Hva er pleiotropi? Definisjon og eksempler

Pleiotropy refererer til uttrykket av multiple trekk av en singel gen. Disse uttrykte egenskapene er kanskje eller ikke relatert. Pleitropy ble først lagt merke til av genetiker Gregor Mendel, som er kjent for sine berømte studier med erteplanter. Mendel la merke til at planteblomstfarge (hvit eller lilla) alltid var relatert til fargen på blad aksil (område på en plantestamme som består av vinkelen mellom blad og øvre del av stammen) og frøstrøk.

Studiet av pleitropiske gener er viktig for genetikken, da det hjelper oss å forstå hvordan visse egenskaper henger sammen i genetiske sykdommer. Pleitropi kan snakkes om i forskjellige former: gen-pleiotropi, utviklings-pleiotropi, selektiv pleiotropi og antagonistisk pleiotropi.

Nøkkeltak: Hva er pleiotropi?

Ved pleiotropi kontrollerer ett gen uttrykket av flere fenotypiske egenskaper. fenotyper er trekk som er fysisk uttrykt som farge, kroppsform og høyde. Det er ofte vanskelig å oppdage hvilke egenskaper som kan være et resultat av pleitoropi med mindre a mutasjon forekommer i et gen. Fordi pleiotropiske gener kontrollerer flere egenskaper, vil en mutasjon i et pleiotropisk gen påvirke mer enn ett trekk.

Vanligvis er trekk bestemt av to alleler (variant av et gen). Spesifikke allelkombinasjoner bestemmer produksjonen av proteiner som driver prosessene for utvikling av fenotypiske egenskaper. En mutasjon som forekommer i et gen endrer DNA-sekvensen til genet. Endring av gensegmentsekvenser resulterer ofte i at de ikke fungerer proteiner. I et pleiotropisk gen vil alle trekkene som er assosiert med genet bli endret av mutasjonen.

Gen pleiotropi, også referert til som molekylærgen-pleiotropi, fokuserer på antall funksjoner til et bestemt gen. Funksjonene bestemmes av antall egenskaper og biokjemiske faktorer påvirket av et gen. Biokjemiske faktorer inkluderer antall enzymet reaksjoner katalysert av proteinproduktene fra genet.

Utviklingspleiotropi fokuserer på mutasjoner og deres innflytelse på flere egenskaper. Mutasjonen av et enkelt gen manifesterer seg i endring av flere forskjellige egenskaper. Sykdommer som involverer mutasjons pleiotropi er preget av mangler i flere organer som påvirker flere kroppssystemer.

Seleksjonell pleiotropi fokuserer på antall separate kondisjonskomponenter som er påvirket av en genmutasjon. Begrepet fitness relaterer seg til hvor vellykket en bestemt organisme er med å overføre genene til neste generasjon gjennom seksuell reproduksjon. Denne typen pleiotropi er bare opptatt av virkningen av naturlig utvalg på trekk.

Et eksempel på pleiotropi som oppstår hos mennesker er sigdcellesykdom. Sicklecellelidelse er resultat av utvikling av unormalt formet røde blodceller. Normale røde blodlegemer har en bikonkave, skivlignende form og inneholder enorme mengder av et protein som kalles hemoglobin.

Hemoglobin hjelper røde blodlegemer til å binde seg til og transportere oksygen til celler og vev i kroppen. Sigdcelle er et resultat av en mutasjon i beta-globin-genet. Denne mutasjonen resulterer i røde blodlegemer som er sigdformet, noe som får dem til å klumpe seg sammen og bli sittende fast i blodkar, noe som blokkerer normal blodstrøm. Den enkle mutasjonen av beta-globin-genet resulterer i forskjellige helsemessige komplikasjoner og forårsaker skade på flere organer inkludert hjerte, hjerne, og lunger.

Fenylketonuria, eller PKU, er en annen sykdom som skyldes pleiotropi. PKU er forårsaket av en mutasjon av genet som er ansvarlig for produksjonen av et enzym kalt fenylalaninhydroksylase. Dette enzymet bryter ned aminosyre fenylalanin som vi får fra proteinfordøyelse. Uten dette enzymet øker nivåene av aminosyren fenylalanin i blodet og skader nervesystemet hos spedbarn. PKU-lidelse kan føre til flere forhold hos spedbarn, inkludert intellektuelle funksjonshemninger, anfall, hjerteproblemer og utviklingsforsinkelser.

De krusete fjærdrag er et eksempel på pleiotropi sett hos kyllinger. Kyllinger med dette bestemte muterte fjærgenet viser fjær som krøller seg utover i motsetning til å ligge flatt. I tillegg til krøllete fjær, inkluderer andre pleiotropiske effekter en raskere metabolisme og forstørrede organer. Krøllingen av fjærene fører til et tap av kroppsvarme som krever en raskere basal metabolisme for å opprettholde homeostase. Andre biologiske endringer inkluderer høyere matkonsum, infertilitet og seksuelle modningsforsinkelser.

Antagonistisk pleiotropi er en teori foreslått for å forklare hvordan senescens, eller biologisk aldring, kan tilskrives naturlig seleksjon av visse pleiotropiske alleler. Ved antagonistisk pleiotropi kan en allel som har en negativ innvirkning på en organisme foretrekkes av naturlig seleksjon hvis allelen også gir fordelaktige effekter. Antagonistisk øker pleiotropiske alleler reproduktiv kondisjon tidlig i livet, men fremmer biologisk aldring senere i livet har en tendens til å bli valgt ut av naturlig seleksjon. De positive fenotypene av det pleiotropiske genet kommer til uttrykk tidlig når reproduksjonssuksessen er høy, mens de negative fenotypene kommer til uttrykk senere i livet når reproduksjonssuksessen er lav.

Sigdcelleegenskaper er et eksempel på antagonistisk pleiotropi ved at Hb-S-allelmutasjonen av hemoglobingenet gir fordeler og ulemper for overlevelse. De som er det homozygot for Hb-S-allelen, noe som betyr at de har to Hb-S-alleler av hemoglobin-genet, har en kort levetid på grunn av den negative innvirkningen (skade på flere kroppssystemer) av sigdcellecellen. De som er det heterozygot for egenskapen, noe som betyr at de har ett Hb-S-allel og ett normalt allel av hemoglobingenet, opplever ikke den samme graden av negative symptomer og viser resistens mot malaria. Frekvensen av Hb-S-allelen er høyere i populasjoner og regioner hvor malariafrekvensene er høye.

• Carter, Ashley Jr, og Andrew Q Nguyen. "Antagonistisk pleiotropi som en utbredt mekanisme for vedlikehold av polymorfe sykdommeralleler." BMC medisinsk genetikk, vol. 12, gnr. 1, 2011, doi: 10.1186 / 1471-2350-12-160.
• Ng, Chen Siang, et al. "Chicken Frizzle Feather skyldes en α-Keratin (KRT75) mutasjon som forårsaker en mangelfull Rachis." PLoS Genetikk, vol. 8, nei. 7, 2012, doi: 10.1371 / journal.pgen.1002748.
• Paaby, Annalize B., og Matthew V. Rockman. "De mange ansiktene til pleiotropi." Trender i genetikk, vol. 29, gnr. 2, 2013, pp. 66–73., Doi: 10.1016 / j.tig.2012.10.010.
• "Fenylketonuri." U.S. National Library of Medicine, National Institutes of Health, ghr.nlm.nih.gov/condition/phenylketonuria.