O que é pleiotropia? (com exemplos)

O pleiotropia é o fenómeno genética na qual a expressão de um gene num indivíduo afecta a expressão fenotípica de outros caracteres não relacionados. Etimologicamente, pleiotropia significa “mais alterações” ou “muitos efeitos”: ou seja, mais efeitos do que o esperado pela expressão de um único gene. Também é conhecido como polifenia (muitos fenótipos), mas é um termo pouco usado.

Um dos fenômenos de herança que mais confundiram geneticistas durante a infância foi o de mutações que afetaram mais de um personagem.

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Inicialmente, acreditava-se que cada personagem era controlado por um único gene. Então percebemos que a manifestação de um personagem poderia exigir a participação de mais de um gene.

O mais surpreendente, no entanto, é que um único gene pode afetar a manifestação de mais de uma característica herdável, que é essencialmente o que define a pleiotropia.

Em geral, quando a pleiotropia é demonstrada, é mais apropriado dizer que o gene responsável tem efeitos pleiotrópicos que o gene é pleiotrópico.

Embora nem todos respeitem essa convenção, é importante observar que o gene com efeito pleiotrópico codifica uma característica específica e não a pleiotropia propriamente dita .

Caso contrário, a “normalidade” seria apenas o efeito de manifestação pleiotrópica da ação de um alelo selvagem de um gene em particular sobre os outros. No entanto, isso é geneticamente errado.

História

O termo pleiotropia foi usado pela primeira vez por um geneticista alemão chamado Ludwig Plate em 1910. Plate usou o termo para explicar a aparência de várias características fenotípicas diferentes que sempre ocorrem juntas e podem parecer correlacionadas. Segundo ele, esse fenômeno, quando ocorre, se deve a uma unidade de herança pleiotrópica.

Outro alemão, Hans Gruneberg, dividiu a pleiotropia em “genuína” e “espúria”. O primeiro foi caracterizado pelo surgimento de dois produtos primários diferentes em um único local.

O segundo, de acordo com este autor, referia-se a um único produto primário usado de maneiras diferentes. Hoje, o senso de pleiotropia genuína de Gruneberg foi descartado, enquanto a pleiotropia espúria é considerada simplesmente como pleiotropia.

Outra divisão do conceito de pleiotropia foi realizada por Ernst Hadorn, que apontou que havia dois tipos de pleiotropia: mosaico e relacional. O primeiro ocorre quando um gene codifica informações que afetam duas características fenotípicas diferentes.

A pleiotropia relacional, por outro lado, ocorre quando um gene determina o início de diferentes eventos relacionados que afetarão múltiplas características independentes.

Kacser e Burns, entretanto, apontaram que qualquer variação em qualquer parte do genoma afeta todas as características em diferentes graus, direta ou indiretamente. Essa idéia é conhecida pelo nome de pleiotropia universal.

Exemplos de genes com efeitos pleiotrópicos

A pleiotropia, sendo um fenômeno que descreve algumas das consequências da interação entre produtos gênicos, é de natureza universal.

Os vírus, assim como todos os organismos de natureza celular, possuem genes cujos produtos são importantes para a manifestação de outros caracteres. Esses genes, cujos alelos selvagens e mutantes têm efeitos pleiotrópicos, são de natureza diferente.

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-O gene vestigial em Drosophila

Em Drosophila (a mosca da fruta), o gene vestigial determina o nível de desenvolvimento das asas. Quando esse gene é herdado de ambos os pais, a mosca descendente terá asas vestigiais e não poderá voar.

S o entanto, estes não são os únicos efeitos do gene vestigial. Este gene é pleiotrópico e sua presença também leva a uma redução no número de óvulos nos ovários da mosca. Também modifica o número e a disposição das porcas no tórax e reduz o tempo de vida útil.

-Pigmentação e surdez em gatos

O gene que codifica a informação de pigmentação em gatos é um gene pleiotrópico. Por esse motivo, uma porcentagem bastante alta de gatos com pêlo branco e olhos azuis também é surda.

Até os gatos brancos que têm olhos azuis e amarelos são surdos apenas para a orelha que fica do mesmo lado da cabeça que os olhos azuis.

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Pleiótropia em gatos. Gato branco com heterocromia. Tirada e editada em: Keith Kissel [CC BY 2.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0)], via Wikimedia Commons.

-As galinhas de penas enroladas

Nas galinhas, um gene dominante produz o efeito de penas enroladas. Esse gene mostrou que é pleiotrópico porque manifesta outros efeitos fenotípicos: aumento das taxas metabólicas, aumento da temperatura corporal, aumento do consumo de alimentos.

Além disso, galinhas com esse gene apresentam atraso na maturidade sexual e diminuição da fertilidade.

-Em humanos

Síndrome de Marfan

Os sintomas dessa síndrome incluem: tamanho corporal anormalmente alto, distúrbios cardíacos progressivos, deslocamento dos olhos, distúrbios pulmonares.

Todos esses sintomas estão diretamente relacionados à mutação de um único gene. Esse gene, chamado FBN1, é pleiotrópico, pois sua função é codificar uma glicoproteína usada em tecidos conjuntivos de diferentes partes do corpo.

Síndrome de Holt-Oram

Os pacientes dessa síndrome apresentam anormalidades nos ossos do carpo e em outros ossos dos membros anteriores. Além disso, cerca de 3 em cada 4 pacientes com essa síndrome têm problemas cardíacos.

Síndrome de Nijmegen

É caracterizada porque aqueles que sofrem dela têm microcefalia, imunodeficiência, distúrbios do desenvolvimento e propensão ao câncer linfático e leucemia.

-Fenilcetonúria

Um caso bem conhecido de efeito pleiotrópico é o causado por alelos mutantes responsáveis ​​pela fenilcetonúria.

A fenilcetonúria, uma doença de natureza metabólica, é devida à mutação de um único gene que codifica a enzima fenilalanina hidroxilase. A enzima mutante inativa é incapaz de quebrar o aminoácido fenilalanina; Quando isso se acumula, o organismo fica intoxicado.

Portanto, o efeito observado nos indivíduos portadores das duas cópias do gene mutado é múltiplo (pleiotrópico).

A causa da doença, ou síndrome, é a falta de uma atividade metabólica que causa erupções cutâneas, distúrbios neurológicos, microcefalia, pele clara e olhos azuis (devido à falta de geração de melanina), etc., por diferentes vias.

Nenhum dos genes envolvidos na manifestação alterada desses outros caracteres é necessariamente mutado.

-Outras vias metabólicas

É muito comum o caso em que várias enzimas compartilham ou usam o mesmo cofator para serem ativas. Este cofator é o produto final da ação concertada de várias outras proteínas que participam dessa via biossintética.

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Se uma mutação for gerada em qualquer um dos genes que codifica as proteínas dessa via, o cofator não ocorrerá. Essas mutações terão efeito pleiotrópico, uma vez que nenhuma das proteínas que dependem do co-fator para ser ativo pode ser, embora seus próprios genes sejam perfeitamente funcionais.

Molibdênio

Nos procariontes e nos eucariotos, por exemplo, o molibdênio é essencial para o funcionamento de certas enzimas.

O molibdênio, para ser biologicamente útil, deve ser complexado com outra molécula orgânica, o produto da ação de várias enzimas em uma via metabólica complexa.

Uma vez formado esse cofator complexo de molibdênio, ele será usado por todas as molibdoproteínas para cada exercício com sua própria função.

O efeito pleiotrópico em uma mutação que impede a síntese do molibdocofator será manifestado não apenas na ausência disso, mas na perda da atividade enzimática de todas as molibdenzimas do indivíduo portador da mutação.

-Laminopatias

A chapa nuclear é uma malha intrincada dentro do núcleo, dinamicamente ligada à sua membrana interna. A lâmina nuclear regula a arquitetura do núcleo, a partição entre eucromatina e heterocromatina, expressão genética, bem como replicação de DNA, entre outras coisas.

A folha do núcleo é composta de poucas proteínas conhecidas coletivamente como lamininas. Como essas são proteínas estruturais com as quais uma multidão de outras interage, qualquer mutação que afete seus genes terá efeitos pleiotrópicos.

Os efeitos pleiotrópicos das mutações nos genes da laminina se manifestarão como doenças chamadas laminopatias.

Ou seja, uma laminopatia é a conseqüência da manifestação pleiotrópica de mutações nos genes das lamininas. As manifestações clínicas das laminopatias incluem, entre outras, progeria, distrofia muscular de Emery-Dreifuss e uma série de outras condições.

Reguladores transcricionais

Outros genes cujas mutações dão origem a uma infinidade de efeitos pleiotrópicos diferentes são aqueles que codificam reguladores da transcrição.

Estas são proteínas que controlam especificamente a expressão gênica; Existem outros que são reguladores gerais da transcrição. De qualquer forma, a ausência desses produtos determina que outros genes não sejam transcritos (isto é, não expressos).

Uma mutação que determina a ausência ou mau funcionamento de um regulador transcricional geral ou específico terá efeitos pleiotrópicos no organismo, uma vez que nenhum gene sob seu controle será expresso.

Pleiotropia e epigenética

A descoberta de mecanismos de alteração na expressão genética que não dependem de alterações na sequência nucleotídica dos genes (epigenética) enriqueceu nossa visão da pleiotropia.

Um dos aspectos mais estudados da epigenética é a ação dos microRNAs endógenos. Estes são um produto da transcrição de genes chamados mir .

A transcrição de um gene mir dá origem a um RNA que, depois de processado, atua no citoplasma como um pequeno RNA inativador.

Esses RNAs são chamados de pequenos RNAs silenciadores porque possuem a capacidade de complementar os RNAs mensageiros brancos. Se você se juntar a eles, o messenger é degradado e o personagem não é expresso.

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Em alguns casos, essa pequena molécula pode ser ligada a mais de um mensageiro diferente, dando origem, é claro, a um efeito pleiotrópico.

Pleiotropia e envelhecimento

A explicação das causas naturais da senescência pode estar no efeito de genes pleiotrópicos. De acordo com uma hipótese proposta por GC Williams, a senescência é uma conseqüência do que ele chamou de pleiotropia antagônica.

Se houver genes cujos produtos tenham efeitos antagônicos em diferentes estágios da vida de um organismo, esses genes poderão contribuir para o envelhecimento.

Se os efeitos benéficos se manifestarem antes da reprodução e os efeitos perniciosos depois dela, seriam favorecidos pela seleção natural. Mas, caso contrário, a seleção natural atuaria contra esses genes.

Dessa maneira, se os genes forem realmente pleiotrópicos, a senescência seria inevitável, uma vez que a seleção natural sempre atuaria em favor de genes que favorecem a reprodução.

Pleiotropia e especiação

Especiação simpátrica é um tipo de especiação que ocorre sem barreiras geográficas entre populações. Aparentemente, esse tipo de especiação é favorecido por mutações pleiotrópicas.

Os modelos de simulação matemática desenvolvidos por Kondrashov mostram que o isolamento reprodutivo entre populações simpátricas pode ocorrer devido ao aparecimento de traços quantitativos ecologicamente importantes sob seleção disruptiva.

Esses mesmos modelos indicam que essas características devem estar relacionadas aos genes pleiotrópicos. Se as alterações são devidas a vários genes, e não a um pleiotrópico, a recombinação de genes durante a reprodução impediria a especiação. A pleiotropia evitaria os efeitos perturbadores da recombinação.

Pleiotropia e adaptação

A terra está mudando constantemente. Os organismos precisam mudar constantemente para se adaptar a novas condições. Essas mudanças levam ao que é conhecido como evolução.

Muitos autores argumentam que a evolução leva a uma complexidade crescente de organismos. Essa complexidade pode ser morfológica, onde um personagem em particular pode evoluir independentemente de outro em condições ambientais específicas.

No entanto, à medida que os organismos se tornam mais complexos, sua capacidade de responder às mudanças diminui. É o que é chamado de “custo evolutivo da complexidade”.

Modelos matemáticos argumentam que adaptações devido a mudanças nos genes pleiotrópicos seriam evolutivamente menos caras do que aquelas devido a mudanças nos caracteres codificados por genes individuais.

Referências

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