Dominacja autosomalna

Definicja

Dominacja autosomalna lub dominacja jest wzorem dziedziczenia genetycznego, który występuje w obrębie autosomu (chromosomu nie będącego chromosomem płci). Sposób, w jaki wyglądamy i funkcjonujemy jest najczęściej wynikiem dominacji jednego z genów rodzicielskich nad drugim. W terminologii medycznej, choroba dziedziczona autosomalnie dominująco opisuje zaburzenie spowodowane przez pojedynczą kopię zmutowanego genu lub allelu, który jest przenoszony przez jednego z rodziców i może wpływać zarówno na męskie, jak i żeńskie potomstwo. Pojedyncza kopia mutacji od któregokolwiek z rodziców jest wystarczająca do spowodowania autosomalnego dominującego zaburzenia.

Autosomalna Dominujący vs Recesywny

Autosomalne dominujące vs autosomalne recesywne dziedziczenie genów nie musi być skomplikowanym tematem, chyba że jesteś genetykiem. To czy gen jest recesywny czy dominujący może być luźno opisane jako prawdopodobieństwo ekspresji genu. Kiedy gen jest autosomalny, znajduje się on tylko w obrębie chromosomów nie będących chromosomami płci. Mutacja może wystąpić w dowolnym miejscu w milionach alleli naszego DNA, które są częścią dwudziestu dwóch par chromosomów autosomalnych.

Jak zapewne już wiesz, nasze chromosomy są sparowane – otrzymujemy jeden pełny zestaw informacji genetycznej od naszego biologicznego ojca i jeden pełny zestaw od naszej biologicznej matki. To jak wyglądamy i jak funkcjonujemy jest wynikiem tego połączenia, gdzie niektóre sekcje kodu genetycznego jednego z rodziców mają pierwszeństwo przed tym samym kodem genetycznym drugiego.

Nasz genotyp – nasz genetyczny makijaż – jest niezwykle złożony. Kolor oczu, na przykład, nie jest wynikiem jednego allelu, ale wielu różnych. To nasze geny dominujące, zwykle będące wynikiem mniejszych alleli dominujących, decydują o tym, czy informacja genetyczna naszej matki czy ojca zostanie wyrażona. Allele recesywne w obecności alleli dominujących nie powodują bezpośredniego efektu, ale mogą odegrać rolę w przyszłych pokoleniach.

Aby ułatwić zrozumienie dominacji autosomalnej, szybko przeanalizujmy różnicę między genem, allelem i chromosomem.

Chromosomy zawierają cały plan genetyczny organizmu, składający się z informacji pochodzących od wspólnych rodziców. Zawierają dokładne kopie DNA obojga rodziców, a nasze DNA jest ich mieszanką.

Gen to odcinek DNA, który określa cechę genetyczną lub specyficzną właściwość, taką jak na przykład skłonność do rozwoju pewnych rodzajów raka. Albo rodzimy się z tymi cechami, albo uszkodzenie naszego DNA może spowodować powstanie pewnych cech w czasie. Za cechy znajdujące się w naszym DNA odpowiada nasz genotyp. Geny dominujące i recesywne decydują o tym, czy cechy te są wyrażone, czy nie. Wyrazisty gen, zwykle gen dominujący, powoduje fenotyp – cechę funkcjonalną lub wizualną.

Allel to bardzo specyficzna część genu lub chromosomu, która znajduje się w tym samym miejscu. Dla każdego genu istnieją dwa allele – po jednym od każdego z rodziców. Podczas gdy gen może determinować kolor oczu, różne allele będą określać dokładny kolor. Jeśli jeden z Twoich genów reprezentuje cechę grupy krwi, allele zadecydują o tym, jaka to będzie grupa krwi. W przypadku dominacji autosomalnej powinniśmy tak naprawdę mówić o allelach dominujących, ponieważ na pojedynczy gen składa się wiele alleli. Nawet jeśli tylko jeden allel na dziesiątki tysięcy jest uszkodzony, może on potencjalnie wpłynąć na cały gen. Zaburzenia autosomalne dominujące (lub recesywne) są powszechnie nazywane po dotkniętym genie, ale ich przyczyną jest jeden lub więcej alleli związanych z tym genem.

Termin dominujący mówi nam, że jest to przypadek, w którym jeden allel wygrywa nad drugim. Tylko jedna kopia genu od jednego biologicznego rodzica jest konieczna do wywołania fenotypu. Mutacja recesywna natomiast wymaga obojga rodziców, aby przekazać ją dalej. Allel recesywny nie może wygrać, jeśli musi przeciwstawić się allelowi dominującemu. Jeśli masz brązowe włosy, Twój ojciec ma brązowe włosy, a Twoja matka ma blond włosy, gen dominujący pochodzi od Twojego ojca. Twoje DNA zawiera zarówno allele włosów brązowych, jak i blond, ale brązowy jest dominujący.

Jeśli następnie zdecydujesz się mieć dzieci z partnerem o blond włosach, którego oboje rodzice mają blond włosy, ten partner nie posiada genu dominującego dla brązowych włosów. Ty jednak posiadasz recesywny gen blond. Jeżeli dziecko odziedziczy allele recesywne po obojgu rodzicach, będzie miało blond włosy. Jeżeli odziedziczy allel dominujący i recesywny – lub zestaw alleli – będzie miało brązowe włosy. Dokładny odcień brązu jest rzadko przewidywalny, ponieważ tak wiele różnych alleli wpływa na kolor włosów.

Pojedynczy gen recesywny nie spowoduje obserwowalnej cechy (fenotypu), ale dorosły może być nosicielem tego genu. W połączeniu z tym samym genem recesywnym drugiego rodzica, dwa geny recesywne będą powodować powiązany fenotyp. Gdy obecny jest gen dominujący, gen recesywny jest spychany na dalszy plan. W powyższym przykładzie dominacji autosomalnej, włosy blond są recesywne, a włosy brązowe dominujące. W obecności dominującego genu dla włosów brązowych, gen dla włosów blond nie ulega ekspresji.

W niektórych przypadkach zaburzenie dziedziczone autosomalnie dominująco może być ukryte przez pewien czas. Oznaczało to, że zanim dowiedzieliśmy się o genetycznym fingerprintingu, myśleliśmy, że niektóre choroby nie są genetyczne, ale spowodowane przez środowisko. Na przykład choroba Huntingtona jest dziedziczonym autosomalnie dominująco postępującym zaburzeniem mózgu, które wpływa na procesy poznawcze, emocje i ruch, ale tylko wtedy, gdy gen osiągnie pewien stopień mutacji. Rodzic może przekazać gen, nie będąc nigdy zdiagnozowanym z tym zaburzeniem, ponieważ jego gen Huntingtona nie przekroczył progu, który zapoczątkował objawy.

Dzięki naszej obecnej wiedzy na temat genetycznych odcisków palców, możliwe jest obecnie sprawdzenie, czy ktoś posiada gen na długo przed pojawieniem się objawów, ale nie można przewidzieć, czy ta osoba je rozwinie, czy nie. Wiemy, że choroba Huntingtona jest chorobą dziedziczoną autosomalnie dominująco. Osoba dotknięta chorobą dziedziczy zmutowany gen od jednego z rodziców, ale ten rodzic może nigdy nie wykazywać widocznych objawów choroby. Rodzic ten nie jest nosicielem – nie jest możliwe nosicielstwo genu autosomalnego dominującego.

Tylko wtedy, gdy wystąpi pewna liczba mutacji, być może częściowo z przyczyn środowiskowych, zaczynają pojawiać się objawy. Nasze środowisko może aktywować zaburzenia w takim samym stopniu, jak obecność genu dominującego. Kilka z nich pokazano na rysunku.

Dominacja autosomalna vs. Sex-Linked Dominance

Dominacja autosomalna i dominacja sprzężona z płcią mogą pomóc przewidzieć, jak potomstwo będzie się rozwijać, ale dotyczą różnych typów chromosomów. Płeć człowieka i ssaków jest określana przez to, która para chromosomów płciowych (X i Y) jest obecna w genomie danej osoby. Samice mają dwa chromosomy X (XX); samce jeden X i jeden Y (XY). Chromosomy płciowe są również nazywane allosomami.

Płeć potomstwa jest określana poprzez obecność chromosomów XX lub XY; istnieje 50% szans na wystąpienie fenotypów XX lub XY – odpowiednio u dziewczynek lub chłopców. Kobieta nie może być nosicielką recesywnych lub dominujących genów chromosomu Y, ponieważ kobieta nie posiada chromosomu Y; inaczej jest w przypadku mężczyzn, którzy posiadają zarówno chromosom X jak i Y. Każda wizualna lub funkcjonalna cecha spowodowana przez allosomy jest znana jako cecha genetyczna sprzężona z płcią.

W poniższym diagramie możemy zrozumieć, jak działa dziedziczenie sprzężone z płcią. Na tym obrazku kolor czerwony wyróżnia cechę recesywną sprzężoną z chromosomem X. Kobieta będąca nosicielką na górze diagramu przekazała swój recesywny gen jednej córce. Ta córka również jest nosicielką, ponieważ posiada dominujący chromosom X od ojca. Jednak syn ma tylko jeden chromosom X – od matki nosicielki. Jego geny wyrażają cechę, ponieważ nie ma dominującego genu X.

Niepłodność związana z chromosomem Y negatywnie wpływa na produkcję plemników; jest ona kontrolowana przez chromosom Y. Dzięki najnowszym technologiom reprodukcyjnym mężczyźni cierpiący z powodu niskiej liczby plemników lub niskiej jakości spermy są obecnie w stanie być ojcami dzieci. Oznacza to, że dziedziczna niepłodność jest coraz częstszym zjawiskiem, które może być przekazywane synom. Wcześniej mężczyźni ci nie byliby w stanie mieć dzieci i dlatego nie mogliby przekazać tego genu. Córki nie mogą odziedziczyć genu niepłodności, ponieważ żadna kobieta nie posiada chromosomu Y.

Dziedziczenie sprzężone z chromosomem X dotyczy obu płci. W końcu obie płcie mają co najmniej jeden chromosom X. W dominacji X-linked, zarówno mężczyźni jak i kobiety mogą być dotknięte. Jednym z przykładów dziedziczenia sprzężonego z chromosomem X jest hemofilia. Centrum Kontroli i Prewencji Chorób opublikowało na swojej stronie internetowej interesujący arkusz informacyjny na temat tego recesywnego zaburzenia sprzężonego z płcią. Ponieważ mężczyźni mają tylko jeden chromosom X, wystarczy jedna zmutowana kopia genu, aby wywołać to zaburzenie. Ponieważ kobiety mają dwa chromosomy X, mogą być nosicielkami lub występować z tym zaburzeniem.

Zaburzenia dominujące sprzężone z płcią są niezwykle rzadkie, ale występują. Przykładem jest zespół Retta, zaburzenie dominujące sprzężone z chromosomem X, które dotyka głównie dziewczęta.

Różnica pomiędzy dominacją autosomalną i sprzężoną z płcią jest związana wyłącznie z rodzajem chromosomów. Dominacja autosomalna dotyczy dwudziestu dwóch chromosomów nie będących chromosomami płci lub autosomów. Dominacja sprzężona z płcią wpływa tylko na pojedynczy chromosom płciowy lub allosom. Dominujące i recesywne kombinacje alleli kontrolują każdy aspekt anatomii i fizjologii, z wyjątkiem cech sprzężonych z płcią. Centrum Medyczne Uniwersytetu Kansas opublikowało długą listę zaburzeń genetycznych, która pokazuje również, czy każda choroba jest autosomalna, allosomalna, recesywna czy dominująca.

Przykłady dominacji autosomalnej

Przykłady dominacji autosomalnej mogą odnosić się do koloru skóry, włosów i oczu, ryzyka rozwoju pewnych chorób, a nawet dziedzicznych zachowań związanych z cechami neurologicznymi. Podczas gdy wiele diagramów pokazuje szanse lub prawdopodobieństwo odziedziczenia brązowych, niebieskich lub zielonych oczu od obojga rodziców, kolor oczu jest wynikiem niezliczonych alleli i nie zawsze jest przewidywalny. Dla bardziej przejrzystych przykładów lepiej jest skupić się na pojedynczych zmutowanych allelach, ponieważ wyklucza to wpływ innych czynników genetycznych.

Chromosom czwarty jest gospodarzem genu białka huntingtyny (gen HTT), który zawiera od 10 do 35 powtórzeń specyficznego fragmentu kodu znanego jako powtórzenie trójnukleotydowe CAG. U pacjentów z chorobą Huntingtona powtórzenia te występują co najmniej 40 razy. Może to wynikać z dziedziczenia, ale od tego czasu odkryto, że rozszerzenia powtórzeń mogą zmieniać swoją wielkość w tym samym lub kolejnych pokoleniach. Sam fakt posiadania genu HTT nie oznacza, że rozwinie się u ciebie choroba Huntingtona. Ta szczególna choroba została już wspomniana jako zaburzenie autosomalne dominujące z pewnym zwrotem; kiedy naukowcy odkryją, co wyzwala zwiększoną ekspansję powtórzeń, będą w stanie powstrzymać lub nawet wyleczyć związane z nią choroby. Powtórne ekspansje są przyczyną wielu zaburzeń genetycznych.

Jako choroba autosomalna dominująca, tylko jedno z rodziców musi posiadać cechę i przekazać ją następnemu pokoleniu. Na powyższym diagramie gen huntingtyny matki jest reprezentowany przez dużą literę H. Brak mutacji w genie HTT (hh) jest reprezentowany przez niezacienione kwadraty; szare zacienione pola wskazują na mutację genu HTT (Hh).

Może być tak, że rodzic ze zmutowanym HTT ma mniej powtórzeń trójnukleotydowych CAG i nie występuje z objawami Huntingtona, ale dynamiczna natura tego genu może oznaczać, że wyższe powtórzenia występują w późniejszym okresie życia, lub w trakcie życia dziecka lub dzieci, które ten rodzic ma.

Jasno widać na diagramie, że połowa potomstwa rodzica Hh i hh jest zagrożona zmutowaną cechą (Hh). Diagramy przedstawiające cechy dziedziczne są często określane jako kwadraty punnetowe lub wykresy rodowodowe.

Innym popularnym przykładem w dziedzinie dominacji autosomalnej jest wielotorbielowatość nerek, gdzie liczne torbiele rozwijają się w nerkach i zmniejszają ich zdolność do filtrowania produktów odpadowych z krwi.

Tak jak w przypadku choroby Huntingtona, autosomalna dominująca wielotorbielowatość nerek (ADPKD) jest wynikiem przekazania zaburzenia przez jednego z rodziców. W tym przypadku chorobę wywołuje pojedyncza zmutowana kopia genu PKD1 lub PKD2. PKD1 znajduje się na chromosomie 16; PDK2 na chromosomie 4. Stosunkowo nowo odkryty gen na chromosomie 11 może powodować połączoną wielotorbielowatość nerek i wątroby. Podobnie jak w przypadku choroby Huntingtona, niektóre przypadki ADPKD są wynikiem nowej mutacji. W przeciwieństwie do choroby Huntingtona, możliwe jest również występowanie autosomalnych recesywnych form wielotorbielowatości nerek (ARPKD).

Przykłady autosomalnych recesywnych postaci choroby

Autosomalne recesywne przykłady obejmują mukowiscydozę i niedokrwistość sierpowatokrwinkową. Choroba sierpowatokrwinkowa jest spowodowana mutacją w genie hemoglobiny-Beta znajdującym się na chromosomie 11; mukowiscydoza jest wynikiem mutacji w genie, który produkuje białko znane jako transmembranowy regulator przewodnictwa lub CFTR.

Podczas gdy gen autosomalny dominujący oznacza, że żaden z rodziców nie może być jedynie nosicielem, nie jest tak w przypadku zaburzeń autosomalnych recesywnych. Jedno lub oboje rodziców może być nosicielami, przy czym druga z tych sytuacji została przedstawiona powyżej. W przypadku, gdy oboje rodzice są nosicielami zmutowanej formy genu, istnieje 25% ryzyko, że dziecko będzie miało oba zmutowane geny. W tej sytuacji gen dominujący jest nieobecny, a dziecko będzie prezentować fenotyp recesywny – anemię sierpowatą lub mukowiscydozę, na przykład.

Jeśli tylko jedno z rodziców jest nosicielem, oczekuje się, że 50% potomstwa będzie nosicielami; potomstwo to nie będzie prezentować fenotypu choroby ze względu na obecność dominującego niezmutowanego genu. Dzięki tym 50% szansom dla nosicieli w połączeniu z lepszymi metodami leczenia i możliwościami reprodukcyjnymi dla dotkniętego chorobą potomstwa, liczba osób prezentujących fenotypy autosomalne recesywne wzrasta z czasem.

Bibliografia