Back to chapter

12.10:

פליאוטרופיה

JoVE Core
Biology
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Biology
Pleiotropy

Languages

Share

במהלך פליוטרופיה, גן אחד משפיע על מספר פנוטיפים ייחודיים. לדוגמה, בבני אדם, עותק לא נורמלי של הגן SOX10, עם אזור מחוק, עלול לגרום לאנשים להיות עם בלורית לבנה, צבעי איריס צבעוניים שונים ואזורי עור לא צבועים. לכן, הגן הזה יכול להשפיע על שיער, עיניים, פנוטיפים העור, ותכונות לא טיפוסיות אלה הן סימפטומים של הפרעה גדולה יותר, הנקראת Waardenburg Syndrome Type 4, בקיצור WS4, עם זאת, תפקידו של SOX10 אינו מוגבל פיגמנטציה, כמו מעיים גדולים של חולים WS4 חוסר מרכיבים של מערכת העצבים ששולטים על התכווצויות מעיים.כתוצאה מכך, פסולת וקולונים מוגדלים הם אופייניים של WS4. אז, SOX10 גם צורות פנוטיפ המעי הרגיז. חשוב לציין, זה ביטוי במהלך הפיתוח המוקדם עשוי להסביר את ההשפעות של הגן הזה, כמו המוצר שלה שנמצא ביצירת תאי פיגמנט, ורקמת עצב מסוימים.מעניין, חלבון SOX10 הוא מצויין גם במרכיבי האוזן העתידית, מה שמרמז כי הגן הזה תורם לפנוטיפים אחרים, היפותזה הנתמכת על ידי ליקויים בשמיעה ואת חירשות מדי פעם מלווה WS4. לכן, לפעמים תכונות מרובות הקשורות להפרעה ותוצאה של הגן הפליאוטרופי האישי.

12.10:

פליאוטרופיה

Pleiotropy is the phenomenon in which a single gene impacts multiple, seemingly unrelated phenotypic traits. For example, defects in the SOX10 gene cause Waardenburg Syndrome Type 4, or WS4, which can cause defects in pigmentation, hearing impairments, and an absence of intestinal contractions necessary for elimination. This diversity of phenotypes results from the expression pattern of SOX10 in early embryonic and fetal development. SOX10 is found in neural crest cells that form melanocytes, which are involved in pigmentation and also in the early development of the ear. SOX10 is also expressed in nerve tissue that eventually contributes to the enteric nervous system in the gut, which controls the contractions necessary for waste elimination. In this way, SOX10 exhibits pleiotropic effects, because it influences multiple phenotypes.

Pleiotropic Effects of SOX10

Pleiotropy can arise through several mechanisms. Gene pleiotropy occurs when a gene has various functions due to encoding a product that interacts with multiple proteins or catalyzes multiple reactions. For example, in humans, an abnormal copy of the SOX10 gene, in which a region is deleted, can lead to developmental defects that include a white forelock, different-colored irises (e.g., one blue and one brown), and regions of unpigmented skin. These traits are all symptoms of a disorder called Waardenburg Syndrome Type 4, or WS4, an autosomal recessive disorder that results in multiple pigment defects. The pleiotropic effects of SOX10 in WS4 extend toward additional symptoms seemingly unrelated to pigmentation, such as hearing loss. Individuals with WS4 also suffer from a lack of intestinal contractions, resulting in an enlarged colon and difficulties eliminating waste. These symptoms indicate that, in addition to affecting pigmentation, SOX10 also impacts hearing and contributes to an abnormal bowel phenotype.

Early Development Expression Patterns

The ability of SOX10 to exert its pleiotropic effects may be explained by its expression in early embryonic and fetal development, during which it is found in neural crest cells that eventually lead to the formation of pigment cells called melanocytes. In addition to pigmentation, melanocytes influence hearing, as they are found in the developing ear. SOX10 is also expressed in ganglion cells of the terminal hindgut that contribute to the formation of the gastrointestinal tract and control intestinal contractions. This explains the elimination problems and enlarged colons in some WS4 individuals. Therefore, SOX10 is an example of a pleiotropic gene, because it has an impact on several developmental processes and influences multiple phenotypic traits.

Suggested Reading

Lango Allen, Hana, Karol Estrada, Guillaume Lettre, Sonja I. Berndt, Michael N. Weedon, Fernando Rivadeneira, Cristen J. Willer, et al. “Hundreds of Variants Clustered in Genomic Loci and Biological Pathways Affect Human Height.” Nature 467, no. 7317 (October 14, 2010): 832–38. [Source]

Mendenhall, Gordon, Thomas Mertens, and Jon Hendrix. “Fingerprint Ridge Count: A Polygenic Trait Useful in Classroom Instruction.” The American Biology Teacher 51, no. 4 (April 1, 1989): 203–7. [Source]