Дозировка гена — это количество копий определенного гена, присутствующего в геноме . [1] Дозировка гена связана с количеством генного продукта (белков или функциональных РНК), которое клетка способна экспрессировать. Поскольку ген действует как шаблон, количество шаблонов в клетке влияет на количество генного продукта, которое может быть произведено. Однако количество генного продукта, произведенного в клетке, чаще всего зависит от регуляции экспрессии гена . [2] Нормальная дозировка гена зависит от вида; у людей обычно есть две дозы — одна копия от матери и одна от отца. Изменения в дозировке гена могут быть результатом вариации числа копий (вставки гена или делеции гена) или анеуплоидии (аномалии числа хромосом). Эти изменения могут иметь значительные фенотипические последствия. [1]
Плоидность относится к числу полных наборов хромосом в клетке.
У людей обычно дозировка гена равна двум. Поскольку они диплоидны, у них есть два набора из 23 различных хромосом. Количество копий хромосом обычно коррелирует с количеством копий гена, присутствующего в геноме. Например, ген, который кодирует бета-субъединицу гемоглобина (HBB), расположен на хромосоме 11. У людей есть 2 копии хромосомы 11, поэтому у них есть 2 копии гена HBB. [3]
Если у человека ненормальное количество хромосом, то это называется анеуплоидией. Анеуплоидия очень распространена у людей, около 20-40% всех зачатий приводят к появлению эмбриона с анеуплоидией. [4] Большинство случаев анеуплоидии фатальны и приводят к выкидышу. Однако есть несколько исключений, включая синдром Дауна и интерсексуальные состояния. Синдром Дауна вызывается трисомией 21, что означает наличие трех копий хромосомы 21. Таким образом, дозировка генов увеличивается на 50% для генов на этой хромосоме. Хотя это не полностью изучено, считается, что повышенная экспрессия генов на хромосоме 21 является причиной некоторых характерных черт синдрома Дауна . Интерсексуальное состояние, синдром Тернера , возникает, когда у женщины есть только одна X-хромосома, поэтому у нее есть одна половая хромосома. Синдром Клайнфельтера — еще одно интерсексуальное состояние, при котором у мужчины есть две X-хромосомы и одна Y-хромосома, и, следовательно, три половые хромосомы. Все эти синдромы сопровождаются характерными изменениями внешнего вида и/или поведения.
Не все виды диплоидны, как люди [см. Полиплоидия ]. Например, некоторые виды клубники октоплоидны. У этих видов восемь копий каждой хромосомы, поэтому у них было бы восемь копий каждого гена, если бы этот ген имел только одну копию на хромосому. Некоторые виды пшеницы гексаплоидны, а некоторые виды арбузов триплоидны.
Прокариоты размножаются бесполым путем , обычно путем бинарного деления . Бактериальная хромосома присутствует только в одной копии на клетку. Однако все еще могут быть различия в дозировке генов из-за репликации ДНК , которая начинается в начале репликации и заканчивается в месте терминации. Гены, которые находятся ближе к месту начала репликации, реплицируются первыми и, следовательно, присутствуют в двух копиях в клетке в течение более длительного времени, чем гены, которые находятся ближе к месту терминации. Эти небольшие различия в дозировке генов ответственны за различия в экспрессии генов в зависимости от их положения на хромосоме. [5]
Некоторые гены имеют более одной копии на хромосоме; иногда это нормально, а иногда — ненормально.