معلومة

14.12: تعدد الأشكال والاضطرابات البشرية - علم الأحياء

14.12: تعدد الأشكال والاضطرابات البشرية - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

بناءً على تجارب مندل ، قد تتخيل أن جميع الجينات تتحكم في خاصية واحدة ، وتوجد في نسختين ، وتؤثر على بعض الجوانب غير الضارة من مظهر الكائن الحي (مثل اللون أو الارتفاع أو الشكل). على سبيل المثال ، كيف يمكن أن نفسر ملاحظات مثل ما يلي؟

  • ينتج الاضطراب الوراثي متلازمة مارفان عن طفرة في جين واحد ، لكنها تؤثر على العديد من جوانب النمو والتطور ، بما في ذلك الطول والرؤية ووظيفة القلب.

لفهم مثل هذه الملاحظات ، نحتاج إلى النظر بعمق في ماهية الجينات. بدلاً من "العوامل الوراثية" المجردة ، فإن الجينات عبارة عن امتدادات من الحمض النووي الموجود في الكروموسومات ، ومعظمها يشفر (يحدد تسلسل) البروتينات التي تؤدي وظيفة معينة في الخلية أو الجسم. في هذه المقالة ، سنلقي نظرة أكثر تفصيلاً على الجينات التي تؤثر على خصائص متعددة (تعدد الأشكال).

تعدد الأشكال

عندما ناقشنا تجارب مندل مع النباتات المزهرة الأرجواني والأزهار البيضاء ، لم نذكر أي أنماط ظاهرية أخرى مرتبطة بلون الزهرة. ومع ذلك ، لاحظ مندل أن ألوان الزهرة كانت دائمًا مرتبطة بميزتين أخريين: لون معطف البذرة (غطاء البذرة) ولون المحاور (التقاطعات حيث تلتقي الأوراق بالجذع الرئيسي)[1]. في النباتات ذات الزهور البيضاء ، كانت معاطف البذور والإبطين عديمة اللون ، بينما في النباتات ذات الزهور الأرجوانية ، كانت معاطف البذور بنية رمادية اللون والمحاور ضاربة إلى الحمرة. وبالتالي ، بدلاً من التأثير على خاصية واحدة فقط ، أثر جين لون الزهرة فعليًا على ثلاث خصائص.

بناءً على رسم تخطيطي مشابه لـ Ingrid Lobo

الجينات مثل هذه ، التي تؤثر على جوانب متعددة تبدو غير ذات صلة بالنمط الظاهري للكائن الحي ، يقال إنها متعدد الاتجاهات (pleio- = كثير ، -مدار = تأثيرات)[2]. نحن نعلم الآن أن جين لون زهرة مندل يشفر بروتينًا منظمًا ينشط التخليق الحيوي للصبغة ، وأنه يعمل في عدة أجزاء مختلفة من نبات البازلاء (الزهور ، غلاف البذور ، ومحاور الأوراق). وبالتالي ، يمكن إرجاع جميع الأنماط الظاهرية التي تبدو غير مرتبطة إلى خلل في جين واحد له وظائف عديدة.

تنتقل أليلات الجينات متعددة الاتجاهات بنفس الطريقة التي تنتقل بها أليلات الجينات التي تؤثر على صفات مفردة. في هذه الحالات ، يكون الاختلاف هو أن النمط الظاهري يحتوي على عناصر متعددة. يتم تحديد هذه العناصر كحزمة ، وسيكون هناك نسخة سائدة ومتنحية من هذه الحزمة من السمات.

تعدد الأشكال في الاضطرابات الوراثية البشرية

غالبًا ما تكون الجينات المصابة بالاضطرابات الوراثية البشرية متعددة الوجوه. على سبيل المثال ، قد يعاني الأشخاص المصابون بالاضطراب الوراثي متلازمة مارفان من مجموعة من الأعراض التي تبدو غير مرتبطة[3]:

  • ارتفاع غير عادي
  • أصابع اليدين والقدمين رقيقة
  • خلع عدسة العين
  • مشاكل القلب (التي يحدث فيها انتفاخ أو تمزق في الشريان الأورطي ، وهو وعاء دموي كبير يحمل الدم بعيدًا عن القلب).

لا تظهر هذه الأعراض مرتبطة ببعضها البعض بشكل مباشر ، ولكن كما اتضح ، يمكن إرجاعها جميعًا إلى طفرة في جين واحد. يقوم هذا الجين بتشفير البروتين الذي يتجمع في سلاسل ، مما يجعل الألياف المرنة التي تمنح القوة والمرونة للأنسجة الضامة في الجسم[4]. تؤدي الطفرات المسببة للأمراض في متلازمة مارفان إلى تقليل كمية البروتين الوظيفي المنتج ، مما يؤدي إلى تقليل الألياف. عادةً ما تحتوي العين والشريان الأورطي على العديد من الألياف التي تساعد في الحفاظ على البنية ، مما يفسر سبب تأثر هذين العضوين بشدة في متلازمة مارفان[5]. بالإضافة إلى ذلك ، تعمل الألياف بمثابة "أرفف تخزين" لعوامل النمو. عندما يكون هناك عدد أقل منهم في متلازمة مارفان ، لا يمكن إهمال عوامل النمو وبالتالي تسبب نموًا زائدًا (مما يؤدي إلى بناء مارفان الطويل والرفيع المميز)[6].



تعدد الأشكال في أمراض العيون والسمات ذات الصلة

الملخص

يلعب تعدد الأشكال دورًا مهمًا في تعزيز فهمنا لبيولوجيا الإنسان وأمراضه. تشير نتائج دراسات الارتباط على مستوى الجينوم (GWASs) إلى أن تعدد الأشكال منتشر في الجينوم البشري. لا يساعد توصيف هذه الآليات متعددة الاتجاهات في تفسير العمارة الجينية المشتركة بين الأمراض والسمات المختلفة فحسب ، بل يساهم أيضًا في رؤى جديدة في علم الوراثة العيني. في هذا الفصل ، نركز على نتائج GWAS لتوضيح ظاهرة تعدد الأشكال المثيرة للاهتمام ، وتقديم أمثلة في الأمراض والسمات المتعلقة بالعيون ، وشرح آثارها على الطب الجيني. يساهم الفهم الأكبر لتعدد الأشكال حتما في التقدم في الطب الدقيق.


ما هو تعدد الأشكال؟

بحكم التعريف ، تعدد الأشكال هو موقف يتحكم فيه جين واحد في التعبير عن سمات نمطية متعددة. لا يجب أن تكون هذه السمات مرتبطة بشكل واضح ، أي شكل العين ولون العين ، ولكن يمكن بدلاً من ذلك أن تكون غير مرتبطة تمامًا. في كثير من الحالات ، يرجع هذا التأثير متعدد السمات إلى وجود رموز جينية لمنتج معين ، في حين أن هذا البروتين / المنتج يخدم أغراضًا متعددة في الجسم ، أو يحفز العديد من التفاعلات أو يتفاعل مع مستقبلات الإشارة المختلفة. بهذه الطريقة ، يكون لجين واحد تأثير قابل للقياس على أنظمة مختلفة.

يتم ملاحظة التأثيرات متعددة الاتجاهات بشكل شائع بالاقتران مع الاضطرابات الوراثية ، نظرًا لأن الطفرة في جين واحد قد تؤدي إلى مشاكل متعددة تؤثر على النمو والتطور ، مثل الطول والوزن وتطور الهيكل العظمي. إذا لم يكن هناك طفرة في هذا الجين ، فقد يكون التأثير متعدد الاتجاهات قد ذهب دون أن يلاحظه أحد. تتضمن بعض الاضطرابات الوراثية المرتبطة بتعدد الأشكال فقر الدم المنجلي ومتلازمة مارفان و Phenylketonuria وغيرها.

هناك أنواع مختلفة من تعدد الأشكال ، بما في ذلك تعدد الأشكال التنموي ، وتعدد الأشكال الجيني ، وتعدد الأشكال الانتقائي ، وتعدد الأشكال العدائي ، وكلها سنناقشها بمزيد من التفصيل أدناه.


أمثلة تعدد الأشكال

مثال على تعدد الأشكال التي تحدث في البشر مرض فقر الدم المنجلي. ينتج اضطراب الخلايا المنجلية عن تطور خلايا الدم الحمراء ذات الشكل غير الطبيعي. تحتوي خلايا الدم الحمراء الطبيعية على تجويف ثنائي الشكل يشبه القرص وتحتوي على كميات هائلة من بروتين يسمى الهيموجلوبين.

يساعد الهيموجلوبين خلايا الدم الحمراء على الارتباط ونقل الأكسجين إلى خلايا وأنسجة الجسم. الخلية المنجلية هي نتيجة لطفرة في جين بيتا غلوبين. ينتج عن هذه الطفرة خلايا الدم الحمراء التي تكون على شكل منجل ، مما يجعلها تتجمع معًا وتصبح عالقة في الأوعية الدموية ، مما يعيق تدفق الدم الطبيعي. تؤدي الطفرة المفردة في جين بيتا غلوبين إلى مضاعفات صحية مختلفة وتسبب تلفًا لأعضاء متعددة بما في ذلك القلب والدماغ والرئتين.

بيلة الفينيل كيتون ، أو بيلة الفينيل كيتون، هو مرض آخر ناتج عن تعدد الأشكال. ينتج بيلة الفينيل كيتون عن طفرة في الجين المسؤول عن إنتاج إنزيم يسمى فينيل ألانين هيدروكسيلاز. هذا الإنزيم يكسر الحمض الأميني فينيل ألانين الذي نحصل عليه من هضم البروتين. بدون هذا الإنزيم ، تزداد مستويات الحمض الأميني فينيل ألانين في الدم وتضر بالجهاز العصبي عند الرضع. قد يؤدي اضطراب بيلة الفينيل كيتون (PKU) إلى العديد من الحالات عند الرضع بما في ذلك الإعاقات الذهنية والنوبات ومشاكل القلب وتأخر النمو.

سمة الريش المجعد

ال سمة الريش المجعد هو مثال على تعدد الأشكال الذي شوهد في الدجاج. تظهر الدجاجات التي تحمل جين الريش المتحور هذا ريشًا يلتف للخارج بدلاً من الاستلقاء بشكل مسطح. بالإضافة إلى الريش المجعد ، تشمل التأثيرات الأخرى متعددة الاتجاهات التمثيل الغذائي الأسرع وتضخم الأعضاء. يؤدي تجعد الريش إلى فقدان حرارة الجسم مما يتطلب عملية التمثيل الغذائي الأساسية بشكل أسرع للحفاظ على التوازن. تشمل التغييرات البيولوجية الأخرى ارتفاع استهلاك الطعام والعقم وتأخر النضج الجنسي.


دراسات الارتباط على مستوى الفينوم توضح تعدد الأشكال الجينية للمتغيرات الجينية داخل FTO مع وبدون تعديل لمؤشر كتلة الجسم

أظهرت دراسات الارتباط على مستوى الفينوم (PheWAS) فائدة في التحقق من صحة الارتباطات الجينية المستمدة من الدراسات الجينية التقليدية بالإضافة إلى تحديد الارتباطات الجينية الجديدة. استخدمنا هنا نظام PheWAS المستند إلى السجل الصحي الإلكتروني (EHR) لاستكشاف تعدد الأشكال الجينية للمتغيرات الجينية في كتلة الدهون والجين المرتبط بالسمنة (FTO) ، والتي ارتبط بعضها سابقًا بالسمنة ومرض السكري من النوع 2 (T2D). استخدمنا مجموعة سكانية من 10487 فردًا من أصل أوروبي مع التنميط الجيني على نطاق الجينوم من شبكة السجلات الطبية الإلكترونية وعلم الجينوم (eMERGE) ومجموعة أخرى من السكان من 13.711 فردًا من أصل أوروبي من BioVU DNA biobank في فاندربيلت التنميط الجيني باستخدام Illumina HumanExome BeadChip. كرر التحليل التلوي لمجموعتي الدراسة الروابط الموصوفة جيدًا بين متغيرات FTO والسمنة (نسبة الأرجحية [OR] = 1.25 ، 95 ٪ فاصل الثقة = 1.11-1.24 ، p = 2.10 × 10 (-9)) و FTO المتغيرات و T2D (OR = 1.14 ، 95٪ CI = 1.08-1.21 ، p = 2.34 × 10 (-6)). أظهر التحليل التلوي أيضًا أن متغير FTO rs8050136 كان مرتبطًا بشكل كبير بتوقف التنفس أثناء النوم (OR = 1.14 ، 95 ٪ CI = 1.07-1.22 ، p = 3.33 × 10 (-5)) ومع ذلك ، تم تخفيف الارتباط بعد التعديل لكتلة الجسم مؤشر (BMI). تضمنت ارتباطات النمط الظاهري الجديدة مع متغيرات FTO المرتبطة بالسمنة مرض الثدي الليفي الكيسي (rs9941349 ، OR = 0.81 ، 95٪ CI = 0.74-0.91 ، p = 5.41 × 10 (-5)) والاتجاهات نحو الارتباطات مع مرض الكبد غير الكحولي والجرام - الالتهابات البكتيرية. أظهرت متغيرات FTO غير المرتبطة بالسمنة ارتباطات مرضية أخرى محتملة بما في ذلك الاضطرابات غير الالتهابية لعنق الرحم والتهاب دواعم السن المزمن. تشير هذه النتائج إلى أن المتغيرات الجينية في FTO قد يكون لها روابط متعددة الاتجاهات ، وبعضها لا تتوسطه السمنة.

الكلمات الدالة: رقاقة BMI Exome FTO PheWAS الرابطة الوراثية.


كشف النموذج الوراثي المعقد للتليف الكيسي: التأثيرات متعددة الاتجاهات للجينات المعدلة على الأمراض المرتبطة بالتليف الكيسي المبكرة

يمكن أن يشير وجود تعدد الأشكال في الاضطرابات مع تورط أعضاء متعددة إلى أهداف علاجية يمكن أن تخفف من شدة المرض بشكل عام. هنا قمنا بتقييم تعدد الأشكال للجينات المعدلة في التليف الكيسي (CF). يؤثر التليف الكيسي ، الناجم عن طفرات في جين منظم توصيل الغشاء التليف الكيسي (CFTR) ، على الرئتين والكبد والبنكرياس والأمعاء. ومع ذلك ، فإن الجينات المعدلة تساهم في تغير شدة المرض عبر الأعضاء المصابة ، حتى في الأفراد الذين لديهم نفس النمط الجيني CFTR. لقد سعينا إلى تحديد ما إذا كانت SLC26A9 و SLC9A3 و SLC6A14 ، التي تساهم في علوص العقي في التليف الكيسي ، متعددة الموجات للأمراض المشتركة الأخرى التي تؤثر على التليف الكيسي المبكر. في مجتمع التليف الكيسي الكندي ، قمنا بتقييم الأدلة على التأثيرات متعددة الاتجاهات على (1) شدة مرض الرئة عند الأطفال (ن = 815) ، (2) العمر عند اكتساب الزائفة الزنجارية لأول مرة (P. aeruginosa) (العدد = 730) ، و (3) ) ضرر البنكرياس قبل الولادة المقاس بواسطة التربسينوجين المناعي (ن = 126). قامت استراتيجية تحليلية متعددة النمط بتقييم الأدلة على تعدد الأشكال في وجود ارتباط ظاهري. لقد طلبنا أن ترتبط الأليلات نفسها بتأثيرات ضارة. كان SLC26A9 متعدد الاتجاهات للعلوص العقي وتلف البنكرياس (P = 0.002 عند rs7512462) ، SLC9A3 للعلوص العقي وأمراض الرئة (p = 1.5 × 10 (-6) عند 17563161) ، و SLC6A14 للعلوص العقي وأمراض الرئة والعمر. عدوى P. الزنجارية الأولى (p = 0.0002 و p = 0.006 عند rs3788766 ، على التوالي). أليلات خطر العقي في SLC26A9 و SLC9A3 و SLC6A14 متعددة الموجات ، مما يزيد من خطر الإصابة بأمراض مشتركة أخرى مبكرة. علاوة على ذلك ، تميل الأمراض المشتركة التي تؤثر على نفس العضو إلى الارتباط بنفس الجينات. يشير وجود تعدد الأشكال في هذا الاضطراب الفردي إلى أن الاستراتيجيات العلاجية التكميلية لزيادة النقل المذاب ستفيد الأنسجة المتعددة المرتبطة بالتليف الكيسي.


محتويات

تم التعرف على السمات متعددة الاتجاهات سابقًا في المجتمع العلمي ولكن لم يتم تجربتها حتى تجربة نبات البازلاء التي أجراها جريجور مندل عام 1866. أدرك مندل أن بعض سمات نبات البازلاء (لون معطف البذرة ، ولون الزهرة ، والبقع المحورية) يبدو أنها موروثة معًا ، ومع ذلك ، لم يتم إثبات ارتباطها بجين واحد. صاغ Ludwig Plate مصطلح "تعدد الأشكال" لأول مرة في كتابه Festschrift ، والذي نُشر في عام 1910. [3] وقد عرّف في الأصل تعدد الأشكال على أنه يحدث عندما "تعتمد العديد من الخصائص على. وبالتالي تظهر مترابطة ". [4] لا يزال هذا التعريف مستخدمًا حتى يومنا هذا.

بعد تعريف بلايت ، كان هانز جرونبرج أول من درس آليات تعدد الأشكال. [3] في عام 1938 نشر جرونبيرج مقالًا يقسم تعدد الأشكال إلى نوعين مختلفين: تعدد الأشكال "الحقيقي" و "الزائف". تعدد الأشكال "الحقيقي" هو ظهور منتجين أساسيين متميزين من موضع واحد. من ناحية أخرى ، يكون تعدد الأشكال "الزائف" إما عندما يتم استخدام منتج أساسي واحد بطرق مختلفة أو عندما يبدأ منتج أولي سلسلة من الأحداث ذات عواقب نمطية مختلفة. توصل جرونبرج إلى هذه الفروق بعد إجراء تجارب على الفئران التي لديها طفرات هيكلية. لقد أدرك أن تعدد الأشكال "الزائف" كان موجودًا في الطفرة ، بينما لم يكن تعدد الأشكال "الحقيقي" غير موجود ، وبالتالي يبطل جزئيًا نظريته الأصلية. [5] من خلال البحث اللاحق ، ثبت أن تعريف جرونبيرج لتعدد الأشكال "الزائف" هو ما نعرِّفه الآن ببساطة على أنه "تعدد الأشكال". [3]

في عام 1941 ، أبطل عالما الوراثة الأمريكيان جورج بيدل وإدوارد تاتوم تعريف جرونبرج لتعدد الأشكال "الحقيقي" ، ودعوا بدلاً من ذلك إلى فرضية "جين واحد - إنزيم واحد" التي قدمها في الأصل عالم الأحياء الفرنسي لوسيان كوينت في عام 1903. [3] [6] هذا حولت الفرضية البحث المستقبلي بشأن تعدد الأشكال نحو كيف يمكن لجين واحد أن ينتج أنماطًا ظاهرية مختلفة.

في منتصف الخمسينيات من القرن الماضي ، عزز ريتشارد جولدشميت وإرنست هادورن ، من خلال بحث فردي منفصل ، عيب تعدد الأشكال "الحقيقي". بعد بضع سنوات ، قسم هادورن تعدد الأشكال إلى نموذج "فسيفسائي" (ينص على أن موضعًا واحدًا يؤثر بشكل مباشر على صفتين ظاهرتين) ونموذج "علائقي" (مشابه لتعدد الأشكال "الزائف"). لم تعد هذه المصطلحات قيد الاستخدام ولكنها ساهمت في الفهم الحالي لتعدد الأشكال. [3]

بقبول فرضية إنزيم الجين الأول ، ركز العلماء بدلاً من ذلك على كيفية تأثر الصفات المظهرية غير المقترنة بإعادة التركيب الجيني والطفرات ، وتطبيقها على المجموعات السكانية والتطور. [3] هذه النظرة إلى تعدد الأشكال ، "تعدد الأشكال الشامل" ، والتي تم تعريفها على أنها طفرات في الموقع قادرة على التأثير بشكل أساسي على جميع السمات ، تم تضمينها لأول مرة من خلال نموذج رونالد فيشر الهندسي في عام 1930. يوضح هذا النموذج الرياضي كيف تعتمد الملائمة التطورية على استقلالية التباين الظاهري من التغيرات العشوائية (أي الطفرات). إنها نظرية مفادها أن استقلالية النمط الظاهري المتزايدة تتوافق مع انخفاض في احتمالية أن تؤدي طفرة معينة إلى زيادة اللياقة. [7] التوسع في عمل فيشر ، قدم سيوال رايت مزيدًا من الأدلة في كتابه عام 1968 التطور وعلم الوراثة للسكان: الأسس الجينية والبيومترية باستخدام علم الوراثة الجزيئي لدعم فكرة "تعدد الأشكال الشامل". وضعت مفاهيم هذه الدراسات المختلفة حول التطور بذورًا للعديد من المشاريع البحثية الأخرى المتعلقة باللياقة الفردية. [1]

في عام 1957 ، وضع عالم الأحياء التطوري جورج سي ويليامز نظرية مفادها أن التأثيرات العدائية ستظهر خلال دورة حياة الكائن الحي إذا كان مرتبطًا ارتباطًا وثيقًا ومتعدد الاتجاهات. يفضل الانتقاء الطبيعي الجينات التي تكون أكثر فائدة قبل التكاثر منها بعده (مما يؤدي إلى زيادة نجاح الإنجاب). بمعرفة ذلك ، جادل ويليامز بأنه في حالة وجود ارتباط وثيق فقط ، فستحدث الصفات المفيدة قبل التكاثر وبعده بسبب الانتقاء الطبيعي. ومع ذلك ، لا يتم ملاحظة هذا في الطبيعة ، وبالتالي فإن تعدد الأشكال العدائي يساهم في التدهور البطيء مع تقدم العمر (الشيخوخة). [8]

يصف Pleiotropy التأثير الجيني لجين واحد على سمات نمطية متعددة. الآلية الأساسية هي الجينات التي ترمز لمنتج تستخدمه خلايا مختلفة أو لديها وظيفة إشارات تشبه التسلسل والتي تؤثر على أهداف مختلفة.

يصف أحد النماذج الأساسية لأصل تعدد الأشكال موضع جين واحد للتعبير عن سمة معينة. يؤثر الموضع على السمة المعبر عنها فقط من خلال تغيير تعبير المواقع الأخرى. بمرور الوقت ، سيؤثر هذا المكان على سمتين من خلال التفاعل مع موضع آخر. سيؤدي الاختيار الاتجاهي لكلتا السمتين خلال نفس الفترة الزمنية إلى زيادة الارتباط الإيجابي بين السمات ، بينما يؤدي الاختيار على سمة واحدة فقط إلى تقليل الارتباط الإيجابي بين السمتين. في النهاية ، تم ربط السمات التي خضعت للاختيار الاتجاهي في وقت واحد بواسطة جين واحد ، مما أدى إلى تعدد الأشكال.

نماذج أخرى أكثر تعقيدًا تعوض عن بعض إغفالات النموذج الأساسي ، مثل السمات أو الافتراضات المتعددة حول كيفية تأثير الموقع على السمات. واقترحوا أيضًا فكرة أن تعدد الأشكال يزيد من التباين الظاهري لكلتا السمتين لأن طفرة واحدة على الجين سيكون لها تأثير مضاعف. [9]

يمكن أن يكون لتعدد الأشكال تأثير على المعدل التطوري للجينات وترددات الأليل. تقليديًا ، تنبأت نماذج تعدد الأشكال أن المعدل التطوري للجينات يرتبط ارتباطًا سلبيًا بتعدد الأشكال - مع زيادة عدد سمات الكائن الحي ، تنخفض المعدلات التطورية للجينات في مجتمع الكائن الحي. [10] ومع ذلك ، لم يتم العثور على هذه العلاقة بوضوح في الدراسات التجريبية. [11] [12]

في التزاوج ، بالنسبة للعديد من الحيوانات ، قد تكون إشارات ومستقبلات الاتصال الجنسي قد تطورت في وقت واحد كتعبير عن جين واحد ، بدلاً من نتيجة الانتقاء على جينين مستقلين ، أحدهما يؤثر على سمة الإشارة والآخر يؤثر على سمة المستقبل. [13] في مثل هذه الحالة ، من شأن تعدد الأشكال أن يسهل التزاوج والبقاء على قيد الحياة. ومع ذلك ، يمكن أن يتصرف تعدد الأشكال بشكل سلبي أيضًا. وجدت دراسة أجريت على خنافس البذور أن الصراع الجنسي داخل التركيز ينشأ عندما يؤدي اختيار أليلات معينة من جين مفيد لجنس واحد إلى التعبير عن سمات ضارة محتملة من قبل نفس الجين في الجنس الآخر ، خاصةً إذا كان الجين موجودًا على كروموسوم جسمي. . [14]

تعمل الجينات متعددة الاتجاهات كقوة تحكم في الانتواع. يستنتج William R. Rice و Ellen E. Hostert (1993) أن العزلة prezygotic التي تمت ملاحظتها في دراساتهم هي نتاج دور موازنة تعدد الأشكال في الانتقاء غير المباشر. من خلال تقليد سمات الأنواع المهجنة المصابة بالعقم ، لاحظوا أنه تم منع إخصاب البويضات في جميع دراساتهم الثمانية المنفصلة ، وهو تأثير محتمل للجينات متعددة الاتجاهات على الانتواع. [15] وبالمثل ، فإن اختيار استقرار الجين متعدد الاتجاهات يسمح بتغيير تواتر الأليل. [16]

أظهرت الدراسات التي أجريت على الجينوميات التطورية الفطرية سمات متعددة الاتجاهات تؤثر في نفس الوقت على التكيف والعزلة الإنجابية ، وتحول التكيفات مباشرة إلى الانتواع. من الحالات الدالة على هذا التأثير بشكل خاص خصوصية المضيف في الفطريات الزائدة المسببة للأمراض وعلى وجه التحديد ، في فينتوريا، الفطريات المسؤولة عن جرب التفاح. تتكيف كل من هذه الفطريات الطفيلية مع مضيف ، ولا يمكنها التزاوج إلا داخل مضيف مشترك بعد الحصول على الموارد. [17] نظرًا لأن جينًا سامًا واحدًا أو أليل الفوعة يمكن أن يمنح القدرة على استعمار العائل ، يتم تسهيل التكيف والعزلة الإنجابية على الفور ، وبالتالي يتسبب تعدد الأنواع في التكاثر التكيفي. ستوضح الدراسات المتعلقة بعلم الجينوم التطوري للفطريات المراحل الأولى من الاختلاف نتيجة لتدفق الجينات ، وتوفر نظرة ثاقبة للتباعد التكيفي المستحث عن طريق التعدد في حقيقيات النوى الأخرى. [17]

تحرير تعدد الأشكال العدائي

في بعض الأحيان ، قد يكون الجين متعدد الاتجاهات ضارًا ومفيدًا للكائن الحي ، والذي يشار إليه باسم تعدد الأشكال العدائي. قد يحدث هذا عندما تكون السمة مفيدة لحياة الكائن الحي المبكرة ، ولكن ليس في وقت متأخر من حياته. هذه "المقايضات" ممكنة لأن الانتقاء الطبيعي يؤثر على السمات التي يتم التعبير عنها في وقت مبكر من الحياة ، عندما تكون معظم الكائنات الحية أكثر خصوبة ، أكثر من السمات التي يتم التعبير عنها لاحقًا في الحياة. [18]

هذه الفكرة أساسية لفرضية التعددية العدائية ، التي طورها جي سي ويليامز لأول مرة في عام 1957. اقترح ويليامز أن بعض الجينات المسؤولة عن زيادة اللياقة في الكائن الحي الخصب الأصغر سنًا تساهم في انخفاض اللياقة البدنية في وقت لاحق من الحياة ، مما قد يعطي تفسيرًا تطوريًا لـ شيخوخة. ومن الأمثلة على ذلك الجين p53 ، الذي يثبط السرطان ولكنه أيضًا يقمع الخلايا الجذعية ، التي تعوض الأنسجة البالية. [13]

لسوء الحظ ، قد تؤدي عملية تعدد الأشكال العدائية إلى مسار تطوري متغير مع تأخر التكيف ، بالإضافة إلى خفض الفائدة الإجمالية لأي أليلات إلى النصف تقريبًا. ومع ذلك ، فإن تعدد الأشكال العدائي يضفي أيضًا "قوة بقاء" تطورية أكبر للجينات التي تتحكم في الصفات المفيدة ، نظرًا لأن الكائن الحي الذي لديه طفرة في هذه الجينات سيكون لديه فرصة أقل في التكاثر بنجاح ، حيث ستتأثر سمات متعددة ، وربما إلى الأسوأ. [19]

فقر الدم المنجلي هو مثال كلاسيكي على الفائدة المختلطة التي تقدمها الجينات متعددة الاتجاهات ، حيث أن الطفرة في Hb-S توفر فائدة اللياقة البدنية لمقاومة الملاريا للزيجوت متغايرة الزيجوت ، في حين أن الزيجوت المتماثلة الزيجوت خفضت بشكل ملحوظ متوسط ​​العمر المتوقع. نظرًا لأن كلتا الحالتين مرتبطتان بنفس الجين المتحور ، فإن عددًا كبيرًا من السكان اليوم عرضة للإصابة بالخلايا المنجلية على الرغم من كونها اضطرابًا وراثيًا يضعف اللياقة البدنية. [20]


ما هو الوراثة متعددة الجينات

في الوراثة متعددة الجينات ، يتم تحديد سمة معينة بواسطة أكثر من جين واحد. وبالتالي ، فإن تأثير جين واحد على السمة ضئيل. هنا ، تظهر الجينات المساهمة هيمنة غير كاملة. وبالتالي ، فإن السمة في النسل هي مزيج من السمات الأبوية. تؤثر العوامل البيئية الخارجية أيضًا على الوراثة متعددة الجينات. معظم السمات المترية والجدارة تخضع لتأثير الميراث متعدد الجينات. تُظهر السمات متعددة الجينات توزيعًا مستمرًا في مجموعة سكانية. وبالتالي ، فإن منحنى توزيع الميراث متعدد الجينات يكون على شكل جرس. يمكن ملاحظة تنوع كبير في الأنماط الجينية داخل مجموعة سكانية في سمات متعددة الجينات. تتكون الكائنات الحية في منتصف منحنى التوزيع من مزيج من الأليلات السائدة والمتنحية. قد يظهر الأفراد الذين لديهم العديد من الأليلات السائدة أو الأليلات المتنحية في نهاية المنحنى. يظهر منحنى توزيع الميراث متعدد الجينات للطول عند البشر في الشكل 3.

الشكل 3: الوراثة متعددة الجينات من الطول

يتم التحكم في لون العين البشرية بواسطة 16 جينًا مختلفًا. يتم تحديد لون العين من خلال كمية الميلانين المنتجة أمام القزحية. يمكن أن يكون اللون إما أسود أو بني أو أخضر أو ​​عسلي أو أزرق. لون جلد البشر هو مثال آخر على الوراثة متعددة الجينات. يتحدد لون الجلد بكمية الميلانين المنتجة في الجلد. عندما يكون عدد الأليلات الداكنة الموجودة في الجلد مرتفعًا ، يصبح لون الجلد أغمق.


المقايضات الجينية

قبل عقود من الزمان ، اكتشف المُنظِّر التطوري جورج سي ويليامز ربما الجانب الأكثر إرباكًا في البيولوجيا البشرية: ميلنا المزعج إلى التقدم في السن والموت. اقترح في عام 1957 أن بعض الجينات المسببة للشيخوخة قد تطورت لأنها عززت اللياقة البدنية في وقت مبكر من الحياة (جي سي وليامز تطور 11، 398-411 1957). يشير هذا "تعدد الأشكال العدائي" - حيث يتحكم جين واحد على الأقل في سمة واحدة مفيدة وواحدة ضارة - إلى أن تصميم الهياكل البيولوجية يمثل مشكلة تحسين معقدة تنطوي على مقايضات متعددة. العواطف والجوانب الأخرى للوظيفة العقلية ليست مثل مكونات الآلة ، ولكل منها وظيفة محددة بدلاً من ذلك ، فهي جزء لا يتجزأ من مسارات كيميائية حيوية معقدة ومتداخلة.

في عام 1994 ، تعاونت نيس مع ويليامز من أجل لماذا نمرض، بيان عن "الطب الدارويني". فتحت رؤاهم وجهات نظر جديدة حول أصول الأمراض ، ودافعوا عن الأسباب "القريبة" (التي يقودها علم التشريح والكيمياء الحيوية وعلم وظائف الأعضاء) والأسباب "النهائية" (التطورية) ذات المستوى الأعلى. وأشاروا إلى أن التطور يختار النجاح الإنجابي وليس للصحة والسعادة ومن ثم فإن وجود الأمراض والاضطرابات البشرية. كما قاموا أيضًا بتفصيل الطبيعة العرضية وأحيانًا "غير العقلانية" للموروثات البيولوجية ، مثل الأعصاب والأوعية الدموية التي تمر عبر سطح شبكية العين البشرية. عيون رأسيات الأرجل ليس لديها هذا "الخلل".

أسباب جيدة للمشاعر السيئة يبني على هذه الأفكار. من خلال تبني "وجهة نظر المهندسين" حول الأمراض العقلية ، يقترح نيسي أن القلق ، على الرغم من أنه غير مرغوب فيه ظاهريًا ، إلا أنه عنصر تصميم له فائدة في مواقف معينة - على سبيل المثال ، "كاشف دخان" للأحداث التي قد تهدد الحياة. قد يؤدي الاكتئاب أيضًا وظائف تكيفية. جادل الطبيب النفسي أوبري لويس بأنه من خلال الإشارة إلى الضيق ، يمكن للاكتئاب أن يدفع الآخرين إلى تقديم المساعدة من خلال البحث عن الطعام والأنشطة الأخرى. حتى أنه تم اقتراح أن السلوك الاكتئابي في قرود الفرفت (Chlorocebus pygerythrus) تطورت للإشارة إلى فقدان المكانة ، وصرف الهجمات عن الذكور المهيمنين.

ومع ذلك ، مهما كانت مكوناتها وظيفية عند تنظيمها بشكل مناسب ، فإن الأمراض العقلية تسبب المعاناة ، والعلاجات القائمة على الأدلة قليلة. في الواقع ، لم يشهد هذا المجال اختراقات صيدلانية مهمة لسنوات عديدة. لا تزال الأسباب البيولوجية بعيدة المنال ، والعلامات الحيوية غير موجودة.

وفي الوقت نفسه ، فإن الطب النفسي كمجال يرتجف مع عدم اليقين النظري. لم يصبح تخصصًا فرعيًا في علم الأعصاب ، كما قد يتوقع المرء إذا تم تعيين المرض العقلي مباشرة إلى السلوك العصبي. والاختلافات الجينية الشائعة ذات التأثيرات الكبيرة على الاضطرابات النفسية بعيدة المنال. التجسيدات المختلفة لجمعية الطب النفسي الأمريكية الدليل التشخيصي والإحصائي للاضطرابات النفسية (DSM) مكنت من الاتساق التشخيصي وتصنيف الأمراض العقلية. لكن ال DSM نتج عن التشخيصات المتداخلة ، واختراع قوائم فحص مجموعة الأعراض. في بعض الأحيان ، فإنه يمس منطقة الوظيفة العقلية الصحية. ألين فرانسيس ، رئيس فريق العمل الذي كتب الطبعة الرابعة من الدليل في عام 1994 ، ثار ضد التشخيص العقلي الخارج عن السيطرة في كتابه لعام 2013 DSM: حفظ عادي.


تعدد التعدد الجيني بين اضطرابات المزاج والأيض وصفات الغدد الصماء في نسب متعددة الأجيال

الاضطراب ثنائي القطب (BD) هو اضطراب عقلي يتميز بفترات متناوبة من الاكتئاب والهوس. يعاني الأفراد المصابون بمرض بهجت من معدلات وفيات مبكرة أعلى من عامة السكان ، ويرجع جزء كبير من هذا إلى زيادة خطر الإصابة بالأمراض المرضية المصاحبة. لتحديد الأحداث الجزيئية التي تكمن وراء مرض BD والأمراض المصاحبة الطبية ذات الصلة ، قمنا بإنشاء بيانات تسلسل الجينوم الكامل المُحسب باستخدام لوحة مرجعية خاصة بالسكان للحصول على نسب الأميش من النظام القديم متعدد الأجيال (ن = 394) ، فصل BD والاضطرابات ذات الصلة. أولاً ، قمنا بفحص جميع المتغيرات المفترضة المسببة للأمراض في مواقع مرض مندلي المعروفة الموجودة في هذا النسب. ثانيًا ، أجرينا التنميط الجينومي باستخدام درجات المخاطر متعددة الجينات (PRS) لتحديد مخاطر إصابة كل فرد بالعديد من الأمراض المعقدة. حددنا مجموعة من المتغيرات المندلية التي تحدث في الأفراد المصابين بمرض بهجت بشكل متكرر أكثر من أفراد أسرهم غير المتأثرين ، بما في ذلك طفرة R3527Q في APOB المرتبطة بفرط كوليسترول الدم. باستخدام PRS ، أظهرنا أن الأفراد BD من هذا النسب تم إثرائهم لنفس أليلات الخطر الشائعة لـ BD مثل عامة السكان (β = 0.416 ، p = 6 × 10 -4). علاوة على ذلك ، وجدنا دليلًا على وجود مسببات وراثية شائعة بين مخاطر مرض بهجت ومخاطر متعددة الجينات لمرض الغدة الدرقية المناعي الذاتي السريري (ع = 1 × 10-4) ، ومرض السكري (ع = 1 × 10 -3) ، وسمات الدهون مثل مستويات الدهون الثلاثية ( ع = 3 × 10 -4) في النسب. نحدد المناطق الجينومية التي تساهم في الاختلافات بين الأفراد المصابين بمرض BD وأفراد الأسرة غير المتأثرين من خلال حساب المخاطر الجينية المحلية لتجمعات LD المستقلة. تقدم النتائج التي توصلنا إليها دليلًا على تعدد الأشكال الوراثي الواسع الذي يمكن أن يؤدي إلى النتائج الوبائية للأمراض المصاحبة بين الأمراض والسمات المعقدة الأخرى.

بيان تضارب المصالح

يعلن المؤلفون أنه ليس لديهم تضارب في المصالح.

الأرقام

التين. 1. لمحة عن الأمراض المندلية المتزامنة الحدوث ...

التين. 1. تتباين ملامح الأمراض المندلية المتزامنة بين الأفراد المصابين وغير المصابين.

الشكل 2. رابطة درجات المخاطر متعددة الجينات ...

الشكل 2. رابطة درجات المخاطر متعددة الجينات لصفات متعددة مع الاضطراب ثنائي القطب (واسع ممتد ...

الشكل 3. النسبة المئوية للأفراد المصابين ...

الشكل 3. النسبة المئوية للأفراد ذوي الحالة المتأثرة لكل عشري من درجات المخاطر متعددة الجينات.

الشكل 4. مواقع المناطق الجينومية التي ...

الشكل 4. مواقع المناطق الجينومية التي تساهم في اختلافات درجات المخاطر على مستوى الجينوم بين ...


شاهد الفيديو: 29. دورة جافا الكاملة - تعدد الأشكال Polymorphism (شهر فبراير 2023).