- Tarih
- Pleiotropik etkilere sahip gen örnekleri
- -Drosophila'daki körelmiş gen
- -Kedilerde pigmentasyon ve sağırlık
- - Kıvrılmış tüylü civciv
- -İnsanlarda
- Marfan sendromu
- Holt-Oram sendromu
- Nijmegen sendromu
- -Fenilketonüri
- -Diğer metabolik yollar
- Molibden
- -Laminopatiler
- - Transkripsiyonel düzenleyiciler
- Pleiotropi ve epigenetik
- Pleiotropi ve yaşlanma
- Pleiotropi ve türleşme
- Pleiotropi ve adaptasyon
- Referanslar
Pleiotropy bir bireyde, bir genin ekspresyonu, diğer ilişkisiz karakterlerin fenotipik ekspresyonunu etkileyen genetik bir olgudur. Etimolojik olarak pleiotropi, "daha fazla değişiklik" veya "birçok etki" anlamına gelir: yani, tek bir genin ifadesinden beklenenden daha fazla etki. Polifeni (birçok fenotip) olarak da bilinir, ancak nadiren kullanılan bir terimdir.
Bu bilimin bebeklik döneminde genetikçilerin çoğunun kafasını karıştıran kalıtım fenomenlerinden biri, birden fazla karakteri etkileyen mutasyonlardır.
İlk başta her karakterin tek bir gen tarafından kontrol edildiğine inanılıyordu. Sonra bir karakterin tezahürünün birden fazla genin katılımını gerektirebileceğini fark ettik.
Bununla birlikte, en şaşırtıcı olan şey, tek bir genin birden fazla kalıtsal özelliğin tezahürünü etkileyebilmesidir, ki bu esasen pleiotropiyi tanımlayan şeydir.
Genel olarak, pleiotropi gösterildiğinde, sorumlu genin pleiotropik etkilere sahip olduğunu söylemek, genin pleiotropik olduğundan daha uygundur.
Hepsi bu sözleşmeye bağlı olmasa da, pleiotropik genin kendi başına pleiotropiyi değil, belirli bir özelliği kodladığını not etmek önemlidir.
Aksi takdirde, "normallik", belirli bir genin vahşi bir alelinin diğerleri üzerindeki etkisinin pleiotropik tezahüründen başka bir şey olmayacaktır. Ancak bu genetik olarak yanlıştır.
Tarih
Pleiotropi terimi ilk olarak 1910'da Ludwig Plate adlı bir Alman genetikçi tarafından kullanıldı. Plate, bu terimi her zaman birlikte ortaya çıkan ve ilişkili görünebilen birkaç farklı fenotipik özelliğin görünümünü açıklamak için kullandı. Ona göre, bu fenomen ortaya çıktığında, bir birim pleiotropik kalıtımdan kaynaklanmaktadır.
Başka bir Alman, Hans Gruneberg, pleiotropiyi "gerçek" ve "sahte" olarak ikiye ayırdı. İlki, iki farklı birincil ürünün tek bir yerden ortaya çıkmasıyla karakterize edildi.
İkincisi, bu yazara göre, farklı şekillerde kullanılan tek bir birincil üründen bahsediyordu. Bugün gerçek pleiotropinin Gruneberg anlamı bir kenara bırakılırken, sahte pleiotropi basitçe pleiotropi olarak kabul edilir.
Pleiotropi kavramının başka bir bölümü, iki tür pleiotropi olduğuna işaret eden Ernst Hadorn tarafından yapıldı: mozaik ve ilişkisel. İlki, bir gen iki farklı fenotipik özelliği etkileyen bilgiyi kodladığında ortaya çıkar.
İlişkisel pleiotropi ise, bir gen birbiriyle ilişkili farklı olayların başlamasını belirlediğinde ve bu birden çok bağımsız özelliği etkilediğinde ortaya çıkar.
Kacser ve Burns, kendi adlarına, genomun herhangi bir kısmındaki herhangi bir varyasyonun, tüm özellikleri doğrudan veya dolaylı olarak farklı derecelerde etkilediğine dikkat çekti. Bu fikir, evrensel pleiotropi adıyla bilinir.
Pleiotropik etkilere sahip gen örnekleri
Genlerin ürünleri arasındaki etkileşimin bazı sonuçlarını tanımlayan bir olgu olan Pleiotropi evrenseldir.
Virüsler ve hücresel yapıdaki tüm organizmalar, ürünleri diğer karakterlerin tezahürü için önemli olan genlere sahiptir. Yabani tip ve mutant alelleri pleiotropik etkilere sahip olan bu genler, farklı bir yapıya sahiptir.
-Drosophila'daki körelmiş gen
Drosophila'da (meyve sineği), körelmiş gen, kanatların gelişme düzeyini belirler. Bu gen her iki ebeveynden miras alındığında, soyundan gelen sinek körelmiş kanatlara sahip olacak ve uçamayacaktır.
Ancak bunlar, körelmiş genin tek etkisi olmayacak. Bu gen pleiotropiktir ve varlığı aynı zamanda sineğin yumurtalıklarındaki yumurta sayısında azalmaya yol açar. Ayrıca torakstaki kılların sayısını ve dizilişini değiştirerek ömrünü kısaltır budur.
-Kedilerde pigmentasyon ve sağırlık
Kedilerde pigmentasyon bilgisini kodlayan gen, pleiotropik bir gendir. Bu nedenle, beyaz kürklü ve mavi gözlü kedilerin oldukça yüksek bir yüzdesi de sağırdır.
Mavi gözü ve sarı gözü olan beyaz kediler bile sadece başın mavi gözle aynı tarafındaki kulakta sağırdır.
Kedilerde Pleiotropi. Heterokromili beyaz kedi. Alıntı: Keith Kissel, Wikimedia Commons aracılığıyla.
- Kıvrılmış tüylü civciv
Tavuklarda, baskın bir gen, karıştırılmış tüylerin etkisini üretir. Bu genin, diğer fenotipik etkileri gösterdiği için pleiotropik bir etkiye sahip olduğu gösterilmiştir: artan metabolik hızlar, artan vücut ısısı, artan gıda tüketimi.
Ek olarak, bu gene sahip tavuklar cinsel olgunlukta gecikme ve doğurganlıkta azalma gösterir.
-İnsanlarda
Marfan sendromu
Bu sendromun semptomları arasında alışılmadık derecede uzun vücut büyüklüğü, ilerleyen kalp bozuklukları, göz merceğinin çıkması, pulmoner bozukluklar bulunur.
Tüm bu semptomlar doğrudan tek bir gen mutasyonu ile ilgilidir. FBN1 adı verilen bu gen, işlevi vücudun farklı bölgelerindeki bağ dokularında kullanılan bir glikoproteini kodlamak olduğu için pleiotropiktir.
Holt-Oram sendromu
Bu sendromlu hastaların karpal kemiklerinde ve ön ayakların diğer kemiklerinde anormallikler vardır. Ek olarak, bu sendromlu 4 hastadan yaklaşık 3'ünde kalp sorunları vardır.
Nijmegen sendromu
Ondan muzdarip olanların mikrosefali, immün yetmezlik, gelişim bozuklukları ve lenfatik kanser ve lösemi eğilimi olması ile karakterizedir.
-Fenilketonüri
İyi bilinen bir pleiotropik etki vakası, fenilketonüriden sorumlu mutant allellerden kaynaklanır.
Metabolik bir hastalık olan fenilketonüri, fenilalanin hidroksilaz enzimini kodlayan tek bir genin mutasyonundan kaynaklanır. İnaktif mutant enzim, amino asit fenilalanini parçalayamaz; bu biriktiğinde, organizma sarhoş olur.
Bu nedenle, mutasyona uğramış genin iki kopyasını taşıyan bireylerde gözlemlenen etki çokludur (pleiotropik).
Hastalığın veya sendromun nedeni, farklı yollardan deri döküntülerine, nörolojik bozukluklara, mikrosefali, açık ten ve mavi gözlere (melanin oluşumunun olmamasından dolayı) vb. Neden olan metabolik aktivite eksikliğidir.
Bu diğer özelliklerin değişmiş tezahürüne dahil olan genlerin hiçbiri zorunlu olarak mutasyona uğramaz.
-Diğer metabolik yollar
Birkaç enzimin aktif olmak için aynı kofaktörü paylaştığı veya kullandığı çok yaygındır. Bu kofaktör, bu biyosentetik yola katılan diğer birkaç proteinin uyumlu hareketinin son ürünüdür.
Bu yolun proteinlerini kodlayan genlerin herhangi birinde bir mutasyon üretilirse, kofaktör üretilmeyecektir. Bu mutasyonların pleiotropik bir etkisi olacaktır, çünkü aktif olması için kofaktöre bağlı olan proteinlerin hiçbiri, kendi genleri mükemmel şekilde işlevsel olmasına rağmen aktif olamayacaktır.
Molibden
Örneğin hem prokaryotlarda hem de ökaryotlarda molibden, belirli enzimlerin işleyişi için gereklidir.
Biyolojik olarak yararlı olması için molibden, karmaşık bir metabolik yoldaki çeşitli enzimlerin etkisinin ürünü olan başka bir organik molekül ile kompleks hale getirilmelidir.
Molibden ile kompleks haline getirilen bu kofaktör oluştuğunda, tüm molibdoproteinler tarafından her birinin kendi işlevini yerine getirmek için kullanılacaktır.
Molibdocofactor sentezini engelleyen bir mutasyondaki pleiotropik etki, sadece yokluğunda değil, aynı zamanda mutasyonu taşıyan bireyin tüm molibdoenzimlerinin enzimatik aktivitesinin kaybında da ortaya çıkacaktır.
-Laminopatiler
Nükleer tabaka, çekirdeğin içindeki karmaşık bir ağdır ve dinamik olarak iç zarına bağlanır. Nükleer tabaka, diğer şeylerin yanı sıra çekirdeğin yapısını, ökromatin ve heterokromatin arasındaki bölünmeyi, gen ifadesini ve DNA replikasyonunu düzenler.
Çekirdek lamina toplu olarak lamininler olarak bilinen birkaç proteinden oluşur. Bunlar, diğerlerinin çoğunun etkileşime girdiği yapısal proteinler olduğundan, genlerinizi etkileyen herhangi bir mutasyon, pleiotropik etkilere sahip olacaktır.
Laminin genlerindeki mutasyonların pleiotropik etkileri, laminopatiler olarak adlandırılan hastalıklar olarak ortaya çıkacaktır.
Yani laminopati, laminin genlerindeki mutasyonlardan kaynaklanan pleiotropik tezahürdür. Laminopatilerin klinik belirtileri arasında, bunlarla sınırlı olmamak üzere, Progeria, Emery-Dreifuss kas distrofisi ve bir dizi başka durum bulunur.
- Transkripsiyonel düzenleyiciler
Mutasyonları çok sayıda farklı pleiotropik etkiye yol açan diğer genler, transkripsiyon düzenleyicileri kodlayan genlerdir.
Bunlar spesifik olarak gen ekspresyonunu kontrol eden proteinlerdir; transkripsiyonun genel düzenleyicileri olan başkaları da var. Her durumda, bu ürünlerin yokluğu, diğer genlerin kopyalanmadığını (yani ifade edilmediğini) belirler.
Genel veya spesifik bir transkripsiyonel regülatörün yokluğunu veya arızasını belirleyen bir mutasyon, organizmada pleiotropik etkilere sahip olacaktır, çünkü kontrolü altındaki hiçbir gen eksprese edilmeyecektir.
Pleiotropi ve epigenetik
Genlerin nükleotid dizisindeki değişikliklere (epigenetik) bağlı olmayan gen ekspresyonundaki değişiklik mekanizmalarının keşfi, pleiotropi vizyonumuzu zenginleştirdi.
Epigenetiğin en çok incelenen yönlerinden biri, endojen mikroRNA'ların etkisidir. Bunlar mir adı verilen genlerin transkripsiyonunun ürünüdür.
Bir mir geninin transkripsiyonu, işlendikten sonra sitoplazmada küçük bir inaktive edici RNA gibi davranan bir RNA'ya yol açar.
Bu RNA'lara küçük susturucu RNA'lar denir çünkü haberci RNA'ları hedeflemek için tamamlayıcı olma kabiliyetine sahiptirler. Onlara katılarak, haberci alçalır ve karakter ifade edilmez.
Bazı durumlarda bu küçük molekül birden fazla farklı haberciye bağlanabilir ve elbette pleiotropik bir etkiye yol açabilir.
Pleiotropi ve yaşlanma
Yaşlanmanın doğal nedenlerinin açıklaması, pleiotropik genlerin etkisinde olabilir. GC Williams tarafından ileri sürülen bir hipoteze göre, yaşlanma, antagonistik pleiotropi dediği şeyin sonucudur.
Bir organizmanın yaşamının farklı aşamalarında ürünleri antagonistik etkilere sahip genler varsa, bu genler yaşlanmaya katkıda bulunabilir.
Yararlı etkiler üremeden önce ortaya çıkarsa ve ondan sonraki zararlı etkiler, doğal seçilim tarafından tercih edilir. Ancak aksi takdirde doğal seçilim bu genlere karşı iş görür.
Bu şekilde, eğer genler gerçekten pleiotropik ise, yaşlanma kaçınılmaz olacaktır çünkü doğal seçilim her zaman üremeyi destekleyen genlerin lehine hareket edecektir.
Pleiotropi ve türleşme
Sempatik türleşme, popülasyonlar arasında coğrafi engeller olmaksızın gerçekleşen bir türleşme türüdür. Görünüşe göre bu türleşme, pleiotropik mutasyonlar tarafından tercih edilmektedir.
Kondrashov tarafından geliştirilen matematiksel simülasyon modelleri, yıkıcı seçim altında ekolojik açıdan önemli niceliksel özelliklerin ortaya çıkması nedeniyle sempatrik popülasyonlar arasında üreme izolasyonunun meydana gelebileceğini göstermektedir.
Aynı modeller, bu özelliklerin pleiotropik genlerle ilişkili olması gerektiğini gösterir. Değişiklikler pleiotropik değil de birkaç genden kaynaklanıyorsa, üreme sırasında genlerin rekombinasyonu türleşmeyi önleyecektir. Pleiotropi, rekombinasyonun bozucu etkilerinden kaçınacaktır.
Pleiotropi ve adaptasyon
Arazi sürekli değişiyor. Organizmalar yeni koşullara uyum sağlamak için sürekli değişmelidir. Bu değişiklikler evrim olarak bilinen şeye yol açar.
Birçok yazar, evrimin organizmaların artan karmaşıklığına yol açtığını iddia ediyor. Bu karmaşıklık, belirli bir karakterin belirli çevresel koşullar altında diğerinden bağımsız olarak gelişebileceği morfolojik olabilir.
Bununla birlikte, organizmalar daha karmaşık hale geldikçe, değişikliklere tepki verme yetenekleri yavaşlar. Bu, "karmaşıklığın evrimsel maliyeti" olarak adlandırılan şeydir.
Matematiksel modeller, pleiotropik genlerdeki değişikliklere bağlı uyarlamaların, tek tek genler tarafından kodlanan karakterlerdeki değişikliklerden kaynaklananlardan evrimsel olarak daha az maliyetli olacağını savunuyor.
Referanslar
- Brooker, RJ (2017). Genetik: Analiz ve İlkeler. McGraw-Hill Higher Education, New York, NY, ABD.
- Goodenough, UW (1984) Genetics. WB Saunders Co. Ltd, Pkiladelphia, PA, ABD.
- Griffiths, AJF, Wessler, R., Carroll, SB, Doebley, J. (2015). Genetik Analiz için bir giriş (11 inci ed.). New York: WH Freeman, New York, NY, ABD.
- Ho, R., Hegele, RA (2018) Laminopati mutasyonlarının nükleer yapı ve fonksiyon üzerindeki karmaşık etkileri. Clinical Genetics, doi: 10.1111 / cge.13455.
- Lobo, I. (2008). Pleiotropi: Bir gen birden fazla özelliği etkileyebilir. Doğa Eğitimi, 1:10.
- Stitzer, MC, Ross-Ibarra, J. (2018) Mısır evcilleştirmesi ve gen etkileşimi. Yeni Fitolog, 220: 395-408.