Дозировка гена — это количество копий определенного гена , присутствующего в геноме . [1] Дозировка гена связана с количеством генного продукта (белков или функциональных РНК), который клетка способна экспрессировать. Поскольку ген действует как шаблон, количество шаблонов в клетке влияет на количество производимого генного продукта. Однако количество генного продукта, вырабатываемого в клетке, чаще всего зависит от регуляции экспрессии генов . [2] Нормальная дозировка гена зависит от вида; у людей обычно есть две дозы — одна копия от матери и одна от отца. Изменения в дозировке генов могут быть результатом изменения количества копий (инсерции или делеции генов) или анеуплоидии (аномалий числа хромосом). Эти изменения могут иметь значительные фенотипические последствия. [1]
Плоидность относится к количеству полных наборов хромосом в клетке.
У людей обычно дозировка гена равна двум. Поскольку они диплоидны, у них есть два набора из 23 разных хромосом. Количество копий хромосом обычно коррелирует с количеством копий гена, присутствующего в геноме. Например, ген, кодирующий бета-субъединицу гемоглобина (HBB), расположен на хромосоме 11. У людей есть 2 копии хромосомы 11, поэтому у них есть 2 копии гена HBB. [3]
Поскольку люди диплоидны – получают по одной копии каждой хромосомы от матери или отца – разные аллели могут быть унаследованы. Доза гена может измениться, если у вас есть два разных аллеля. Например, носители серповидноклеточной анемии, несущие один аллель заболевания и один нормальный аллель гемоглобина. В результате они производят только половину нормального гемоглобина, а другая половина — больного.
Если у человека аномальное количество хромосом, то это называется анеуплоидией. Анеуплоидия очень распространена у людей: около 20–40% всех зачатий создают эмбрион с анеуплоидией. [4] Большинство случаев анеуплоидии смертельны и приводят к выкидышу. Однако есть несколько исключений, включая синдром Дауна и интерсекс-состояния. Синдром Дауна вызван трисомией 21, что означает наличие трех копий хромосомы 21. Таким образом, дозировка генов на этой хромосоме увеличивается на 50%. Хотя это и не до конца понятно, 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 Х-хромосома, то есть у нее одна половая хромосома. Синдром Клайнфельтера — еще одно интерсексуальное заболевание, при котором у мужчины есть две Х-хромосомы и одна Y-хромосома, то есть три половые хромосомы. Все эти синдромы имеют характерные изменения во внешности и/или поведении.
Не все виды диплоидны, как люди [см. Полиплоидия ]. Например, некоторые виды клубники октоплоидны. У этих видов есть восемь копий каждой хромосомы, поэтому у них будет восемь копий каждого гена, если этот ген имеет только одну копию на хромосому. Некоторые виды пшеницы гексаплоидны, а некоторые виды арбуза — триплоидны.
Прокариоты размножаются путем бесполого размножения , обычно путем бинарного деления . Бактериальная хромосома присутствует только в одной копии на клетку. Тем не менее, дозировка генов все еще может варьироваться из-за репликации ДНК , которая начинается в начале репликации и заканчивается в месте терминации. Гены, находящиеся ближе к месту происхождения, реплицируются первыми и, следовательно, присутствуют в клетке в двух копиях в течение более длительного времени, чем гены, находящиеся ближе к месту терминации. Эти небольшие различия в дозировке генов ответственны за вариации экспрессии генов в зависимости от их положения на хромосоме. [5]
Некоторые гены имеют более одной копии в хромосоме; иногда это нормально, а иногда ненормально.