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12.18: Pléiotropie
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Pleiotropy
 
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12.18: Pleiotropy

12.18: Pléiotropie

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.

La pléiotropie est le phénomène dans lequel un seul gène a un impact sur des traits phénotypiques multiples, apparemment sans rapport. Par exemple, les défauts du gène SOX10 causent le syndrome de Waardenburg type 4, ou WS4, qui peut causer des défauts dans la pigmentation, les déficiences auditives, et l’absence de contractions intestinales nécessaires pour l’élimination. Cette diversité de phénotypes résulte du modèle d’expression de SOX10 dans le développement embryonnaire et foetal tôt. SOX10 se trouve dans les cellules de crête neurale qui forment des mélanocytes, qui sont impliqués dans la pigmentation et aussi dans le développement précoce de l’oreille. SOX10 est également exprimé dans le tissu nerveux qui contribue éventuellement au système nerveux entérique dans l’intestin, qui contrôle les contractions nécessaires à l’élimination des déchets. De cette façon, SOX10 présente des effets pléiotropes, car il influence plusieurs phénotypes.

Effets pléiotropes de SOX10

La pléiotropie peut survenir par plusieurs mécanismes. La pléiotropie génétique se produit lorsqu’un gène a diverses fonctions en raison de l’encodage d’un produit qui interagit avec plusieurs protéines ou catalyse plusieurs réactions. Par exemple, chez l’homme, une copie anormale du gène SOX10, dans laquelle une région est supprimée, peut entraîner des défauts de développement qui comprennent un avant-verrouillage blanc, des iris de différentes couleurs (p. ex., un bleu et un brun), et des régions de peau non colorée. Ces traits sont tous des symptômes d’un trouble appelé syndrome de Waardenburg type 4, ou WS4, un trouble récessif autosomal qui entraîne de multiples défauts pigmentaires. Les effets pléiotropes de SOX10 dans WS4 s’étendent vers des symptômes supplémentaires apparemment sans rapport avec la pigmentation, tels que la perte auditive. Les personnes atteintes de WS4 souffrent également d’un manque de contractions intestinales, ce qui entraîne une hypertrophie du côlon et des difficultés à éliminer les déchets. Ces symptômes indiquent que, en plus d’affecter la pigmentation, SOX10 affecte également l’audition et contribue à un phénotype anormal de l’intestin.

Modèles d’expression du développement précoce

La capacité de SOX10 à exercer ses effets pléiotropes peut s’expliquer par son expression dans le développement embryonnaire et fœtal précoce, au cours de laquelle il se trouve dans les cellules de crête neurale qui conduisent finalement à la formation de cellules pigmentaires appelées mélanocytes. En plus de la pigmentation, les mélanocytes influencent l’audition, comme on les trouve dans l’oreille en développement. SOX10 est également exprimé dans les cellules ganglionnaires du hindgut terminal qui contribuent à la formation du tractus gastro-intestinal et contrôlent les contractions intestinales. Cela explique les problèmes d’élimination et les deux points agrandis chez certains individus WS4. Par conséquent, SOX10 est un exemple d’un gène pléiotrope, parce qu’il a un impact sur plusieurs processus de développement et influence de multiples traits phénotypiques.


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