12.10: Plejotropia

Plejotropia to zjawisko, w którym pojedynczy gen wpływa na wiele pozornie niezwiązanych ze sobą cech fenotypowych. Na przykład defekty genu SOX10 powodują zespół Waardenburga typu 4 lub WS4, który może powodować defekty pigmentacji, zaburzenia słuchu i brak skurczów jelit niezbędnych do eliminacji. Ta różnorodność fenotypów wynika ze wzoru ekspresji SOX10 we wczesnym rozwoju embrionalnym i płodowym.SOX10 występuje w komórkach grzebienia nerwowego, które tworzą melanocyty, które biorą udział w pigmentacji, a także we wczesnym rozwoju ucha. SOX10 ulega także ekspresji w tkance nerwowej, która ostatecznie uczestniczy w jelitowym układzie nerwowym w jelitach, który kontroluje skurcze niezbędne do eliminacji odpadów. W ten sposób SOX10 wykazuje działanie plejotropowe, gdyż oddziałuje na wiele fenotypów.

Plejotropowe działanie SOX10

Plejotropia może wynikać z kilku mechanizmów. Plejotropia genu występuje, gdy gen pełni różne funkcje w wyniku kodowania produktu, który oddziałuje z wieloma białkami lub katalizuje wiele reakcji. Na przykład u ludzi nieprawidłowa kopia genu SOX10 , w której region jest usunięty, może prowadzić do wad rozwojowych, które obejmują białą grzywkę, różnokolorowe tęczówki (np. jedną niebieską i jedną brązową) oraz obszary niepigmentowanego skóra. Wszystkie te cechy są objawami zaburzenia zwanego zespołem Waardenburga typu 4 lub WS4, choroby autosomalnej recesywnej, która powoduje liczne defekty pigmentu. Plejotropowe działanie SOX10 w WS4 rozciąga się na dodatkowe objawy pozornie niezwiązane z pigmentacją, takie jak utrata słuchu. Osoby z WS4 również cierpią na brak skurczów jelit, co skutkuje powiększeniem okrężnicy i trudnościami w wydalaniu odpadów. Objawy te wskazują, że oprócz wpływu na pigmentację, SOX10 wpływa również na słuch i przyczynia się do nieprawidłowego fenotypu jelit.

Wzorce ekspresji wczesnego rozwoju

Zdolność SOX10 do wywierania działania plejotropowego można wyjaśnić jego ekspresją we wczesnym rozwoju embrionalnym i płodowym, podczas którego stwierdza się go w komórkach grzebienia nerwowego, co ostatecznie prowadzi do powstania komórek barwnikowych zwanych melanocytami. Oprócz pigmentacji melanocyty wpływają na słuch, ponieważ znajdują się w rozwijającym się uchu. SOX10 ulega także ekspresji w komórkach zwojowych jelita grubego końcowego, które biorą udział w tworzeniu przewodu żołądkowo-jelitowego i kontrolują skurcze jelit. To wyjaśnia problemy z eliminacją i powiększoną okrężnicę u niektórych osób z WS4. Zatem SOX10 jest przykładem genu plejotropowego, ponieważ wpływa na kilka procesów rozwojowych i wpływa na wiele cech fenotypowych.

Podczas plejotropii jeden gen wpływa na kilka unikalnych fenotypów.

Na przykład u ludzi nieprawidłowa kopia genu SOX10 z usuniętym regionem może powodować, że osoby mają białą grzywkę, różnokolorowe tęczówki i obszary niepigmentowanej skóry. W ten sposób gen ten może wpływać na fenotypy włosów, oczu i skóry. Te nietypowe cechy są objawami większego zaburzenia zwanego zespołem Waardenburga typu 4, w skrócie WS4.

Jednak rola SOX10 nie ogranicza się do pigmentacji, ponieważ w jelicie grubym pacjentów z WS4 brakuje składników układu nerwowego, które kontrolują skurcze jelit. W rezultacie charakterystyczne dla WS4 są zatory odpadowe i powiększone okrężnicy. Tak więc SOX10 kształtuje również fenotyp jelit.

Co ważne, jego ekspresja we wczesnym okresie rozwoju może wyjaśniać działanie tego genu, ponieważ jego produkt znajduje się w tworzeniu komórek barwnikowych i niektórych tkanek nerwowych. Co ciekawe, białko SOX10 obserwuje się również w komponentach ucha przyszłości, co sugeruje, że gen ten przyczynia się do innych fenotypów, hipotezę tę potwierdzają upośledzenia słuchu i głuchota towarzyszące czasami WS4.

Tak więc czasami wiele cech związanych z zaburzeniem wynika z indywidualnego genu plejotropowego.