Interakcija gena

Interakcija gena podrazumijeva međudjejstvo dva ili više gena u realizaciji sinteze jednog i/ili više strukturnih ili enzimskih proteina. Priroda te interakcije bitno zavisi od broja involviranih gena i funkcionalnih relacija među njihovim alelima. Metodološki razlozi sugeriraju potrebu distinkcije dva oblika ovog pojma: interakcija alelnih gena i interakcija nealelnih gena.

Interakcija alelnih gena

Interakcija alelnih gena (alela, alelogena) se ispoljava u ti osnovna oblika.^[1]^[2]^[3]^[4]^[5]

Alelogen za crvenu boju cvijeta sabahčića (*Convolvulus tricolor*) je dominantan u odnosu na (recesivni) alel za bijeli cvijet.
P = Parentalna (roditeljska generacija)
F₁ i F₂ = Prva i druga filijalna (potomačka) generacija

Dominantnost – recesivnost (A₁ > A₂) rezultira pojavom da heterozigoti (A₁A₂) imaju istovjetan fenotip kao i dominantni homozigoti (A₁A₁), odnosno da se fenotipski ispoljava funkcija samo jednog – dominantnog alela (A₁), dok su fenotipski efekti drugog (A₂) u recesiji (prikriveni), tj. nezamjetljivi. Mogući fenotipski efekti recesivnog alela su “maskirani” i ispoljavaju se samo u njegovom homozigotnom stanju (A₂A₂). Pritom je ovaj oblik interakcije najčešće posljedica djelimičnog ili potpunog gubitka sposobnosti recesivnog alela da kodiranje sinteze specifičnog produkta dovede do njenog finalnog oblika (koji je karakterističan za funkciju izvornog – "divljeg tipa" alela).

Panetov (Punnett) kvadrat ilustrira intermedijarnost (nekompletnu dominantnost). U ovom primjeru, crvena boja cvijeta je vezana za aktivnost alela R pomiješanog sa produktom alela r (za bijelo); heterozigotne biljke - Rr imaju ljubičaste cvjetove

Kodominantnost (A<>A) je osobena varijacija kodominacije dvaju alela nad trećim. Manifestira u pojavi da su heterozigotne jedinke istovremeno obilježene produktima oba prisutna alela; specifična supstanca koju kodira svaki od njih strukturno je istovjetna u oba moguća genotipa.
Intermedijarnost (nekompletna dominantnost) (A1→←A2) se ispoljava u takvoj alternativnoj fenotipskoj varijanti koja ne odražava funkciju nijednog od prisutnih alela, tj. u pojavi osobenog “međufenotipa” – međuprodukta A₁ i A₂. Najčešće je posljedica nepotpune dominantnosti odgovarajućeg alela.

Penetrabilnost i ekspresivnost

Penetrabilnost i ekspresivnost su fenomeni koji uveliko otežavaju pouzdanu detekciju prirode interakcije alelnih gena.

Penetrabilnost (probojnost) određenog gena se izražava kao relativna učestalost individua istog genotipa u čijem se fenotipu ispoljava njegova funkcija. Zapaženo je, naime, da se prisustvo odgovarajućeg alela u individualnom genotipu (ponekad) ne ispoljava u fenotipu svih pripadajućih individua.
Ekspresivnost (izražajnost) jeste intezitet izražavanja alela u fenotipu jedinke, koji, ponekad, može varirati u veoma širokom rasponu.^[6]

Interakcija nealelnih gena

Nealelni geni je pojam koji podrazumijeva mnoge oblike sudjejstva alela različitih gena, tj. onih alelogenena koji se ne javljaju na istom genskom lokusu. Ovaj termin se najčešće upotrebljava u distinkciji interakcije gena, budući da u ispoljavanju promatrane fenotipske oznake mogu učestvovati aleli jednog ili cijele galaksije gena (lokusa).

Priroda interakcije nealelnih gena bitno ovisi o prirodi varijacije svojstva koje diraju, tj. da li se radi o kvalitativnim ili kvantitativnim svojstvima.Interakcija nealelnih gena obuhvata veoma široku lepezu različitih oblika sudjelovanja genetičkih determinatora sa dva ili (mnogo) više genskih lokusa u formiranju pojedinih kvalitativnih i kvantitativnih fenotipskih svojstava.^[7]^[8]

Kvalitativna svojstva

U kontroli heritabilnog dijela kvalitativne individualne varijecije, interakcija nealelnih gena se ispoljava u nekoliko osobenih oblika, kao što su: koakcija, epistaza–hipostaza, komplementacija, inhibicija i sl.

Obratiti pažnju na krestu, zanemarujući boju perja!

Koakcija (izvorno poznatija kao interakcija – jedan od ranih primjera interakcije nealelnih gena – u užem smislu pojma) odnosi se na fenomene u kojima geni sa dva ili više lokusa kontroliraju formiranje istog svojstva. Registrira se na osnovu nezavisnog razdvajanja gena u F2 generaciji potomaka dvostrukih homozigota. Pritom je jedan roditelj dominantni homozigot po prvom, a recesivan po drugom lokusu, dok je drugi recesivni homozigot po prvom, a dominantni po drugom. Tada se u F2 generaciji javljaju četiri fenotipa u omjeru koji je svojstven ishodu dihibridnog ukrštanja: 9 (AB) : 3 (Ab) : 3 (aB) : 1 (ab), pri čemu se posljednji – sa relativnom frekvencijom od 1/16 – nije pojavljivao ni u roditeljskom (P) ni u F1 pokoljenju.
Epistaza – hipostaza je vid interakcije nealelnih gena u kojem dominantni alel jednog lokusa ima snažniju ekspresiju od dominantnog alela drugog gena. Ispoljeni gen je pritom epistatičan, u odnosu na “maskirani” hipostatični gen sa drugog lokusa. Tako, npr., jedna od važećih hipoteza o prirodi nasljeđivanja boje kose počiva na mogućnosti da je ona određena genima sa dva lokusa. Jedan od njih je odgovoran za produkciju tamnog pigmenta (melanina), a drugi za sintezu crvenog pigmenta (karotena). Kada se u individualnom genotipu na oba lokusa istovremeno pojave dominantni aleli (za visoku produkciju odgovarajućih pigmenata), efekti gena za sintezu crvenog pigmenta bivaju potpuno prikriveni tamnim melaninom. Međutim, u kombinacijama sa alelima koji sa odgovarajućeg lokusa kreiraju manje intenzivne nijanse tamnog pigmenta, produkti gena za sintezu crvenog pigmenta postaju vidljivi u osebujnim ekspresijama relacija sa tamnom bojom, učestvujući u komponiranju: kestenjasto–crvenkastih, zlatastoplavih, zlatastocrvenih, jarkocrvenih i drugih tonova riđe kose.
Komplementacija predstavlja genetički fenomen koji zavisi od pune i nadopunjavajuće funkcije dva ili više produktivnih alela (sa dva ili više genskih lokusa). Jedan od primjera ovog oblika interakcije nealelnih gena manifestira se u sintezi imunoglobulina, čija molekula nastaje integracijom polipeptidnih (lakih i teških) lanaca, kodiranih sa dva nezavisna genska lokusa.
Adicija podrazumijeva sumiranje pojedinačnih fenotipskih efekata nealelnih gena određenog genotipa. Tako se, npr., pretpostavlja da, u izvjesnim konstelacijama, produkti viralnih (v–onc) i ćelijskih onkogena imaju zajedničke (zbirne) kancerogene efekte.
Duplikacija je sumiranje (udvostručavanje) fenotipskih efekata nealelnih gena koji se javljaju u dvije kopije (duplikanata), a učestvuju u determinaciji istog svojstva. Npr., hemoglobini su građeni od nekoliko lanaca: α, β, γ i δ, koji su vjerovatno nastali jedni od drugih. Lanci β i δ, a vjerovatno i γ su blisko vezani, što sugerira porijeklo “tandemske” duplikacije. Moguće da je translokacija razdvojila izvorno susjedne dupikante s obzirom da geni koji kodiraju α i β lance nisu vezani.
Supresija je oblik interakcije nealelnih gena koji se očituje u odsustvu fenotipske ekspresije alela određenog genskog lokusa, usljed djelovanja alela nekog drugog lokusa. Tako su, npr. tumor–supresorsorski geni uključeni u razvoj nekih familijarnih kancera. Heterozigoti, koji nasljeđuju defekt u po jednoj kopiji svakog gena, imaju mnogo izraženije predispozicije za razvoj različitih formi kancera, što je u mnogim slučajevima posljedica gubitka ili inaktivacije normalnih kopija gena u somatskim ćelijama.

Teorijski gledano, pomenuti oblici i njihove modifikacije, u ovoj kategoriji interakcije nealelnih gena, određuju slijedeće omjere fenotipova u F2 generaciji mogućih reproduktivnih parova:

recesivna epistaza – 9 (AB) : 3 (Ab) : 4 (3aB + 1 ab);
dominantna epistaza (modificirajuća interakcija dominantnog supresora) – 12 (9AB + 3Ab) : 3 (aB) : 1 (ab);
komplementacija – 9 (AB) : 7 (3Ab + 3aB + 1ab);
modificirajuća interakcija recesivnog supresora – 13 (9AB + 3Ab + 1ab) : 3 (aB);
adicija efekata dominantnih gena – 9 (AB) : 6 (3Ab + 3aB) : 1 (ab);
duplikacija lokusa (uz obostrano prisustvo dominantnih gena) – 15 (9AB + 3Ab + 3aB) : 1 (ab).^[9]^[10]

Kvantitativna svojstva

Fenotipska ekspresija nasljedne komponente ukupne varijacije određenog kvantitativnog svojstva determinirana je djelovanjem više gena (poligena – poligensko nasljeđivanje). Osnovni oblik interakcije nealelnih gena u odgovarajućoj poligenskoj seriji je adicija pojedinačih – obično malih – efekata alelnih varijanti uključenih lokusa. Ova konstatacija se podjednako odnosi na genetičku kontrolu tipičnih kvantitativnih svojstava kao i na količinske odrednice karaktera u kojima određeni kvantiteti (ili njihove kombinacije) prelaze u (konvencionalne) kvalitete, tj. na tzv. pražna ("threshold") kvalitativna svojstva. Međutim, treba istaknuti da se u svim varijantama svojih aplikacija poligenska teorija bavi nasljednom determinacijom metričkih i merističkih karaktera. U literaturi se relativno često susreću primjeri koji u poligenske osobine svrstavaju sve komponente individualnog fenotipa kontrolisane genetičkim determinatorima sa dva ili više lokusa. Ta činjenica zahtijeva nešto konkretnije razmatranje problema prepokrivanja pojmova (i pojava) oligogenskog i poligenskog nasljeđivanja. Teorijski gledano, poligenska serija može da sadrži od dva lokusa do (gotovo) beskonačno mnogo gena. S druge strane, pod oligogenskim nasljeđivanjem se podrazumijeva pojava genetičke kontrole pojedinih fenotipskih svojstava malim brojem genskih lokusa, uz obavezno prisustvo “major” gena u oligogenskom bloku. Pošto je uticaj negenetičkih činilaca i “minor” gena iz odgovarajuće serije na fenotipsko ispoljavanje ovakvih osobina gotovo beznačajan, one se obično tretiraju kao monogenske.^[11]

Također pogledajte

Reference

^ Bajrović K, Jevrić-Čaušević A., Ed. (2005): Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 9958-9344-1-8.
^ Kapur Pojskić L., Ed. (2014): Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju, 2. izdanje. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 978-9958-9344-8-3.
^ Hadžiselimović R., Pojskić N. (2005): Uvod u humanu imunogenetiku. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 9958-9344-3-4.
^ Berberović LJ., Hadžiselimović R. (1986): Rječnik genetike. Svjetlost, Sarajevo, ISBN 86-01-00723-6.
^ Hadžiselimović R. (2005): Bioantropologija – Biodiverzitet recentnog čovjeka. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 9958-9344-2-6.
^ Cavali-Sforza L. L., Bodmer W. F. (1999): The genetics of human populations. Dover PublicTIONS, Inc., Mineola, New York, ISBN 0-486-40693-8.
^ Nussbaum R. L. et al.(2007): Genetics in Medicine. Saunders, Philadelphia
^ MacLeod A., Sikora K. (1984): Molecular biology and human diseases. Blackwell Scientific Publications, Oxford, ISBN 0-632-01167-X.
^ King R. C., Stransfield W. D. (1998): Dictionary of genetics. Oxford niversity Press, New York, Oxford, ISBN 0-19-50944-1-7; ISBN 0-19-509442-5.
^ Alberts B. et al. (1983): Molecular biology of the cell. Garland Publishing, Inc., New York & London, ISBN 0-8240-7283-9.
^ Lincoln R. J., Boxshall G. A. (1990): Natural history - The Cambridge illustrated dictionary. Cambridge University Press, Cambridge, ISBN 0 521 30551-9.

[1] Bajrović K, Jevrić-Čaušević A., Ed. (2005): Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 9958-9344-1-8.

[2] Kapur Pojskić L., Ed. (2014): Uvod u genetičko inženjerstvo i biotehnologiju, 2. izdanje. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 978-9958-9344-8-3.

[3] Hadžiselimović R., Pojskić N. (2005): Uvod u humanu imunogenetiku. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 9958-9344-3-4.

[4] Berberović LJ., Hadžiselimović R. (1986): Rječnik genetike. Svjetlost, Sarajevo, ISBN 86-01-00723-6.

[5] Hadžiselimović R. (2005): Bioantropologija – Biodiverzitet recentnog čovjeka. Institut za genetičko inženjerstvo i biotehnologiju (INGEB), Sarajevo, ISBN 9958-9344-2-6.

[6] Cavali-Sforza L. L., Bodmer W. F. (1999): The genetics of human populations. Dover PublicTIONS, Inc., Mineola, New York, ISBN 0-486-40693-8.

[7] Nussbaum R. L. et al.(2007): Genetics in Medicine. Saunders, Philadelphia

[8] MacLeod A., Sikora K. (1984): Molecular biology and human diseases. Blackwell Scientific Publications, Oxford, ISBN 0-632-01167-X.

[9] King R. C., Stransfield W. D. (1998): Dictionary of genetics. Oxford niversity Press, New York, Oxford, ISBN 0-19-50944-1-7; ISBN 0-19-509442-5.

[10] Alberts B. et al. (1983): Molecular biology of the cell. Garland Publishing, Inc., New York & London, ISBN 0-8240-7283-9.

[11] Lincoln R. J., Boxshall G. A. (1990): Natural history - The Cambridge illustrated dictionary. Cambridge University Press, Cambridge, ISBN 0 521 30551-9.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]