Biologie voor hoofdvak I

Gebaseerd op de experimenten van Mendel, zou je je kunnen voorstellen dat alle genen één eigenschap controleren, in tweevoud aanwezig zijn, en van invloed zijn op een onschuldig aspect van het uiterlijk van een organisme (zoals kleur, lengte of vorm). Hoewel deze voorspellingen in veel gevallen juist zijn, zijn er ook enkele belangrijke uitzonderingen. Hoe kunnen we bijvoorbeeld waarnemingen als de volgende verklaren?

• De genetische aandoening Marfan-syndroom wordt veroorzaakt door een mutatie in één gen, maar beïnvloedt vele aspecten van groei en ontwikkeling, waaronder lengte, gezichtsvermogen en hartfunctie.

Om waarnemingen als deze te begrijpen, moeten we dieper kijken naar wat genen zijn. In plaats van abstracte “erfelijke factoren” zijn genen stukken DNA die zich op chromosomen bevinden, en de meeste genen coderen (specificeren de volgorde van) eiwitten die een bepaalde taak in de cel of het lichaam vervullen. In dit artikel gaan we dieper in op genen die meerdere kenmerken beïnvloeden (pleiotropie).

Pleiotropie

Toen we Mendel’s experimenten met paarsbloemige en witbloemige planten bespraken, hebben we het niet gehad over andere fenotypen die met de twee bloemkleuren samenhangen. Mendel merkte echter op dat de bloemkleuren altijd gecorreleerd waren met twee andere kenmerken: de kleur van de zaadhuid (bedekking van het zaad) en de kleur van de oksels (knooppunten waar de bladeren de hoofdstengel raken). Bij planten met witte bloemen waren de zaadvliezen en de oksels kleurloos, terwijl bij planten met paarse bloemen de zaadvliezen bruingrijs waren en de oksels roodachtig. In plaats van slechts één kenmerk te beïnvloeden, beïnvloedde het bloemkleurgen er dus drie.

Gebaseerd op vergelijkbaar diagram door Ingrid Lobo

Gen zoals deze, die meerdere, schijnbaar niet met elkaar samenhangende aspecten van het fenotype van een organisme beïnvloeden, worden pleiotroop genoemd (pleio- = veel, -tropisch = effecten). We weten nu dat Mendel’s bloemkleur-gen codeert voor een regulator-eiwit dat de biosynthese van pigmenten activeert, en dat het werkt in verschillende delen van de erwtenplant (bloemen, zaadhuid, en bladoksels). De schijnbaar niet-gerelateerde fenotypes kunnen dus allemaal worden teruggevoerd op een defect in één enkel gen met verschillende functies.

Allelen van pleiotrope genen worden op dezelfde manier overgedragen als allelen van genen die invloed hebben op afzonderlijke eigenschappen. In deze gevallen is het verschil dat het fenotype meerdere elementen bevat. Deze elementen worden als een pakket gespecificeerd, en er zou zowel een dominante als een recessieve versie van dit pakket eigenschappen zijn.

Pleiotropie in menselijke genetische aandoeningen

Gen die bij menselijke genetische aandoeningen zijn betrokken, zijn vaak pleiotroop. Zo kunnen mensen met de erfelijke aandoening Marfan syndroom een constellatie van schijnbaar niet-gerelateerde symptomen hebben:

• Ongewoon grote lengte
• Dunne vingers en tenen
• Dislocatie van de ooglens
• Hartproblemen (waarbij de aorta, het grote bloedvat dat bloed wegvoert van het hart, uitstulpt of scheurt).

Deze symptomen lijken niet direct met elkaar in verband te staan, maar wat blijkt: ze zijn allemaal terug te voeren op de mutatie van één gen. Dit gen codeert een eiwit dat zich assembleert in ketens, waardoor elastische fibrillen ontstaan die sterkte en flexibiliteit geven aan het bindweefsel van het lichaam. Ziekteveroorzakende mutaties in het Marfan-syndroom verminderen de hoeveelheid functioneel geproduceerd eiwit, waardoor er minder fibrillen zijn. Het oog en de aorta bevatten normaal gesproken veel fibrillen die de structuur helpen behouden, wat verklaart waarom deze twee organen sterk zijn aangetast bij het Marfan syndroom. Bovendien dienen de fibrillen als “opslagplaats” voor groeifactoren. Als er minder van zijn bij het Marfan syndroom, kunnen de groeifactoren niet worden opgeslagen en veroorzaken ze dus overmatige groei (wat leidt tot de karakteristieke lange, dunne Marfan lichaamsbouw).

Bijdragen!

Verbeter deze paginaLees meer