MI A PLEIOTROPIA? (PÉLDÁKKAL) - BIOLÓGIA - 2026

A pleiotropia az a genetikai jelenség, amelyben az egyénben lévő gén expressziója befolyásolja más nem kapcsolódó karakterek fenotípusos expresszióját. Etimológiai szempontból a pleiotropia "több változást" vagy "sok hatást" jelent: azaz több hatást, mint amit egy gén expressziója várhat. Polifénia néven is ismert (sok fenotípus), de ez ritkán használt kifejezés.

Az öröklés egyik jelensége, amely a tudomány korai szakaszában a leginkább zavarba hozta a genetikusokat, a több karaktert érintő mutációk voltak.

Eleinte azt hitték, hogy mindegyik karaktert egyetlen gén irányítja. Aztán rájöttünk, hogy egy karakter megnyilvánulása több gén részvételét igényelheti.

A legmeglepőbb azonban az, hogy egyetlen gén befolyásolhatja egynél több öröklődő tulajdonság megnyilvánulását, ami alapvetően meghatározza a pleiotrópiát.

Általában, amikor a pleiotropia kimutatásra kerül, helyesebb azt mondani, hogy a felelős gén pleiotrop hatású, mint a pleiotrop.

Bár nem mindenki tartja be ezt az egyezményt, fontos megjegyezni, hogy a pleiotróp gén egy bizonyos tulajdonságot kódol, és nem a pleiotropia önmagában.

Ellenkező esetben a "normalitás" nem más, mint egy adott gén vad alléljának másokra gyakorolt ​​pleiotróp megnyilvánulása. Ez azonban genetikailag helytelen.

Történelem

A pleiotropia kifejezést először egy német genetikus, Ludwig Plate nevű 1910-ben használta. Plate ezt a kifejezést több különféle fenotípusos vonás megjelenésének magyarázatára használta, amelyek mindig együtt fordulnak elő és korrelálódhatnak. Elmondása szerint ez a jelenség, amikor bekövetkezik, egy pleiotróp örökség egységének tulajdonítható.

Egy másik német, Hans Gruneberg a pleiotrópiát "valódi" és "hamis" részekre osztotta. Az elsőt két különálló elsődleges termék egy helyen történő megjelenése jellemezte.

A második, a szerzõ szerint, egyetlen elsõdleges termékre vonatkozott, amelyet különbözõ módon használtak. Manapság elhagyták a valódi pleiotropia Gruneberg jelentését, míg a hamis pleiotropia egyszerűen pleiotropia.

A pleiotropia koncepció másik részét Ernst Hadorn állította, aki rámutatott, hogy a pleiotropia két típusa létezik: mozaik és relációs. Az első akkor fordul elő, amikor egy gén olyan információt kódol, amely két különböző fenotípusos tulajdonságot befolyásol.

A relációs pleiotropia viszont akkor fordul elő, amikor egy gén meghatározza az egymáshoz kapcsolódó különféle események beindulását, és ezek befolyásolják a több független tulajdonságot.

Kacser és Burns a maga részéről rámutattak, hogy a genom bármely részének bármilyen variációja minden tulajdonságot különbözõ mértékben, közvetlenül vagy közvetetten érinti. Ez az ötlet az univerzális pleiotropia néven ismert.

Példák pleiotróp hatású génekre

A pleiotropia, amely egy olyan jelenség, amely leírja a gének termékei közötti interakció néhány következményét, univerzális.

A vírusok, valamint a sejtes természetű összes organizmus géneket tartalmaznak, amelyek termékei fontosak más karakterek megnyilvánulásához. Ezeknek a géneknek, amelyek vad típusú és mutáns allélei pleiotrop hatásúak, eltérő természetűek.

-A vestigiális gén Drosophila-ban

Drosophila-ban (a gyümölcslegy) a vestigiális gén meghatározza a szárnyak fejlettségi szintjét. Amikor ezt a gént mindkét szülő örökli, a leszármazott légy vestigiális szárnyakkal rendelkezik és nem lesz képes repülni.

Ez azonban nem csak a vestigiális gén hatása. Ez a gén pleiotrop, és jelenléte a petefészek petefészkeiben lévő peteszám csökkenéséhez is vezet. Ezenkívül módosítja a sörték számát és elrendezését a mellkasban, és csökkenti az élettartamot.

-Pigmentáció és süketés macskákban

A macskák pigmentációs információit kódoló gén pleiotrop gén. Emiatt a fehér szőrrel és kék szemmel rendelkező macskák meglehetősen nagy százaléka is süket.

Még a kék és egy sárga szemű fehér macskák is csak a fülükben vannak sükettek, amely a kék szemgel azonos oldalán található.

Pleiotropia macskákban. Fehér macska heterochromia. Készítette és szerkesztette: Keith Kissel, a Wikimedia Commons segítségével.

-Csibék hullámos tollakkal

Csirkékben egy domináns gén a gyűrött tollak hatását idézi elő. Ennek a génnek pleiotrop hatásúnak bizonyult, mivel más fenotípusos hatásokat mutat: megnövekedett anyagcsere-sebesség, megemelkedett testhőmérséklet, nagyobb ételfogyasztás.

Ezenkívül az ezzel a géntel rendelkező csirkék késleltetett nemi érettséget mutatnak és csökkent termékenységet mutatnak.

-Emberben

Marfan-szindróma

Ennek a szindrómának a tünetei a következők: szokatlanul magas testméret, progresszív szívbetegségek, a szemlencse elmozdulása, pulmonális rendellenességek.

Ezek a tünetek közvetlenül kapcsolódnak egyetlen génmutációhoz. Ez az FBN1 nevű gén pleiotróp, mivel funkciója egy olyan glikoprotein kódolása, amelyet a test különböző részeinek kötőszöveteiben használnak.

Holt-Oram szindróma

Az ezt a szindrómát szenvedő betegek rendellenességeket mutatnak a carpal és az első lábak más csontainál. Ezenkívül a szindrómás betegek közül 4-ből kb. 3-nak van szívproblémája.

Nijmegen-szindróma

Jellemző az, hogy azoknak, akik betegségben szenvednek, mikrocefalia, immunhiányuk, fejlődési rendellenességeik vannak, és hajlamosak a nyirok- és leukémiára.

-Phenylketonuria

A pleiotropikus hatás ismert eseteit a fenilketonuriaért felelős mutáns allélok okozzák.

A fenilketonuria, egy anyagcsere-betegség, egyetlen gén mutációjának köszönhető, amely a fenilalanin-hidroxiláz enzimet kódolja. Az inaktív mutáns enzim nem képes lebontani a fenilalanin aminosavat; amikor ez felhalmozódik, a szervezet mérgező lesz.

Ezért a mutáns gén két példányát hordozó egyéneknél megfigyelt hatás többszörös (pleiotrop).

A betegség vagy szindróma oka az anyagcsere-aktivitás hiánya, amely különböző útvonalon okozza a bőrkiütéseket, idegrendszeri rendellenességeket, mikrocefáliát, tiszta bőrt és kék szemet (a melanin képződés hiánya miatt) stb.

Ezen egyéb tulajdonságok megváltozott megnyilvánulásában részt vevő gének egyike sem szükségszerűen mutálódott.

-Egyéb anyagcsere útvonalak

Nagyon általános az az eset, amikor több enzim megosztja vagy használja ugyanazt a kofaktorot, hogy aktív legyen. Ez a kofaktor számos más fehérje összehangolt hatásának végterméke, amely részt vesz ebben a bioszintézis útban.

Ha bármely génben mutáció jön létre, amely ezen útvonal fehérjét kódolja, a kofaktor nem jön létre. Ezeknek a mutációknak pleiotrop hatásuk van, mivel a kofaktortól függő proteinek egyike sem lesz képes aktív lenni, bár a saját génjeik tökéletesen funkcionálisak.

Molibdén

Például a prokariótákban és az eukariótokban a molibdén elengedhetetlen bizonyos enzimek működéséhez.

A molibdént biológiailag hasznosnak kell lennie egy másik szerves molekulával komplexet képezve, amely a különféle enzimek komplex anyagcsere útján történő hatása terméke.

Amint ez a molibdénnel komplexedő kofaktor képződik, az összes molibdoprotein felhasználja azt minden egyes funkciójához.

A pleiotrop hatás egy mutációban, amely megakadályozza a molibdocofactor szintézisét, nem csak ennek hiányában, hanem a mutációt hordozó egyén összes molibdén enzimjének enzimatikus aktivitásának elvesztésében is megnyilvánul.

-Laminopathies

A magréteg egy bonyolult háló, amely a sejtmagban dinamikusan kapcsolódik a belső membránhoz. A nukleáris réteg szabályozza többek között a mag szerkezetét, az euchromatin és a heterochromatin közötti megoszlást, a gén expressziót, valamint a DNS replikációját.

A maglamina néhány fehérjéből áll, amelyeket együttesen lamininnek neveznek. Mivel ezek strukturális fehérjék, amelyekkel sokan mások kölcsönhatásba lépnek, minden mutáció, amely befolyásolja a génjeit, pleiotrop hatásokkal jár.

A mutációk pleiotrop hatásai a laminin génekben olyan betegségekként nyilvánulnak meg, amelyeket laminopathiáknak hívnak.

Vagyis a laminopathia a pleiotróp megnyilvánulás, mely a laminin gének mutációiból fakad. A laminopathiák klinikai megnyilvánulásai közé tartozik, de nem kizárólag, a Progeria, az Emery-Dreifuss izomdisztrófia és számos egyéb állapot.

- Átírási szabályozók

Más gének, amelyek mutációi sokféle pleiotróp hatást idéznek elő, azok, amelyek a transzkripciós szabályozókat kódolják.

Ezek olyan fehérjék, amelyek specifikusan szabályozzák a génexpressziót; vannak olyanok is, amelyek a transzkripció általános szabályozói. Mindenesetre, ezeknek a termékeknek a hiánya meghatározza, hogy más géneket nem írnak-e át (azaz nem fejezik ki).

Egy olyan mutáció, amely meghatározza az általános vagy specifikus transzkripciós szabályozó hiányát vagy működési hibáját, pleiotrop hatásokkal jár a szervezetben, mivel egyetlen, az ellenőrzése alatt álló gén sem expresszálódik.

Pleiotropia és epigenetika

A génexpresszióban bekövetkező olyan változásmechanizmusok felfedezése, amelyek nem függenek a gének nukleotidszekvenciájának változásaitól (epigenetika), gazdagították a pleiotropia látásunkat.

Az epigenetika egyik leginkább tanulmányozott aspektusa az endogén mikroRNS-ek hatása. Ezek a mir nevű gének transzkripciójának termékei.

A mir gén transzkripciója olyan RNS-t eredményez, amely feldolgozása után a citoplazmában kis inaktiváló RNS-ként hat.

Ezeket az RNS-ket kis hangtompító RNS-eknek nevezzük, mivel képesek komplementerként megcélozni a messenger RNS-eket. Csatlakozásukkal az üzenetküldő degradálódik, és a karakter nem fejeződik ki.

Bizonyos esetekben ez a kis molekula többféle hírvivőhöz kötődik, természetesen pleiotróp hatást vált ki.

Pleiotropia és öregedés

Az öregedés természetes okainak magyarázata a pleiotróp gének hatásában rejlik. A GC Williams által felvetett hipotézis szerint az öregedés annak az következménye, amit ő antagonista pleiotropianak nevez.

Ha vannak olyan gének, amelyek termékei antagonista hatással bírnak a szervezet életének különböző szakaszaiban, akkor ezek a gének hozzájárulhatnak az öregedéshez.

Ha a jótékony hatások a szaporodás előtt és a káros hatások után jelentkeznek, akkor a természetes szelekció kedvezi őket. De egyébként a természetes szelekció működne e gének ellen.

Ilyen módon, ha a gének valóban pleiotrópok, az öregedés elkerülhetetlen, mivel a természetes szelekció mindig a reprodukciót támogató gének mellett járna.

Pleiotropia és specifikáció

A szimmetrikus specifikáció egy olyan típusú spekuláció, amely a populációk között földrajzi korlátok nélkül alakul ki. Az ilyen típusú specifikációt nyilvánvalóan a pleiotróp mutációk támogatják.

A Kondrashov által kifejlesztett matematikai szimulációs modellek azt mutatják, hogy a szimmetrikus populációk közötti reprodukciós izoláció az ökológiai szempontból fontos kvantitatív tulajdonságok megjelenése miatt zavaró szelekció során jelentkezhet.

Ugyanezek a modellek jelzik, hogy ezeknek a tulajdonságoknak kapcsolódniuk kell a pleiotróp génekhez. Ha a változások több gén miatt következnek be, és nem egy pleiotróp gén miatt, a gének rekombinációja a reprodukció során megakadályozza a specifikációt. A pleiotropia elkerüli a rekombináció zavaró hatásait.

Pleiotropia és adaptáció

A föld folyamatosan változik. A organizmusoknak folyamatosan változniuk kell az új feltételekhez való alkalmazkodáshoz. Ezek a változások az evolúcióhoz vezetnek.

Sok szerző szerint az evolúció az organizmusok egyre komplexebbé válásához vezet. Ez a bonyolultság morfológiai lehet, ahol egy adott karakter más környezeti feltételek mellett egymástól függetlenül alakulhat ki.

Ahogy az organizmusok bonyolultabbá válnak, a változásokra való reagálásuk képessége lelassul. Ezt hívják „a komplexitás evolúciós költségének”.

A matematikai modellek szerint a pleiotróp gének megváltozása miatt bekövetkező adaptációk kevésbé költségesek evolúcióval, mint az egyes gének által kódolt karakterek változásai.

Irodalom

1. Brooker, RJ (2017). Genetika: elemzés és alapelvek. McGraw-Hill Felsőoktatás, New York, NY, USA.
2. Goodenough, UW (1984), Genetics. WB Saunders Co. Ltd, Pkiladelphia, PA, USA.
3. Griffiths, AJF, Wessler, R., Carroll, SB, Doebley, J. (2015). Bevezetés a Genetic Analysis (11 ^th ed.). New York: WH Freeman, New York, NY, USA.
4. Ho, R., Hegele, RA (2018) A laminopathia mutációk komplex hatásai a mag szerkezetére és működésére. Klinikai genetika, doi: 10.1111 / cge.13455.
5. Lobo, I. (2008). Pleiotropia: egy gén több vonást befolyásolhat. Természetnevelés, 1:10.
6. Stitzer, MC, Ross-Ibarra, J. (2018) Kukorica háziasítása és génkölcsönhatása. The New Phytologist, 220: 395-408.