ШТА ЈЕ ПЛЕИОТРОПИЈА? (СА ПРИМЕРИМА) - БИОЛОГИЈА - 2025

Плеиотропи је генетска феномен у коме је експресија гена у појединца утиче на фенотипски експресију других неповезаних ликова. Етимолошки, плеиотропија значи „више промена“ или „много ефеката“: то јест, више ефеката него што се очекује од експресије једног гена. Такође је позната и као полифенија (многи фенотипи), али је то ретко коришћен термин.

Једна од појава наслеђивања која је највише збуњивала генетичаре током детињства ове науке била је мутација која је захватила више од једног лика.

У почетку се веровало да је сваки лик контролисан једним геном. Тада смо схватили да би манифестација лика могла да захтева учешће више гена.

Оно што највише изненађује јесте да један ген може утицати на манифестацију више наследних особина, што је у суштини оно што дефинише плеиотропију.

У општем случају, када се докаже плеиотропија, примереније је рећи да одговорни ген има плеиотропне ефекте од тога да је ген плеиотропни.

Иако се сви не придржавају ове конвенције, важно је приметити да плеиотропни ген кодира одређену особину, а не плеиотропију као такву.

У супротном, "нормалност" не би била ништа друго до плеиотропна манифестација деловања дивљих алела одређеног гена на друге. Међутим, ово је генетски погрешно.

Историја

Израз плеиотропија први је употребио немачки генетичар по имену Лудвиг Плате 1910. Плоча је употребила термин да објасни појаву неколико различитих фенотипских особина које се увек јављају заједно и за које се може чинити да су у корелацији. Према његовим речима, овај феномен, када се догоди, настаје због јединице плејотропног наследства.

Други Немац, Ханс Грунеберг, поделио је плеиотропију на „оригиналну“ и „лажну“. Први је окарактерисао појавом два различита примарна производа са једне локације.

Други се, према овом аутору, односио на један примарни производ који се користио на различите начине. Данас је Грунебергово значење праве плеиотропије одбачено, док се лажна плеиотропија једноставно сматра плеиотропијом.

Друга подјела концепта плеиотропије донела је Ернст Хадорн, која је истакла да постоје две врсте плеиотропије: мозаик и релацијски. Прво се дешава када ген кодира информације које утичу на две различите фенотипске особине.

Релативна плеиотропија, с друге стране, настаје када ген одређује покретање различитих догађаја који су међусобно повезани и који ће утицати на више независних особина.

Кацсер и Бурнс су са своје стране истакли да било каква варијација било којег дела генома утиче на све особине у различитом степену, било директно или индиректно. Ова идеја је позната по називу универзалне плеиотропије.

Примери гена са плеиотропним ефектима

Плеиотропија, појава која описује неке последице интеракције између производа гена, је универзална.

Вируси, као и сви организми ћелијске природе, поседују гене чији су производи важни за манифестацију других карактера. Ови гени, чији дивљи и мутирани алели имају плеиотропне ефекте, су различите природе.

-Вестигични ген у Дросопхили

Код Дросопхила (воћна муха) вестигични ген одређује ниво развоја крила. Када овај ген наследи од оба родитеља, потомка ће летети крстама и неће моћи да лети.

Међутим, то неће бити једини ефекти вестигиалног гена. Овај ген је плеиотропни и његово присуство такође доводи до смањења броја јајашаца у јајницима мухе. Такође мења број и распоред чекиња у грудном кошу и смањује животни век овог.

-Пигментација и глухоћа код мачака

Ген који кодира информације о пигментацији код мачака је плеиотропни ген. Због тога је прилично висок проценат мачака са белим крзном и плавим очима такође глух.

Чак су и бијеле мачке које имају плаво и жуто око глуве само у уху које је на истој страни главе као и плаво око.

Плеиотропија код мачака. Бела мачка са хетерохромијом. Преузето и уредјено од: Кеитх Киссел, путем Викимедиа Цоммонс.

-Киче са увијеним перјем

Код пилића доминантан ген производи ефекат ураслих перја. Показало се да овај ген има плеиотропни ефекат, јер манифестује и друге фенотипске ефекте: повећане брзине метаболизма, повећану телесну температуру, повећану потрошњу хране.

Поред тога, пилићи са овим геном показују одложену сексуалну зрелост и смањену плодност.

-У људе

Марфанов синдром

Симптоми овог синдрома укључују: необично високу величину тела, прогресивне срчане сметње, дислокацију сочива ока, плућне поремећаје.

Сви ови симптоми су у директној вези са мутацијом једног гена. Овај ген, назван ФБН1, је плеиотропни, јер је његова функција кодирање гликопротеина који се користи у везивним ткивима у различитим деловима тела.

Холт-Орам синдром

Пацијенти са овим синдромом имају абнормалности у карпалним костима и другим костима предњих удова. Поред тога, око 3 од 4 пацијента са овим синдромом имају проблема са срцем.

Нијмеген синдром

Карактерише га чињеница да они који пате од ње имају микроцефалију, имунодефицијенцију, развојне поремећаје и склоност лимфном карциному и леукемији.

-Фенилкетонуриа

Добро познат случај плеиотропног ефекта је узрокован мутантним алелима одговорним за фенилкетонурију.

Фенилкетонурија, метаболичка болест, настаје услед мутације једног гена који кодира ензим фенилаланин хидроксилаза. Неактивни мутантни ензим није у стању да разбије аминокиселину фенилаланин; када се то акумулира, организам постаје пијан.

Стога је ефекат примећен код појединаца који носе две копије мутираног гена вишеструке (плеиотропне).

Узрок болести или синдрома је недостатак метаболичке активности која на различите начине проузрокује ерупције на кожи, неуролошке поремећаје, микроцефалију, сјајну кожу и плаве очи (због недостатка стварања меланина) итд.

Ниједан ген укључен у измењену манифестацију ових других особина није нужно мутиран.

-Остали метаболички путеви

Врло је чест случај у којем неколико ензима дели или користи исти кофактор да би био активан. Овај кофактор је крајњи продукт заједничког деловања неколико других протеина који учествују у овом биосинтетском путу.

Ако се створи мутација у било којем од гена који кодира за протеине овог пута, кофактор се неће произвести. Ове мутације ће имати плеиотропни ефекат, јер ниједан протеин који зависи од кофактора који ће бити активан неће моћи бити активан, иако су њихови сопствени гени савршено функционални.

Молибден

На пример, прокариоти и еукариоти молибден је неопходан за функционисање одређених ензима.

Молибден, да би биолошки био користан, мора бити комплексиран са другим органским молекулом, производом деловања различитих ензима у сложеном метаболичком путу.

Једном када се овај кофактор сложен са молибденом формира, користиће га сви молибдопротеини за свако вршење сопствене функције.

Плеиотропни ефекат у мутацији која спречава синтезу молибдокофактора биће изражен не само у његовом одсуству, већ и у губитку ензимске активности свих молибдоензима појединаца који носи мутацију.

-Ламинопатије

Нуклеарна ламина је замршена мрежа унутар језгра, динамички везана за њену унутрашњу мембрану. Нуклеарна ламина регулише архитектуру језгра, поделу између еухроматина и хетерохроматина, експресију гена, као и репликацију ДНК, између осталог.

Језгра ламина састоји се од неколико протеина који су у заједници познати као ламинини. Пошто су то структурни протеини са којима мноштво многих других комуницира, свака мутација која утиче на ваше гене имаће плеиотропне ефекте.

Плеиотропни ефекти мутација у генима ламинина показаће се као болести које се називају ламинопатије.

Односно, ламинопатија је плеиотропна манифестација која је резултат мутација у генима ламинина. Клиничке манифестације ламинопатије укључују, али нису ограничене на, Прогерију, мишићну дистрофију Емери-Дреифусса и мноштво других стања.

-Транскрипцијски регулатори

Остали гени чија мутација изазива мноштво различитих плеиотропних ефеката су они који кодирају регулаторе транскрипције.

Ово су протеини који посебно контролишу експресију гена; постоје и други који су генерални регулатори транскрипције. У сваком случају, одсуство ових производа одређује да се други гени не преписују (то јест, нису експримирани).

Мутација која одређује одсуство или неисправност општег или специфичног регулатора транскрипције ће имати плеиотропне ефекте на организам, јер ниједан ген под његовом контролом неће бити изражен.

Плеиотропија и епигенетика

Откривање механизама алтерације у експресији гена који не зависе од промене нуклеотидне секвенце гена (епигенетика) обогатило је нашу визију плеиотропије.

Један од најгледанијих аспеката епигенетике је деловање ендогених микроРНА. Ово је производ транскрипције гена званих мир.

Транскрипција мир гена доводи до РНА која након обраде делује у цитоплазми као мала инактивирајућа РНА.

Ове РНК називају се мале ушуткавајуће РНК јер имају способност да буду комплементарне циљаним РНА. Ако им се придружите, гласник се деградира, а лик се не изражава.

У неким случајевима овај мали молекул може да се веже за више различитих гласника, што, наравно, доводи до плејотропног ефекта.

Плеиотропија и старење

Објашњење природних узрока старења може бити у ефекту плеиотропних гена. Према хипотези коју је изнео ГЦ Виллиамс, старење је последица онога што је назвао антагонистичком плеиотропијом.

Ако постоје гени чији производи имају антагонистичко дејство у различитим фазама у животу организма, онда би ти гени могли да допринесу старењу.

Ако би се корисни ефекти показали пре репродукције, а штетни ефекти након њега, тада би им се погодовао природни одабир. Али у супротном, природна селекција деловала би против тих гена.

На овај начин, ако су гени заиста плејотропни, старење би било неизбежно, јер би природна селекција увек деловала у корист гена који фаворизирају репродукцију.

Плеиотропија и спецификација

Симпатична спецификација је врста спецификације која се јавља без географских баријера између популација. Ову врсту спецификације очигледно погодују плеиотропне мутације.

Математички модели симулације које је развио Кондрасхов показују да се репродуктивна изолација између симпатичке популације може догодити због појаве еколошки важних квантитативних особина под мотећим избором.

Исти ти модели указују на то да ове особине морају бити повезане са плеиотропним генима. Ако су промене последица неколико гена, а не плеиотропних, рекомбинација гена током репродукције спречила би спецификацију. Плеиотропија би избегла реструктивне ефекте рекомбинације.

Плеиотропија и адаптација

Земља се непрестано мења. Организми се морају непрестано мењати како би се прилагодили новим условима. Ове промене доводе до онога што је познато као еволуција.

Многи аутори тврде да еволуција доводи до све веће сложености организама. Ова сложеност може бити морфолошка, при чему би одређени лик могао еволуирати независно од другог под одређеним условима окружења.

Међутим, како организми постају сложенији, њихова способност да реагују на промене успорава. То је оно што се назива „еволутивним трошковима сложености“.

Математички модели сматрају да би адаптације услед промена у плеиотропним генима биле мање еволуцијски скупе од оних услед промена карактера кодираних од стране појединих гена.

Референце

1. Броокер, РЈ (2017). Генетика: анализа и принципи. МцГрав-Хилл Хигх Едуцатион, Нев Иорк, НИ, УСА.
2. Гооденоугх, УВ (1984) Генетицс. ВБ Саундерс Цо. Лтд, Пкиладелпхиа, ПА, УСА.
3. Гриффитхс, АЈФ, Весслер, Р., Царролл, СБ, Доеблеи, Ј. (2015). Ан Интродуцтион то Генетиц Аналисис (11 ^тх ед.). Нев Иорк: ВХ Фрееман, Нев Иорк, НИ, УСА.
4. Хо, Р., Хегеле, РА (2018) Сложени ефекти мутација ламинопатије на нуклеарну структуру и функцију. Цлиницал Генетицс, дои: 10.1111 / цге.13455.
5. Лобо, И. (2008). Плеиотропија: један ген може утицати на више особина. Образовање природе, 1:10.
6. Ститзер, МЦ, Росс-Ибарра, Ј. (2018) Припитомљавање кукуруза и интеракција гена. Нови фитолог, 220: 395-408.