Экспрессивность (генетика)

В генетике определенный экспрессивность — это степень, в которой фенотип выражен у особей, имеющих генотип . Альтернативно, это может относиться к экспрессии определенного гена индивидами, имеющими определенный фенотип. Экспрессивность связана с интенсивностью данного фенотипа; он отличается от пенетрантности , которая относится к доле людей с определенным генотипом, которые имеют один и тот же фенотип. ^[1]

Переменная выразительность

Вариабельная экспрессивность относится к явлению, при котором люди с общим генотипом демонстрируют различные фенотипы. ^[2] Далее это можно описать как спектр связанных черт, которые могут различаться по размеру, цвету, интенсивности и т. д. Различную экспрессивность можно наблюдать у растений и животных, например, различия в цвете волос, размере листьев и тяжести заболеваний.

Механизмы, влияющие на экспрессивность

На это изменение экспрессии могут влиять гены-модификаторы , эпигенетические факторы или окружающая среда. ^[3]

Гены-модификаторы могут изменять экспрессию других генов аддитивным или мультипликативным способом. ^[3] Это означает, что наблюдаемый фенотип может быть результатом двух разных аллелей суммирования или умножения (вариантов гена). Однако может также наблюдаться снижение экспрессии, при котором затрагивается первичный локус , в котором расположен ген. ^[4]
Эпигенетические факторы – это наследственные изменения доступности хроматина, влияющие на экспрессию генов. ^[5] Эпигенетические факторы могут включать:
1. Цис-регуляторные элементы , представляющие собой области некодирующей ДНК, регулирующие транскрипцию генов, такие как промоторы или энхансеры . ^[6]
2. Трансрегуляторные элементы , которые представляют собой регуляторные белки, такие как факторы транскрипции (ТФ), которые связываются с ДНК и регулируют экспрессию генов. ^[7]
3. Модификации гистонов , которые регулируют доступность хроматина для транскрипции генов. ^[8]
4. Варианты хроматина , которые представляют собой разные состояния хроматина. ^[9]
5. Геномный импринтинг , который определяет, будут ли проявляться некоторые гены, унаследованные от матери и отца. ^[10]
На экспрессивность гена могут влиять условия окружающей среды. ^[11] Например, пигментация шерсти гималайских кроликов определяется геном С , активность которого зависит от температуры. ^[12] При выращивании генетически идентичных кроликов, если шерсть кролика достигает температуры выше 35 ^тотC, мех станет белым. Если шерсть кролика находится при температуре от 15 до 25 ^тотC, мех станет черным.

Вариативная экспрессивность у растений и животных

Растения

Экспрессивность обычно наблюдается у растений и может регулироваться сложными взаимодействиями между окружающей средой, гормональными сигналами и генетикой. Примером экспрессивности растений, вызванной редким геном, является изменение количества ветвей . Этот редкий ген, первоначально обнаруженный в растениях сорго , получил название Sorghum bicolor Axillary Branched Mutant (SbABM). ^[13] В течение нескольких лет исследований SbABM на раби растении сорго исследователи обнаружили, что потомство растений варьировало от 0 до 33 ветвей, хотя все они имели один и тот же генотип SbABM . ^[13]

Животные

Хорошо известным примером является полидактилия у кошек Хемингуэя, то есть наличие дополнительных пальцев на ногах. Количество дополнительных пальцев у разных кошек может различаться из-за различной экспрессии гена ZRS в кошачьей хромосоме А2. ZRS усиливает активность гена , SHH который участвует в развитии конечностей, что, как было доказано, приводит к появлению дополнительных пальцев на ногах. Хотя полидактилия вызывается аутосомно-доминантным аллелем , на вариабельную экспрессивность (количество пальцев) полидактилии у кошек могут влиять ткани, окружающие область, из которой впоследствии разовьются пальцы. ^[14]

Клиническое применение

Некоторые распространенные синдромы, которые включают фенотипическую изменчивость из-за экспрессивности, включают: синдром Марфана , синдром Ван дер Вуда и нейрофиброматоз .

Характеристики синдрома Марфана широко варьируются у разных людей. Синдром поражает соединительную ткань организма и имеет спектр симптомов: от легкого поражения костей и суставов до тяжелых форм у новорожденных и сердечно-сосудистых заболеваний. ^[15] Такое разнообразие симптомов является результатом различной экспрессии гена обнаруженного FBN1, на хромосоме 15 (см. рисунок 2). ^[16] Генный продукт участвует в правильной сборке микрофибрилл — структур соединительных тканей, обеспечивающих поддержку и эластичность. ^[16] У пациентов Марфана наблюдались разные уровни мРНК FBN1 и уровни экспрессии FBN1. ^[17] Эти различные уровни не были связаны ни с полом, ни с возрастом. Более низкие уровни экспрессии мРНК были связаны с более высоким риском эктопии хрусталика , смещения хрусталика глаза и деформации грудной клетки, аномалии грудной мышцы, что указывает на то, что вариации в экспрессии могут быть связаны с уровнями экспрессивности, а не с генотип. ^[17]

Синдром Ван дер Вуда — это состояние, которое влияет на развитие лица, в частности, расщелину губы, волчью пасть или и то, и другое (см. рисунок 3). ^[18] У носителей редкого аллеля также могут быть ямочки в центре нижней губы, которые могут казаться влажными из-за наличия слюнных желез . ^[18] Результирующие выраженные фенотипы значительно различаются у разных людей. Эта вариация может варьироваться настолько широко, что исследование, опубликованное кафедрой ортодонтии Афинского университета, показало, что некоторые люди не знали, что обладают генотипом этого заболевания, пока не прошли тестирование. ^[19]

Нейрофиброматоз (NF1), также известный как болезнь фон Реклингхаузена, представляет собой генетическое заболевание , вызванное редкой мутацией гена нейрофибромина (NF1) на хромосоме 17. ^[20] Эта потеря функции мутации в гене-супрессоре опухоли может вызвать опухоли на нервах, называемые нейрофибромами . ^[21] Они выглядят как небольшие шишки под кожей. Установлено, что фенотипическая изменчивость является результатом воздействия генетических модификаторов. ^[21]

Некоторые гемоглобинопатии (заболевания крови), такие как серповидно-клеточная анемия, существуют в широком спектре. Серповидно-клеточная анемия — это аутосомно-рецессивная, прототипная моногенная менделевская болезнь. Это означает, что болезнь наследуется по менделевской схеме и связана с одним геном. Лица с серповидноклеточной анемией имеют симптомы различной степени тяжести. Концентрация фетального гемоглобина (HbF) и наличие альфа-талассемии , генетического заболевания крови, при котором субъединица альфа-глобина белка гемоглобина вырабатывается недостаточно, считаются основными причинами генетической модификации, приводящей к различной выраженности гемолиза (разрушения эритроцитов) и усугубляет тяжесть заболевания. ^[22]

См. также

Ссылки

^ Мико I (2008). «Фенотипическая изменчивость: пенетрантность и экспрессивность» . Природное образование . 1 (1): 137.
^ Буржуа, П. (1 июня 1998 г.). «Переменная экспрессивность и неполная пенетрантность фенотипа гетерозиготных мышей с нулевым поворотом напоминают фенотип человеческого синдрома Сэтре-Чотцена» . Молекулярная генетика человека . 7 (6): 945–957. дои : 10.1093/hmg/7.6.945 . ISSN 1460-2083 .
^ Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б Мэриан Эй Джей, Робертс Р. (апрель 2001 г.). «Молекулярно-генетические основы гипертрофической кардиомиопатии» . Журнал молекулярной и клеточной кардиологии . 33 (4): 655–70. дои : 10.1006/jmcc.2001.1340 . ПМК 2901497 . ПМИД 11273720 .
^ Славотинек А., Бизекер Л.Г. (апрель 2003 г.). «Генетические модификаторы развития человека и синдромы пороков развития, включая белки-шапероны» . Молекулярная генетика человека . 12 Спецификация № 1 (дополнение_1): R45–50. дои : 10.1093/hmg/ddg099 . PMID 12668596 .
^ Пистон А.Э., Уайтлоу Э. (май 2006 г.). «Эпигенетика и фенотипическая изменчивость млекопитающих» . Геном млекопитающих . 17 (5): 365–74. дои : 10.1007/s00335-005-0180-2 . ПМЦ 3906716 . ПМИД 16688527 .
^ Виткопп, Патрисия Дж.; Калай, Гизем (6 декабря 2011 г.). «Цис-регуляторные элементы: молекулярные механизмы и эволюционные процессы, лежащие в основе дивергенции» . Обзоры природы Генетика . 13 (1): 59–69. дои : 10.1038/nrg3095 . ISSN 1471-0056 .
^ Мецгер, Брайан П.Х.; Дюво, Фабьен; Юань, Дэвид С.; Трибан, Стивен; Ян, Бинг; Виткопп, Патрисия Дж. (18 января 2016 г.). «Контрастные частоты и эффекты цис- и трансрегуляторных мутаций, влияющих на экспрессию генов» . Молекулярная биология и эволюция . 33 (5): 1131–1146. дои : 10.1093/molbev/msw011 . ISSN 0737-4038 . ПМК 4909133 .
^ Петерсон, Крейг Л.; Ланиэль, Марк-Андре (2004). «Гистоны и модификации гистонов» . Современная биология . 14 (14): Р546–Р551. дои : 10.1016/j.cub.2004.07.007 . ISSN 0960-9822 .
^ Мартире, Сара; Банашински, Лаура А. (14 июля 2020 г.). «Роль вариантов гистонов в тонкой настройке организации и функции хроматина» . Nature Reviews Молекулярно-клеточная биология . 21 (9): 522–541. дои : 10.1038/s41580-020-0262-8 . ISSN 1471-0072 . ПМЦ 8245300 .
^ Сурани, Азим М. (1991). «Влияние импринтинга генома на экспрессию генов, фенотипические вариации и развитие» . Репродукция человека . 6 (1): 45–51. doi : 10.1093/oxfordjournals.humrep.a137256 . ISSN 1460-2350 .
^ Туккер, Анке М; Роял, Чармейн Д; Боуман, Аарон Б; Макаллистер, Кимберли А. (2 марта 2021 г.). «Влияние факторов окружающей среды на моногенные менделевские болезни» . Токсикологические науки . 181 (1): 3–12. дои : 10.1093/toxsci/kfab022 . ISSN 1096-6080 . ПМЦ 8599782 .
^ Стертевант, А.Х. (1913). «Случай гималайского кролика с некоторыми соображениями относительно множественных аллеломорфов» . Американский натуралист . 47 (556): 234–239. дои : 10.1086/279344 . ISSN 0003-0147 .
^ Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б Иммади, Шобха; Патил, Шрикант; Маралаппанавар, Манджула; Саджанар, Горамама (10 января 2014 г.). «Петентрантность, экспрессивность и наследование пазушного ветвления у сомаклонального мутанта сорго (Sorghum bicolor L.)» . Эвфитика . 196 (3): 449–457. дои : 10.1007/s10681-013-1046-4 . ISSN 0014-2336 .
^ Хамельн, Алексия; Коншу, Фабрис; Фюзелье, Марион; Дучений, Беттина; Виейра, Изабель; Филхол, Эмили; Дюфор де Ситр, Кэролайн; Тирет, Лоран; Гаш, Винсент; Абитболь, Мари (18 февраля 2020 г.). «Генетическая гетерогенность полидактилии у кошек породы Мейн-кун» . Журнал кошачьей медицины и хирургии . 22 (12): 1103–1113. дои : 10.1177/1098612x20905061 . ISSN 1098-612X . ПМЦ 10814362 .
^ «Синдром Марфана» . Домашний справочник по генетике . Проверено 9 октября 2019 г.
^ Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б «Ген FBN1» . Домашний справочник по генетике . Проверено 9 октября 2019 г.
^ Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б Обарт, Мелоди; Гросс, Мари-Сильви; Ханна, Надин; Забо, Мари-Тереза; Шнайдер, Марк; Задержанная, Дельфина; Гуя, Лоран; Жондо, Гийом; Буало, Катрин; Стенёр, Шанталь (4 февраля 2015 г.). «Клиническая картина синдрома Марфана модулируется экспрессией аллеля FBN1 дикого типа» . Молекулярная генетика человека . 24 (10): 2764–2770. дои : 10.1093/hmg/ddv037 . ISSN 1460-2083 .
^ Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б «Синдром Ван дер Вуда» . Домашний справочник по генетике . Проверено 9 октября 2019 г.
^ Ризос М., Спиропулос М.Н. (февраль 2004 г.). «Синдром Ван дер Вуда: обзор. Кардинальные признаки, эпидемиология, сопутствующие особенности, дифференциальный диагноз, экспрессивность, генетическое консультирование и лечение» . Европейский журнал ортодонтии . 26 (1): 17–24. дои : 10.1093/ejo/26.1.17 . ПМИД 14994878 .
^ «Нейрофиброматоз» . medlineplus.gov . Проверено 9 октября 2019 г.
^ Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б Саббах А., Пасмант Э., Лоредо И., Парфе Б., Барбаро С., Гийо Б. и др. (август 2009 г.). «Раскрытие генетической основы вариабельных клинических проявлений нейрофиброматоза 1» . Молекулярная генетика человека . 18 (15): 2768–78. дои : 10.1093/hmg/ddp212 . ПМК 2722187 . ПМИД 19417008 .
^ Хабара, Алави; Стейнберг, Мартин Х (01 марта 2016 г.). «Мини-обзор: Генетические основы гетерогенности и тяжести серповидноклеточной анемии» . Экспериментальная биология и медицина . 241 (7): 689–696. дои : 10.1177/1535370216636726 . ISSN 1535-3702 . ПМЦ 4950383 .

Дальнейшее чтение

Гриффитс А.Дж., Миллер Дж.Х., Сузуки Д.Т., Левонтин Р.К., Гелбарт В.М., ред. (2000). «Пенетрантность и экспрессивность» . Введение в генетический анализ (7-е изд.). Нью-Йорк: WH Freeman. ISBN 978-0-7167-3520-5 .

[1] Мико I (2008). «Фенотипическая изменчивость: пенетрантность и экспрессивность» . Природное образование . 1 (1): 137.

[2] Буржуа, П. (1 июня 1998 г.). «Переменная экспрессивность и неполная пенетрантность фенотипа гетерозиготных мышей с нулевым поворотом напоминают фенотип человеческого синдрома Сэтре-Чотцена» . Молекулярная генетика человека . 7 (6): 945–957. дои : 10.1093/hmg/7.6.945 . ISSN 1460-2083 .

[Marian_2001-3] Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б Мэриан Эй Джей, Робертс Р. (апрель 2001 г.). «Молекулярно-генетические основы гипертрофической кардиомиопатии» . Журнал молекулярной и клеточной кардиологии . 33 (4): 655–70. дои : 10.1006/jmcc.2001.1340 . ПМК 2901497 . ПМИД 11273720 .

[4] Славотинек А., Бизекер Л.Г. (апрель 2003 г.). «Генетические модификаторы развития человека и синдромы пороков развития, включая белки-шапероны» . Молекулярная генетика человека . 12 Спецификация № 1 (дополнение_1): R45–50. дои : 10.1093/hmg/ddg099 . PMID 12668596 .

[5] Пистон А.Э., Уайтлоу Э. (май 2006 г.). «Эпигенетика и фенотипическая изменчивость млекопитающих» . Геном млекопитающих . 17 (5): 365–74. дои : 10.1007/s00335-005-0180-2 . ПМЦ 3906716 . ПМИД 16688527 .

[6] Виткопп, Патрисия Дж.; Калай, Гизем (6 декабря 2011 г.). «Цис-регуляторные элементы: молекулярные механизмы и эволюционные процессы, лежащие в основе дивергенции» . Обзоры природы Генетика . 13 (1): 59–69. дои : 10.1038/nrg3095 . ISSN 1471-0056 .

[7] Мецгер, Брайан П.Х.; Дюво, Фабьен; Юань, Дэвид С.; Трибан, Стивен; Ян, Бинг; Виткопп, Патрисия Дж. (18 января 2016 г.). «Контрастные частоты и эффекты цис- и трансрегуляторных мутаций, влияющих на экспрессию генов» . Молекулярная биология и эволюция . 33 (5): 1131–1146. дои : 10.1093/molbev/msw011 . ISSN 0737-4038 . ПМК 4909133 .

[8] Петерсон, Крейг Л.; Ланиэль, Марк-Андре (2004). «Гистоны и модификации гистонов» . Современная биология . 14 (14): Р546–Р551. дои : 10.1016/j.cub.2004.07.007 . ISSN 0960-9822 .

[9] Мартире, Сара; Банашински, Лаура А. (14 июля 2020 г.). «Роль вариантов гистонов в тонкой настройке организации и функции хроматина» . Nature Reviews Молекулярно-клеточная биология . 21 (9): 522–541. дои : 10.1038/s41580-020-0262-8 . ISSN 1471-0072 . ПМЦ 8245300 .

[10] Сурани, Азим М. (1991). «Влияние импринтинга генома на экспрессию генов, фенотипические вариации и развитие» . Репродукция человека . 6 (1): 45–51. doi : 10.1093/oxfordjournals.humrep.a137256 . ISSN 1460-2350 .

[11] Туккер, Анке М; Роял, Чармейн Д; Боуман, Аарон Б; Макаллистер, Кимберли А. (2 марта 2021 г.). «Влияние факторов окружающей среды на моногенные менделевские болезни» . Токсикологические науки . 181 (1): 3–12. дои : 10.1093/toxsci/kfab022 . ISSN 1096-6080 . ПМЦ 8599782 .

[12] Стертевант, А.Х. (1913). «Случай гималайского кролика с некоторыми соображениями относительно множественных аллеломорфов» . Американский натуралист . 47 (556): 234–239. дои : 10.1086/279344 . ISSN 0003-0147 .

[:2-13] Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б Иммади, Шобха; Патил, Шрикант; Маралаппанавар, Манджула; Саджанар, Горамама (10 января 2014 г.). «Петентрантность, экспрессивность и наследование пазушного ветвления у сомаклонального мутанта сорго (Sorghum bicolor L.)» . Эвфитика . 196 (3): 449–457. дои : 10.1007/s10681-013-1046-4 . ISSN 0014-2336 .

[14] Хамельн, Алексия; Коншу, Фабрис; Фюзелье, Марион; Дучений, Беттина; Виейра, Изабель; Филхол, Эмили; Дюфор де Ситр, Кэролайн; Тирет, Лоран; Гаш, Винсент; Абитболь, Мари (18 февраля 2020 г.). «Генетическая гетерогенность полидактилии у кошек породы Мейн-кун» . Журнал кошачьей медицины и хирургии . 22 (12): 1103–1113. дои : 10.1177/1098612x20905061 . ISSN 1098-612X . ПМЦ 10814362 .

[15] «Синдром Марфана» . Домашний справочник по генетике . Проверено 9 октября 2019 г.

[:0-16] Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б «Ген FBN1» . Домашний справочник по генетике . Проверено 9 октября 2019 г.

[:3-17] Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б Обарт, Мелоди; Гросс, Мари-Сильви; Ханна, Надин; Забо, Мари-Тереза; Шнайдер, Марк; Задержанная, Дельфина; Гуя, Лоран; Жондо, Гийом; Буало, Катрин; Стенёр, Шанталь (4 февраля 2015 г.). «Клиническая картина синдрома Марфана модулируется экспрессией аллеля FBN1 дикого типа» . Молекулярная генетика человека . 24 (10): 2764–2770. дои : 10.1093/hmg/ddv037 . ISSN 1460-2083 .

[:1-18] Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б «Синдром Ван дер Вуда» . Домашний справочник по генетике . Проверено 9 октября 2019 г.

[19] Ризос М., Спиропулос М.Н. (февраль 2004 г.). «Синдром Ван дер Вуда: обзор. Кардинальные признаки, эпидемиология, сопутствующие особенности, дифференциальный диагноз, экспрессивность, генетическое консультирование и лечение» . Европейский журнал ортодонтии . 26 (1): 17–24. дои : 10.1093/ejo/26.1.17 . ПМИД 14994878 .

[20] «Нейрофиброматоз» . medlineplus.gov . Проверено 9 октября 2019 г.

[Sabbagh_2009-21] Jump up to: Перейти обратно: ^а ^б Саббах А., Пасмант Э., Лоредо И., Парфе Б., Барбаро С., Гийо Б. и др. (август 2009 г.). «Раскрытие генетической основы вариабельных клинических проявлений нейрофиброматоза 1» . Молекулярная генетика человека . 18 (15): 2768–78. дои : 10.1093/hmg/ddp212 . ПМК 2722187 . ПМИД 19417008 .

[22] Хабара, Алави; Стейнберг, Мартин Х (01 марта 2016 г.). «Мини-обзор: Генетические основы гетерогенности и тяжести серповидноклеточной анемии» . Экспериментальная биология и медицина . 241 (7): 689–696. дои : 10.1177/1535370216636726 . ISSN 1535-3702 . ПМЦ 4950383 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]

[22]