stringtranslate.com

Экспрессивность (генетика)

В генетике экспрессивность — это степень, в которой фенотип выражается индивидуумами, имеющими определенный генотип . В качестве альтернативы это может относиться к экспрессии определенного гена индивидуумами, имеющими определенный фенотип. Экспрессивность связана с интенсивностью данного фенотипа; она отличается от пенетрантности , которая относится к доле индивидуумов с определенным генотипом, которые разделяют тот же фенотип. [1]

Переменная экспрессивность

Переменная экспрессивность относится к феномену, при котором особи с общим генотипом проявляют различные фенотипы. [2] Это можно далее описать как спектр связанных признаков, которые могут различаться по размеру, цвету, интенсивности и т. д. Переменная экспрессивность может наблюдаться у растений и животных, например, различия в цвете волос, размере листьев и тяжести заболеваний.

Механизмы, влияющие на экспрессивность

Рисунок 1. На этом рисунке показаны некоторые факторы, влияющие на экспрессивность генов, включая цис-регуляторные элементы, транс-действующие факторы, факторы окружающей среды и модификацию ДНК. При поддержке Biorender.com.

На эту вариацию экспрессии могут влиять гены-модификаторы , эпигенетические факторы или окружающая среда. [3]

  1. Гены-модификаторы могут изменять экспрессию других генов либо аддитивным, либо мультипликативным образом. [3] Это означает, что наблюдаемый фенотип может быть результатом двух разных аллелей (вариантов генов), суммируемых или умножаемых. Однако может также произойти снижение экспрессии, при котором затрагивается первичный локус , где расположен ген. [4]
  2. Эпигенетические факторы — это наследственные изменения в доступности хроматина, которые влияют на экспрессию генов. [5] Эпигенетические факторы могут включать:
    1. Цис-регуляторные элементы , представляющие собой области некодирующей ДНК, которые регулируют транскрипцию генов, такие как промоторы или энхансеры . [6]
    2. Трансрегуляторные элементы , представляющие собой регуляторные белки, такие как факторы транскрипции (TF), которые связываются с ДНК для регуляции экспрессии генов. [7]
    3. Модификации гистонов , которые регулируют доступность хроматина для транскрипции генов. [8]
    4. Варианты хроматина , которые представляют собой различные состояния хроматина. [9]
    5. Геномный импринтинг , который определяет, будут ли экспрессироваться некоторые гены, унаследованные от матери и отца. [10]
  3. Экспрессивность гена может зависеть от условий окружающей среды. [11] Например, пигментация шерсти гималайских кроликов определяется геном C , активность которого зависит от температуры. [12] При выращивании генетически идентичных кроликов, если шерсть кролика достигает температуры выше 35 o C, шерсть становится белой. Если шерсть кролика остается при температуре от 15 до 25 o C, шерсть становится черной.

Изменчивая экспрессивность у растений и животных

Растения

Экспрессивность обычно наблюдается у растений и может регулироваться сложными взаимодействиями между окружающей средой, гормональной сигнализацией и генетикой. Примером экспрессивности у растений, вызванной редким геном, является изменение количества ветвей . Первоначально идентифицированный у растений сорго , этот редкий ген называется Sorghum bicolor Axillary Branched Mutant (SbABM). [13] За несколько лет исследований SbABM у растения сорго раби исследователи обнаружили, что потомство растений имело от 0 до 33 ветвей, хотя все они имели один и тот же генотип SbABM . [13]

Животные

Известным примером является полидактилия у кошек Хемингуэя, то есть наличие дополнительных пальцев. Количество дополнительных пальцев может различаться у разных кошек из-за переменной экспрессивности гена ZRS в кошачьей хромосоме A2. ZRS усиливает активность гена SHH , который участвует в развитии конечностей, и это, как было показано, вызывает дополнительные пальцы. Хотя полидактилия вызывается аутосомно-доминантным аллелем , на изменчивую экспрессивность (количество пальцев) полидактилии у кошек могут влиять ткани, окружающие область, которая разовьется в пальцы. [14]

Клиническое применение

Рисунок 3. Пример заячьей губы, возникшей вследствие синдрома Ван дер Вуда.
Рисунок 2. У людей с синдромом Марфана пальцы обычно длиннее, чем у тех, у кого нет этого синдрома. Крайняя разница в длине пальцев является результатом переменной экспрессивности.

Некоторые распространенные синдромы, которые включают фенотипическую изменчивость из-за экспрессивности, включают: синдром Марфана , синдром Ван дер Вуда и нейрофиброматоз .

Характеристики синдрома Марфана сильно различаются у разных людей. Синдром поражает соединительную ткань в организме и имеет спектр симптомов, варьирующихся от легкого поражения костей и суставов до тяжелых форм у новорожденных и сердечно-сосудистых заболеваний. [15] Это разнообразие симптомов является результатом переменной экспрессии гена FBN1, обнаруженного на хромосоме 15 (см. рисунок 2). [16] Продукт гена участвует в правильной сборке микрофибрилл , которые являются структурами, обнаруженными в соединительных тканях для обеспечения поддержки и эластичности. [16] У пациентов с синдромом Марфана наблюдались различные уровни мРНК FBN1 и уровни экспрессии FBN1. [17] Эти различные уровни не были связаны ни с полом, ни с возрастом. Более низкие уровни экспрессии мРНК были связаны с более высоким риском эктопии хрусталика , смещения хрусталика глаза и деформации грудной клетки, аномалии грудной мышцы, что указывает на то, что изменение экспрессии может быть обусловлено уровнями экспрессии, а не генотипом. [17]

Синдром Ван дер Вуда — это состояние, которое влияет на развитие лица, в частности, заячья губа, заячья пасть или и то, и другое (см. Рисунок 3). [18] Носители редкого аллеля также могут иметь ямки около центра нижней губы, которые могут казаться влажными из-за наличия слюнных желез . [18] Полученные в результате фенотипы значительно различаются у разных людей. Эта вариация может варьироваться настолько широко, что исследование, опубликованное кафедрой ортодонтии Афинского университета, показало, что некоторые люди не знали, что у них есть генотип для этого состояния, пока они не прошли тестирование. [19]

Нейрофиброматоз (NF1), также известный как болезнь Реклингхаузена, является генетическим заболеванием , которое вызывается редкой мутацией в гене нейрофибромина (NF1) на хромосоме 17. [20] Эта мутация потери функции в гене-супрессоре опухолей может вызывать опухоли на нервах, называемые нейрофибромами . [21] Они выглядят как небольшие бугорки под кожей. Предполагается, что фенотипическая вариация является результатом генетических модификаторов. [21]

Некоторые гемоглобинопатии (заболевания крови), такие как серповидноклеточная анемия, существуют в спектре. Серповидноклеточная анемия является аутосомно-рецессивным, прототипическим моногенным менделевским заболеванием, что означает, что заболевание следует менделевскому наследованию и восходит к одному гену. У людей с серповидноклеточной анемией наблюдаются различные степени тяжести симптомов. Концентрация фетального гемоглобина (HbF) и наличие альфа-талассемии , генетического заболевания крови, при котором альфа-глобиновая субъединица белка гемоглобина вырабатывается недостаточно, считаются основными факторами, способствующими генетической модификации, приводящей к переменной экспрессивности гемолиза (разрушения эритроцитов) и увеличению тяжести заболевания. [22]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Мико И (2008). «Изменчивость фенотипа: пенетрантность и экспрессивность». Nature Education . 1 (1): 137.
  2. ^ Буржуа, П. (1998-06-01). «Изменчивая экспрессивность и неполная пенетрантность фенотипа гетерозиготной мыши с твист-нулем напоминают таковые при синдроме Сэтре-Чотцена у человека». Молекулярная генетика человека . 7 (6): 945–957. doi : 10.1093/hmg/7.6.945 . ISSN  1460-2083.
  3. ^ ab Marian AJ, Roberts R (апрель 2001 г.). «Молекулярно-генетическая основа гипертрофической кардиомиопатии». Журнал молекулярной и клеточной кардиологии . 33 (4): 655–70. doi :10.1006/jmcc.2001.1340. PMC 2901497. PMID 11273720  . 
  4. ^ Slavotinek A, Biesecker LG (апрель 2003 г.). «Генетические модификаторы в развитии человека и синдромах пороков развития, включая белки-шапероны». Молекулярная генетика человека . 12 Spec No 1 (suppl_1): R45-50. doi : 10.1093/hmg/ddg099 . PMID  12668596.
  5. ^ Peaston AE, Whitelaw E (май 2006). «Эпигенетика и фенотипическая изменчивость у млекопитающих». Mammalian Genome . 17 (5): 365–74. doi :10.1007/s00335-005-0180-2. PMC 3906716. PMID  16688527 . 
  6. ^ Wittkopp, Patricia J.; Kalay, Gizem (2011-12-06). «Цис-регуляторные элементы: молекулярные механизмы и эволюционные процессы, лежащие в основе дивергенции». Nature Reviews Genetics . 13 (1): 59–69. doi :10.1038/nrg3095. ISSN  1471-0056.
  7. ^ Мецгер, Брайан PH; Дюво, Фабьен; Юань, Дэвид C.; Трибан, Стивен; Янг, Бин; Витткопп, Патрисия Дж. (2016-01-18). «Контрастные частоты и эффекты цис- и транс-регуляторных мутаций, влияющих на экспрессию генов». Молекулярная биология и эволюция . 33 (5): 1131–1146. doi : 10.1093/molbev/msw011 . ISSN  0737-4038. PMC 4909133 . 
  8. ^ Петерсон, Крейг Л.; Ланиэль, Марк-Андре (2004). «Гистоны и модификации гистонов». Current Biology . 14 (14): R546–R551. doi : 10.1016/j.cub.2004.07.007 . ISSN  0960-9822.
  9. ^ Мартир, Сара; Банашински, Лора А. (2020-07-14). «Роль вариантов гистонов в тонкой настройке организации и функции хроматина». Nature Reviews Molecular Cell Biology . 21 (9): 522–541. doi :10.1038/s41580-020-0262-8. ISSN  1471-0072. PMC 8245300 . 
  10. ^ Surani, Azim M. (1991). «Влияние импринтинга генома на экспрессию генов, фенотипические вариации и развитие». Human Reproduction . 6 (1): 45–51. doi :10.1093/oxfordjournals.humrep.a137256. ISSN  1460-2350.
  11. ^ Tukker, Anke M; Royal, Charmaine D; Bowman, Aaron B; McAllister, Kimberly A (2021-03-02). «Влияние факторов окружающей среды на моногенные менделевские заболевания». Toxicological Sciences . 181 (1): 3–12. doi : 10.1093/toxsci/kfab022 . ISSN  1096-6080. PMC 8599782 . 
  12. ^ Стертевант, AH (1913). «Дело о гималайском кролике, с некоторыми соображениями о множественных аллеломорфах». The American Naturalist . 47 (556): 234–239. doi :10.1086/279344. ISSN  0003-0147.
  13. ^ аб Иммади, Шобха; Патил, Шрикант; Маралаппанавар, Манджула; Саджанар, Горамама (10 января 2014 г.). «Пенетрантность, экспрессивность и наследование пазушного ветвления у сомаклонального мутанта сорго (Sorghum bicolor L.)». Эвфитика . 196 (3): 449–457. дои : 10.1007/s10681-013-1046-4. ISSN  0014-2336.
  14. ^ Хамелин, Алексия; Коншу, Фабрис; Фюселье, Марион; Дюшени, Беттина; Виейра, Изабель; Филхол, Эмили; Дюфор де Ситрес, Каролина; Тире, Лоран; Гаш, Венсан; Абитболь, Мари (18.02.2020). «Генетическая гетерогенность полидактилии у кошек породы мейн-кун». Журнал медицины и хирургии кошек кошек . 22 (12): 1103–1113. doi :10.1177/1098612x20905061. ISSN  1098-612X. PMC 10814362 . 
  15. ^ "Синдром Марфана". Genetics Home Reference . Получено 2019-10-09 .
  16. ^ ab "FBN1 gene". Genetics Home Reference . Получено 2019-10-09 .
  17. ^ ab Aubart, Mélodie; Gross, Marie-Sylvie; Hanna, Nadine; Zabot, Marie-Thérèse; Sznajder, Marc; Detaint, Delphine; Gouya, Laurent; Jondeau, Guillaume; Boileau, Catherine; Stheneur, Chantal (2015-02-04). «Клинические проявления синдрома Марфана модулируются экспрессией аллеля FBN1 дикого типа». Human Molecular Genetics . 24 (10): 2764–2770. doi : 10.1093/hmg/ddv037 . ISSN  1460-2083.
  18. ^ ab «Синдром Ван дер Вуда». Домашний справочник по генетике . Проверено 9 октября 2019 г.
  19. ^ Ризос М., Спиропулос М. Н. (февраль 2004 г.). «Синдром Ван дер Вуда: обзор. Основные признаки, эпидемиология, сопутствующие признаки, дифференциальная диагностика, экспрессивность, генетическое консультирование и лечение». Европейский журнал ортодонтии . 26 (1): 17–24. doi : 10.1093/ejo/26.1.17 . PMID  14994878.
  20. ^ "Нейрофиброматоз". medlineplus.gov . Получено 2019-10-09 .
  21. ^ Аб Саббаг А, Пасмант Э, Лорендо I, Парфе Б, Барбаро С, Гийо Б и др. (август 2009 г.). «Раскрытие генетической основы вариабельных клинических проявлений нейрофиброматоза 1». Молекулярная генетика человека . 18 (15): 2768–78. дои : 10.1093/hmg/ddp212. ПМЦ 2722187 . ПМИД  19417008. 
  22. ^ Хабара, Алави; Стейнберг, Мартин Х. (2016-03-01). «Мини-обзор: Генетическая основа гетерогенности и тяжести серповидноклеточной анемии». Experimental Biology and Medicine . 241 (7): 689–696. doi :10.1177/1535370216636726. ISSN  1535-3702. PMC 4950383 . 

Дальнейшее чтение