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12.18: Pleiotropia
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Pleiotropy
 
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12.18: Pleiotropy

12.18: Pleiotropia

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.

Pleiotropia é o fenômeno no qual um único gene impacta múltiplos traços fenotípicos aparentemente não relacionados. Por exemplo, defeitos no gene SOX10 causam síndrome de Waardenburg Tipo 4, ou WS4, que pode causar defeitos na pigmentação, deficiências auditivas e ausência de contrações intestinais necessárias para eliminação. Essa diversidade de fenótipos resulta do padrão de expressão do SOX10 no desenvolvimento embrionário e fetal precoce. Sox10 é encontrado em células de crista neural que formam melanócitos, que estão envolvidos na pigmentação e também no desenvolvimento precoce do ouvido. O SOX10 também é expresso no tecido nervoso que eventualmente contribui para o sistema nervoso entérico no intestino, que controla as contrações necessárias para a eliminação de resíduos. Desta forma, o SOX10 exibe efeitos pleiotrópicos, pois influencia vários fenótipos.

Efeitos pleiotrópicos do SOX10

A pleiotropia pode surgir através de vários mecanismos. A pleiotropia genética ocorre quando um gene tem várias funções devido à codificação de um produto que interage com múltiplas proteínas ou catalisa múltiplas reações. Por exemplo, em humanos, uma cópia anormal do gene SOX10, no qual uma região é excluída, pode levar a defeitos de desenvolvimento que incluem um forelock branco, íris de cores diferentes (por exemplo, um azul e um marrom), e regiões de pele não espigmentada. Esses traços são todos sintomas de uma doença chamada Síndrome de Waardenburg Tipo 4, ou WS4, uma desordem recessiva autossômica que resulta em múltiplos defeitos de pigmento. Os efeitos pleiotrópicos do SOX10 no WS4 estendem-se a sintomas adicionais aparentemente não relacionados à pigmentação, como perda auditiva. Indivíduos com WS4 também sofrem com a falta de contrações intestinais, resultando em um cólon aumentado e dificuldades para eliminar o desperdício. Esses sintomas indicam que, além de afetar a pigmentação, o SOX10 também impacta a audição e contribui para um fenótipo intestinal anormal.

Padrões de expressão de desenvolvimento precoce

A capacidade do SOX10 de exercer seus efeitos pleiotrópicos pode ser explicada por sua expressão no desenvolvimento embrionário e fetal precoce, durante o qual é encontrado em células de crista neural que eventualmente levam à formação de células pigmentadas chamadas melanócitos. Além da pigmentação, os melanócitos influenciam a audição, pois são encontrados no ouvido em desenvolvimento. Sox10 também é expresso em células de gânglios do hindgut terminal que contribuem para a formação do trato gastrointestinal e controle de contrações intestinais. Isso explica os problemas de eliminação e o aumento dos cólons em alguns indivíduos WS4. Portanto, sox10 é um exemplo de um gene pleiotrópico, porque tem um impacto em vários processos de desenvolvimento e influencia múltiplos traços fenotípicos.


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