Wat is Pleiotropie? Definitie en voorbeelden

Pleiotropie verwijst naar de expressie van meerdere eigenschappen door een enkel gen. Deze uitgedrukte eigenschappen kunnen al dan niet gerelateerd zijn. Pleitropie werd voor het eerst opgemerkt door geneticus Gregor Mendel, die bekend staat om zijn beroemde studies met erwtplanten. Mendel merkte op dat de kleur van de plantenbloem (wit of paars) altijd gerelateerd was aan de kleur van de bladoksel (gebied op een plantstengel bestaande uit de hoek tussen het blad en het bovenste deel van de stengel) en zaadvacht.

De studie van pleitropische genen is belangrijk voor de genetica, omdat het ons helpt te begrijpen hoe bepaalde eigenschappen in genetische ziekten zijn gekoppeld. Pleitropie kan in verschillende vormen worden genoemd: genpleiotropie, ontwikkelingspleiotropie, selectieve pleiotropie en antagonistische pleiotropie.

Belangrijkste afhaalrestaurants: wat is Pleiotropie?

• pleiotropie is de uitdrukking van meerdere eigenschappen door een enkel gen.
• Gene pleiotropie is gericht op het aantal eigenschappen en biochemische factoren die door een gen worden beïnvloed.
• Ontwikkelingspleiotropie is gericht op mutaties en hun invloed op meerdere eigenschappen.
• Selectieve pleiotropie is gericht op het aantal afzonderlijke fitnesscomponenten die worden beïnvloed door een genmutatie. 
• Antagonistische pleiotropie is gericht op de prevalentie van genmutaties die voordelen hebben in het vroege leven en nadelen op latere leeftijd.

Pleiotropie Definitie

Bij pleiotropie regelt één gen de expressie van verschillende fenotypische eigenschappen. Fenotypes zijn eigenschappen die fysiek worden uitgedrukt, zoals kleur, lichaamsvorm en lengte. Het is vaak moeilijk om te detecteren welke eigenschappen het gevolg kunnen zijn van pleitoropie, tenzij een mutatie in een gen optreedt. Omdat pleiotrope genen meerdere eigenschappen beheersen, heeft een mutatie in een pleiotroop gen invloed op meer dan één eigenschap. 

Kenmerkend worden eigenschappen bepaald door twee allelen (variantvorm van een gen). Specifieke allelcombinaties bepalen de productie van eiwitten die de processen aansturen voor de ontwikkeling van fenotypische eigenschappen. Een mutatie die in een gen optreedt, verandert de DNA-sequentie van het gen. Veranderende gensegmentsequenties resulteren meestal in niet-functionerende eiwitten. In een pleiotroop gen zullen alle kenmerken die met het gen zijn geassocieerd door de mutatie worden veranderd.

Gene pleiotropie, ook wel aangeduid als moleculaire genpleiotropie, richt zich op het aantal functies van een bepaald gen. De functies worden bepaald door het aantal eigenschappen en biochemische factoren die door een gen worden beïnvloed. Biochemische factoren omvatten het aantal enzymreacties gekatalyseerd door de eiwitproducten van het gen.

Ontwikkelingspleiotropie richt zich op mutaties en hun invloed op meerdere eigenschappen. De mutatie van een enkel gen manifesteert zich in de verandering van verschillende eigenschappen. Ziekten met mutationele pleiotropie worden gekenmerkt door tekortkomingen in meerdere organen die invloed hebben op verschillende lichaamssystemen.

Selectieve pleiotropie richt zich op het aantal afzonderlijke fitnesscomponenten die worden beïnvloed door een genmutatie. De term fitness heeft betrekking op hoe succesvol een bepaald organisme is in het overbrengen van zijn genen naar de volgende generatie door seksuele reproductie. Dit type pleiotropie houdt zich alleen bezig met de impact van natuurlijke selectie op eigenschappen.

Pleiotropie voorbeelden

Een voorbeeld van pleiotropie dat bij mensen voorkomt is sikkelcelziekte. Sikkelcelaandoening is het gevolg van de ontwikkeling van abnormaal gevormde rode bloedcellen. Normale rode bloedcellen hebben een biconcave, schijfachtige vorm en bevatten enorme hoeveelheden van een eiwit dat hemoglobine wordt genoemd.

Vergelijking van sikkelcellen en normale rode bloedcellen. ttsz / Getty Images Plus

Hemoglobine helpt rode bloedcellen zich te binden aan en zuurstof naar cellen en weefsels van het lichaam te transporteren. Sikkelcel is een gevolg van een mutatie in het bètaglobinegen. Deze mutatie resulteert in rode bloedcellen die sikkelvormig zijn, waardoor ze samenklonteren en vast komen te zitten in bloedvaten, waardoor de normale bloedstroom wordt geblokkeerd. De enkele mutatie van het bètaglobinegen resulteert in verschillende gezondheidscomplicaties en veroorzaakt schade aan meerdere organen, waaronder het hart, de hersenen en de longen.

PKU

PKU testen. Scientifica / Getty Images Plus

Fenylketonurie of PKU, is een andere ziekte als gevolg van pleiotropie. PKU wordt veroorzaakt door een mutatie van het gen dat verantwoordelijk is voor de productie van een enzym dat fenylalanine hydroxylase wordt genoemd. Dit enzym breekt het aminozuur fenylalanine af dat we krijgen van de vertering van eiwitten. Zonder dit enzym nemen de niveaus van het aminozuur fenylalanine in het bloed toe en beschadigen het zenuwstelsel bij zuigelingen. PKU-stoornis kan leiden tot verschillende aandoeningen bij zuigelingen, waaronder intellectuele handicaps, epileptische aanvallen, hartproblemen en ontwikkelingsachterstanden.

Frizzled Feit Trait

Deze afbeelding illustreert aspecten van het fenotype van frizzle chicken. Volwassen homozygote pluizige kippenveren buigen weg van het lichaam. Ng, Chen Siang, et al. PLoS Genet 8 (7): e1002748. doi.org/10.1371/journal.pgen.1002748

De pluizig verenkenmerk is een voorbeeld van pleiotropie gezien bij kippen. Kippen met dit specifieke gemuteerde veergen vertonen veren die naar buiten krullen in plaats van plat te liggen. Naast gekrulde veren omvatten andere pleiotrope effecten een sneller metabolisme en vergrote organen. Het krullen van de veren leidt tot een verlies van lichaamswarmte die een sneller basaal metabolisme vereist om homeostase te handhaven. Andere biologische veranderingen zijn hogere voedselconsumptie, onvruchtbaarheid en vertragingen bij seksuele rijping.

Antagonistische Pleiotropie Hypothese

Antagonistische pleiotropie is een theorie die wordt voorgesteld om uit te leggen hoe ouderdom of biologische veroudering kan worden toegeschreven aan de natuurlijke selectie van bepaalde pleiotrope allelen. Bij antagonistische pleiotropie kan een natuurlijke allel met een negatieve invloed op een organisme worden begunstigd als het allel ook gunstige effecten produceert. Antagonistisch pleiotrope allelen die de reproductieve fitheid vroeg in het leven verhogen maar biologische veroudering later in het leven bevorderen, worden meestal geselecteerd door natuurlijke selectie. De positieve fenotypes van het pleiotrope gen worden vroeg uitgedrukt wanneer het reproductieve succes hoog is, terwijl de negatieve fenotypes later in het leven worden uitgedrukt wanneer het reproductieve succes laag is.

SEM van sikkelcellen en normale rode bloedcellen. Callista-afbeeldingen / Getty-afbeeldingen

Sikkelcelkenmerk is een voorbeeld van antagonistische pleiotropie doordat de Hb-S-allelmutatie van het hemoglobinegen gen voordelen en nadelen voor overleving biedt. Degenen die homozygoot zijn voor het Hb-S-allel, wat betekent dat ze twee Hb-S-allelen van het hemoglobine-gen hebben, hebben een korte levensduur vanwege de negatieve impact (schade aan meerdere lichaamssystemen) van de sikkelceleigenschap. Degenen die heterozygoot zijn voor de eigenschap, wat betekent dat ze één Hb-S-allel en één normaal allel van het hemoglobinegen hebben, ervaren niet dezelfde mate van negatieve symptomen en vertonen resistentie tegen malaria. De frequentie van het Hb-S-allel is hoger in populaties en regio's waar malaria hoog is.

bronnen

• Carter, Ashley Jr en Andrew Q Nguyen. "Antagonistische Pleiotropie als een wijdverbreid mechanisme voor het behoud van polymorfe allelen." BMC Medical Genetics, vol. 12, nee. 1, 2011, doi: 10.1186 / 1471-2350-12-160.
• Ng, Chen Siang, et al. "De kippenpluisveer is te wijten aan een α-keratine (KRT75) -mutatie die een defecte rachis veroorzaakt." PLoS Genetica, vol. 8, nee. 7, 2012, doi: 10.1371 / journal.pgen.1002748. 
• Paaby, Annalize B. en Matthew V. Rockman. "De vele gezichten van Pleiotropie." Trends in genetica, vol. 29, nee. 2, 2013, pp. 66-73., Doi: 10.1016 / j.tig.2012.10.010.  
• "Fenylketonurie." Amerikaanse National Library of Medicine, National Institutes of Health, ghr.nlm.nih.gov/condition/phenylketonuria.