Plejaotroopia (pleiotroopia): selgitus ja geenide mitmekordne mõju

Plejaotroopia (pleiotroopia): kuidas üks geen mõjutab mitut tunnust, mehhanismid, mõju arengugeneetikas ning näited — selge ülevaade pleiotroopsetest geeniefektidest.

Plejaotroopia on keskne mõiste arengugeneetikas. Plejaotroopias mõjutab üks geen samas organismis mitmeid fenotüüpseid tunnuseid.

Need pleiotroopsed mõjud näivad sageli olevat üksteisega mitteseotud. Tavaline alusmehhanism on see, et sama geen aktiveerub mitmes erinevas koes, tekitades näiliselt erinevaid mõjusid. Sellest järeldub, et see nähtus peab olema äärmiselt levinud, sest enamikul geenidel on mõju rohkem kui ühes koes.

Põhilised bioloogilised mehhanismid, mille kaudu üks geen võib mõjutada mitut tunnust:

• Erinev avaldumine aja või koe lõikes – geen võib olla aktiivne nii loote- kui täiskasvanud staadiumis või erinevates kudedes.
• Mitmeotstarbeline valk – ühe geeni poolt kodeeritud valk võib osaleda mitmes biokeemilises protsessis või struktuuris.
• Alternatiivne splaissing ja isoformid – samast geenist tekkivad eri RNA- või valguvormid võivad toimida erinevates rollides.
• Regulatoorne plejaotroopia – üks geen või reguleeriv element mõjutab teiste geenide ekspressiooni võrgustikku.
• Arenguline kaskaad – muutus arengus esimeses etapis võib avalduda mitmes järgnevas fenotüübis.

Praktilised ja tuntud näited plejaotroopiast:

• Fenüülketonuuria (PAH) – PAH-geeni mutatsioonid põhjustavad ainevahetushäireid, mis mõjutavad närvikude ja võivad põhjustada vaimse arengu häireid ning mõjutada naha ja karva pigmentatsiooni.
• Sirprakuline aneemia (HBB) – hemoglobiini mutatsioonid põhjustavad vere ja hapniku transporti mõjutavaid sümptomeid ning sama muutus annab osalist kaitset malaariavast, mis on klassikaline näide antagonistlikust plejaotroopiast.
• Kistsüstiline fibroos (CFTR) – üks geen mõjutab kopsude, pankrease ja higinäärmete tööd, mistõttu haiguse kliiniline pilt on mitmetahuline.
• Marfani sündroom (FBN1) – FBN1-muutused mõjutavad sidekude ja avalduvad südame-veresoonkonna, skeleti ja silmade probleemidena.

Plejaotroopial on olulisi evolutsioonilisi tagajärgi:

• Adaptatsiooni piirangud – kui üks geen mõjutab nii kasulikke kui kahjulikke tunnuseid, võib see takistada ühe tunnuse puhast kohanemist ilma teisi kahjustamata.
• Antagonistlik plejaotroopia – mutatsioon, mis on ühe tunnuse jaoks kasulik, võib samaaegselt olla teise jaoks kahjulik; see aitab seletada vanusega seotud kasulike omaduste säilimist.
• Geneetilised korrelatsioonid – plejaotroopia loob tunnustevahelisi seoseid, mida tuleb arvestada valiku ja pärilikkuse uurimisel.

Kliiniliselt ja teadusuuringutes on plejaotroopia tähtis järgmistel põhjustel:

• See muudab haiguste molekulaarse põhjuste tõlgendamise keerukamaks – üks ja sama mutatsioon võib anda mitut kliinilist sümptomit.
• Pleiotroopia aitab mõista ravimite võõrtoimeid ja võimalusi ravimite ümberpaigutamiseks (drug repurposing), kuna sihtravim mõjutab sageli peremehe mitmeid protsesse.
• Uurimismeetodid: mitmetunnuse GWAS-analüüsid, QTL-kaardistamine mudelorganismides, geenide väljenduse võrgustiku analüüs ja geenide sihipärane inaktiveerimine (knockout) aitavad tuvastada pleiotroopseid geene.

Seda terminit võib vastandada pleiomorfismile, mille puhul geneetiliselt ühtne organismide rühm näitab muutuvaid

fenotüüpe. Erinevus on lihtsustatult selles, et plejaotroopia kirjeldab ühte geeni — mitut tunnust, samas kui pleiomorfism kirjeldab ühe tunnuse — mitut väljendusviisi ühe genotüübi juures.

Lõpetuseks: plejaotroopia on laialt levinud ja mõjutab nii põhibioloogilist arusaamist geenifunktsioonidest kui ka praktilisi valdkondi nagu meditsiin, evolutsioonibioloogia ja geneetiline epidemioloogia. Selle tunnustamine aitab paremini tõlgendada geeni-muutuste mõjusid ja kujundada sihipärasemaid uurimis- ja ravistrateegiaid.

Otsing