Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

12.18: Pleiotropie
INHOUDSOPGAVE

JoVE Core
Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. You will only be able to see the first 20 seconds.

Education
Pleiotropy
 
TRANSCRIPT

12.18: Pleiotropy

12.18: Pleiotropie

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.

Pleiotropie is het fenomeen waarbij een enkel gen invloed heeft op meerdere, schijnbaar ongerelateerde fenotypische eigenschappen. Defecten in het SOX10- gen veroorzaken bijvoorbeeld Waardenburg Syndroom Type 4 of WS4, wat defecten in pigmentatie, gehoorstoornissen en afwezigheid van darmcontracties kan veroorzaken die nodig zijn voor eliminatie. Deze diversiteit aan fenotypes is het resultaat van het expressiepatroon van SOX10 in de vroege embryonale en foetale ontwikkeling. SOX10 wordt aangetroffen in neurale crestcellen die melanocyten vormen, die betrokken zijn bij pigmentatie en ook bij de vroege ontwikkeling van het oor. SOX10 komt ook tot uiting in zenuwweefsel dat uiteindelijk bijdraagt aan het enterische zenuwstelsel in de darmen, dat de contracties controleert die nodig zijn voor de eliminatie van afvalstoffen. Op deze manier vertoont SOX10 pleiotrope effecten, omdat het meerdere fenotypes beïnvloedt.

Pleiotrope effecten van SOX10

Pleiotropie kan ontstaan via verschillende mechanismen. Gene pleiotropie treedt op wanneer een gen verschillende functies heeft doordat het codeert voor een product dat een interactie aangaat met meerdere eiwitten of meerdere reacties katalyseert. Bij mensen kan bijvoorbeeld een abnormale kopie van het SOX10- gen, waarin een gebied is verwijderd, leiden tot ontwikkelingsstoornissen zoals een witte kuif, irissen met verschillende kleuren (bijvoorbeeld een blauwe en een bruine) en gebieden met ongepigmenteerde huid. Deze eigenschappen zijn allemaal symptomen van een aandoening genaamd Waardenburg Syndroom Type 4, of WS4, een autosomaal recessieve aandoening die resulteert in meerdere pigmentdefecten. De pleiotrope effecten van SOX10 in WS4 strekken zich uit tot aanvullende symptomen die schijnbaar geen verband houden met pigmentatie, zoals gehoorverlies. Personen met WS4 lijden ook aan een gebrek aan darmcontracties, wat resulteert in een vergrote dikke darm en moeilijkheden bij het elimineren van afval. Deze symptomen geven aan dat SOX10 niet alleen de pigmentatie beïnvloedt, maar ook het gehoor beïnvloedt en bijdraagt aan een abnormale darmfenotie.pe.

Expressiepatronen voor vroege ontwikkeling

Het vermogen van SOX10 om zijn pleiotrope effecten uit te oefenen, kan worden verklaard door zijn expressie in de vroege embryonale en foetale ontwikkeling, waarbij het wordt aangetroffen in neurale kamcellen die uiteindelijk leiden tot de vorming van pigmentcellen die melanocyten worden genoemd. Naast pigmentatie beïnvloeden melanocyten het gehoor, omdat ze in het zich ontwikkelende oor worden aangetroffen. SOX10 wordt ook tot expressie gebracht in ganglioncellen van de einddarm die bijdragen aan de vorming van het maagdarmkanaal en de darmcontracties beheersen. Dit verklaart de eliminatieproblemen en vergrote dubbele punten bij sommige WS4-individuen. SOX10 is daarom een voorbeeld van een pleiotroop gen, omdat het invloed heeft op verschillende ontwikkelingsprocessen en meerdere fenotypische eigenschappen beïnvloedt.


Aanbevolen Lectuur

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter