dogoditi zbog pojave ekološki važnih kvantitativnih osobina pod motećim odabirom.

Isti ti modeli ukazuju na to da te osobine moraju biti povezane s pleiotropnim genima. Ako su promjene posljedica nekoliko gena, a ne pleiotropnih, rekombinacija gena tijekom reprodukcije spriječila bi specifikaciju. Pleiotropija bi izbjegla remetilačke učinke rekombinacije.

Pleiotropija i prilagodba

Zemlja se neprestano mijenja. Organizmi se moraju stalno mijenjati kako bi se prilagodili novim uvjetima. Te promjene vode do onoga što je poznato kao evolucija.

Mnogi autori tvrde da evolucija dovodi do sve veće složenosti organizama. Ova složenost može biti morfološka, ​​gdje bi se određeni lik mogao razvijati neovisno o drugom u određenim uvjetima okoliša.

Međutim, kako organizmi postaju složeniji, usporava se njihova sposobnost reagiranja na promjene. To je ono što se naziva "evolucijskim troškom složenosti".

Matematički modeli drže da bi prilagodbe zbog promjena pleiotropnih gena bile evolucijski manje skupe od onih zbog promjena u znakovima kodiranih od strane pojedinih gena.

Reference

1. Brooker, RJ (2017). Genetika: analiza i načela. McGraw-Hill visoko obrazovanje, New York, NY, SAD.
2. Goodenough, UW (1984) Genetika. WB Saunders Co. Ltd, Pkiladelphia, PA, SAD.
3. Griffiths, AJF, Wessler, R., Carroll, SB, Doebley, J. (2015). Uvod u genetičke analize (11 ^-og ur.). New York: WH Freeman, New York, NY, SAD.
4. Ho, R., Hegele, RA (2018) Složeni učinci mutacija laminopatije na nuklearnu strukturu i funkciju. Clinical Genetics, doi: 10.1111 / cge.13455.
5. Lobo, I. (2008). Pleiotropija: jedan gen može utjecati na više osobina. Obrazovanje prirode, 1:10.
6. Stitzer, MC, Ross-Ibarra, J. (2018) Okupacija kukuruza i interakcija gena. Novi fitolog, 220: 395-408.