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Expresividad (genética)

En genética , la expresividad es el grado en el que un fenotipo es expresado por individuos que tienen un genotipo particular . Alternativamente, puede referirse a la expresión de un gen particular por individuos que tienen un cierto fenotipo. La expresividad está relacionada con la intensidad de un fenotipo dado; se diferencia de la penetrancia , que se refiere a la proporción de individuos con un genotipo particular que comparten el mismo fenotipo. [1]

Expresividad variable

La expresividad variable se refiere al fenómeno por el cual individuos con un genotipo compartido exhiben fenotipos variables. [2] Esto puede describirse además como un espectro de rasgos asociados que pueden variar en tamaño, color, intensidad, etc. La expresividad variable se puede observar en plantas y animales, como diferencias en el color del pelo, el tamaño de las hojas y la gravedad de las enfermedades.

Mecanismos que influyen en la expresividad

Figura 1. Esta figura ilustra algunos factores que influyen en la expresividad genética, incluidos los elementos reguladores cis, los factores transactivos, los factores ambientales y la modificación del ADN. Créditos de Biorender.com.

Esta variación en la expresión puede verse afectada por genes modificadores , factores epigenéticos o el medio ambiente. [3]

  1. Los genes modificadores pueden alterar la expresión de otros genes de forma aditiva o multiplicativa. [3] Esto significa que el fenotipo que se observa puede ser el resultado de la suma o multiplicación de dos alelos diferentes (variantes genéticas). Sin embargo, también puede producirse una reducción de la expresión en la que se vea afectado el locus primario , donde se encuentra el gen. [4]
  2. Los factores epigenéticos son cambios hereditarios en la accesibilidad de la cromatina que afectan la expresión genética. [5] Los factores epigenéticos pueden incluir:
    1. Elementos cis-reguladores , que son regiones de ADN no codificante que regulan la transcripción de genes, como los promotores o potenciadores . [6]
    2. Elementos transreguladores , que son proteínas reguladoras, como los factores de transcripción (TF) que se unen al ADN para regular la expresión genética. [7]
    3. Modificaciones de las histonas , que regulan la accesibilidad de la cromatina para la transcripción genética. [8]
    4. Variantes de la cromatina , que son diferentes estados de la cromatina. [9]
    5. Impronta genómica , que determina si se expresan algunos genes heredados de la madre y del padre. [10]
  3. La expresividad de un gen puede verse influida por las condiciones ambientales. [11] Por ejemplo, la pigmentación del pelaje de los conejos del Himalaya está determinada por el gen C , cuya actividad depende de la temperatura. [12] Durante la crianza de conejos genéticamente idénticos, si el pelaje de un conejo alcanza una temperatura superior a 35 ° C, el pelaje se desarrollará de color blanco. Si el pelaje de un conejo permanece a una temperatura entre 15 y 25 ° C, el pelaje se desarrollará de color negro.

Expresividad variable en plantas y animales

Plantas

La expresividad se observa comúnmente en las plantas y puede ser regulada por interacciones complejas entre el medio ambiente, la señalización hormonal y la genética. Un ejemplo de expresividad en plantas causada por un gen raro es la variación en el número de ramas . Inicialmente identificado en plantas de sorgo , este gen raro se llama Mutante Axilar Ramificado de Sorghum bicolor (SbABM). [13] A lo largo de varios años de estudios sobre SbABM en la planta de sorgo rabi , los investigadores encontraron que la progenie de las plantas variaba de tener 0 a 33 ramas, a pesar de que todas tenían el mismo genotipo SbABM . [13]

Animales

Un ejemplo bien conocido es la polidactilia en los gatos de Hemingway, que es la presencia de dedos adicionales en los pies. La cantidad de dedos adicionales puede variar entre gatos, debido a la expresividad variable del gen ZRS en el cromosoma felino A2. ZRS mejora la actividad del gen SHH , que está involucrado en el desarrollo de las extremidades, y se ha demostrado que esto causa dedos adicionales. Aunque la polidactilia está causada por un alelo autosómico dominante , la expresividad variable (número de dedos) de la polidactilia en los gatos puede estar influenciada por los tejidos que rodean la región que se desarrollaría en los dedos. [14]

Aplicación clínica

Figura 3. Ejemplo de labio hendido observado como resultado del síndrome de Van der Woude.
Figura 2. Las personas con síndrome de Marfan suelen tener dedos más largos que las personas que no padecen el síndrome. La diferencia extrema en la longitud de los dedos es resultado de la expresividad variable.

Algunos síndromes comunes que implican variabilidad fenotípica debido a la expresividad incluyen: síndrome de Marfan , síndrome de Van der Woude y neurofibromatosis .

Las características del síndrome de Marfan varían ampliamente entre individuos. El síndrome afecta el tejido conectivo en el cuerpo y tiene un espectro de síntomas que van desde una afectación leve de los huesos y las articulaciones hasta formas neonatales graves y enfermedad cardiovascular. [15] Esta diversidad de síntomas es el resultado de la expresividad variable del gen FBN1 que se encuentra en el cromosoma 15 (ver figura 2). [16] El producto del gen está involucrado en el ensamblaje adecuado de las microfibrillas , que son estructuras que se encuentran en los tejidos conectivos para proporcionar soporte y elasticidad. [16] En pacientes con Marfan, se observaron diferentes niveles de ARNm de FBN1 y niveles de expresión de FBN1. [17] Estos niveles variables no se asociaron ni con el sexo ni con la edad. Los niveles más bajos de expresión de ARNm se asociaron con un mayor riesgo de ectopia lentis , el desplazamiento del cristalino del ojo, y deformidad de pectus, una anomalía del músculo del pecho, lo que indica que la variación en la expresión podría deberse a los niveles de expresividad y no al genotipo. [17]

El síndrome de Van der Woude es una afección que afecta el desarrollo de la cara, específicamente el labio leporino, el paladar hendido o ambos (ver Figura 3). [18] Los portadores del alelo raro también pueden tener fosas cerca del centro del labio inferior que pueden parecer húmedas debido a la presencia de glándulas salivales . [18] Los fenotipos resultantes expresados ​​varían significativamente entre individuos. Esta variación puede variar tan ampliamente que un estudio publicado por el Departamento de Ortodoncia de la Universidad de Atenas mostró que algunos individuos no sabían que poseían el genotipo para esta afección hasta que se les realizó la prueba. [19]

La neurofibromatosis (NF1), también conocida como enfermedad de Von Recklinghausen, es un trastorno genético causado por una mutación poco frecuente en el gen de la neurofibromina (NF1) en el cromosoma 17. [20] Esta mutación de pérdida de función en el gen supresor de tumores puede causar tumores en los nervios llamados neurofibromas . [21] Estos aparecen como pequeñas protuberancias debajo de la piel. Se estipula que la variación fenotípica es el resultado de modificadores genéticos. [21]

Algunas hemoglobinopatías (enfermedades de la sangre), como la anemia de células falciformes , existen en un espectro. La anemia de células falciformes es una enfermedad mendeliana monogénica autosómica recesiva, prototípica , lo que significa que la enfermedad sigue la herencia mendeliana y se remonta a un solo gen. Las personas con anemia de células falciformes presentan diferentes severidades de síntomas. Se cree que la concentración de hemoglobina fetal (HbF) y la presencia de alfa-talasemia , una enfermedad sanguínea genética en la que la subunidad alfa globina de la proteína hemoglobina se produce de forma insuficiente, son los principales contribuyentes a la modificación genética que conduce a la expresividad variable de la hemólisis (destrucción de glóbulos rojos) y al aumento de la gravedad de la enfermedad. [22]

Véase también

Referencias

  1. ^ Miko I (2008). "Variabilidad del fenotipo: penetrancia y expresividad". Nature Education . 1 (1): 137.
  2. ^ Bourgeois, P (1998-06-01). "La expresividad variable y la penetrancia incompleta del fenotipo de ratón heterocigoto sin torsión se asemejan a las del síndrome de Saethre-Chotzen humano". Genética molecular humana . 7 (6): 945–957. doi : 10.1093/hmg/7.6.945 . ISSN  1460-2083.
  3. ^ ab Marian AJ, Roberts R (abril de 2001). "La base genética molecular de la miocardiopatía hipertrófica". Revista de cardiología molecular y celular . 33 (4): 655–70. doi :10.1006/jmcc.2001.1340. PMC 2901497 . PMID  11273720. 
  4. ^ Slavotinek A, Biesecker LG (abril de 2003). "Modificadores genéticos en el desarrollo humano y síndromes de malformación, incluidas las proteínas chaperonas". Human Molecular Genetics . 12 Spec No 1 (suppl_1): R45-50. doi : 10.1093/hmg/ddg099 . PMID  12668596.
  5. ^ Peaston AE, Whitelaw E (mayo de 2006). "Epigenética y variación fenotípica en mamíferos". Genoma de mamíferos . 17 (5): 365–74. doi :10.1007/s00335-005-0180-2. PMC 3906716 . PMID  16688527. 
  6. ^ Wittkopp, Patricia J.; Kalay, Gizem (6 de diciembre de 2011). "Elementos cis-reguladores: mecanismos moleculares y procesos evolutivos subyacentes a la divergencia". Nature Reviews Genetics . 13 (1): 59–69. doi :10.1038/nrg3095. ISSN  1471-0056.
  7. ^ Metzger, Brian PH; Duveau, Fabien; Yuan, David C.; Tryban, Stephen; Yang, Bing; Wittkopp, Patricia J. (18 de enero de 2016). "Frecuencias contrastantes y efectos de mutaciones reguladoras cis y trans que afectan la expresión génica". Biología molecular y evolución . 33 (5): 1131–1146. doi : 10.1093/molbev/msw011 . ISSN  0737-4038. PMC 4909133 . 
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Lectura adicional