Heterozygotyczne cechy i choroby

Heterozygot jest terminem używanym w genetyce do opisu, kiedy dwie odmiany genu (znane jako allele) są sparowane w tym samym miejscu (locus) na chromosomie. Przeciwnie, homozygota występuje wtedy, gdy istnieją dwie kopie tego samego allelu w tym samym locus.

Termin heterozygotyczny pochodzi od "hetero", co oznacza inne i "-zygous" znaczenie związane z zapłodnionym jajem (zygota).

Określanie cech

Ludzie nazywani są organizmami diploidalnymi, ponieważ mają dwa allele w każdym locus, z jednym allelem odziedziczonym po każdym z rodziców. Specyficzne parowanie alleli przekłada się na różnice w cechach genetycznych danej osoby.

Allel może być dominujący lub recesywny. Dominujące allele to te, które wyrażają cechy, nawet jeśli istnieje tylko jedna kopia. Receptywne allele mogą wyrażać się tylko wtedy, gdy istnieją dwie kopie.

Jednym z takich przykładów są brązowe oczy (które dominują) i niebieskie oczy (które są recesywne). Jeśli allele są heterozygotyczne, dominujący allel przejawiałby się nad allelem recesywnym, dając w rezultacie brązowe oczy. Jednocześnie osoba ta będzie uważana za "nosiciela" allelu recesywnego, co oznacza, że ​​allel niebieskiego oka może zostać przekazany potomstwu, nawet jeśli ma brązowe oczy.

Allele mogą być również niekompletnie dominujące, pośrednią formą dziedziczenia, gdzie żaden z alleli nie jest wyrażony całkowicie nad drugim. Przykładem tego może być allel odpowiadający ciemnej skórze (w której dana osoba ma więcej melaniny) połączony z allelem odpowiadającym jasnej skórze (w której występuje mniejsza ilość melaniny), aby wytworzyć odcień skóry gdzieś pomiędzy.

Rozwój choroby

Poza cechami fizycznymi osobnika, parowanie heterozygotycznych alleli może czasami przekładać się na wyższe ryzyko pewnych stanów, takich jak wady wrodzone lub zaburzenia autosomalne (choroby dziedziczone przez genetykę).

Jeśli allel jest zmutowany (co oznacza, że ​​jest wadliwy), chorobę można przekazać potomstwu, nawet jeśli rodzic nie doświadcza objawów choroby. W odniesieniu do heterozygotyczności może to przybrać jedną z kilku postaci:

• Jeśli allele są heterozygotyczne recesywnie, wadliwy allel będzie recesywny i nie będzie się wyrażał. Zamiast tego dana osoba byłaby nosicielem.
• Jeśli allele są heterozygotyczne dominujące, wadliwy allel będzie dominujący. W takim przypadku osoba ta może lub nie może być dotknięta (w porównaniu z dominacją homozygotyczną, na którą osoba ta byłaby narażona).

Inne heterozygotyczne pary po prostu predysponują osobę do stanu zdrowia, takiego jak celiakia i niektóre rodzaje raka. Nie oznacza to, że dana osoba zachoruje; po prostu sugeruje, że dana osoba jest bardziej zagrożona. Inne czynniki, takie jak styl życia i środowisko, również odegrałyby pewną rolę.

Zaburzenia pojedynczego genu

Choroby pojedynczego genu to te, które są spowodowane przez pojedynczy zmutowany allel, a nie dwa. Jeśli zmutowany allel jest recesywny, osoba zwykle nie zostanie dotknięta. Jednakże, jeśli zmutowany allel jest dominujący, zmutowana kopia może zastąpić recesywną kopię i spowodować albo mniej ciężkie formy choroby albo w pełni objawową chorobę.

Zaburzenia pojedynczego genu są stosunkowo rzadkie. Wśród niektórych bardziej powszechnych zaburzeń heterozygotycznych dominujących:

• Choroba Huntingtona jest dziedzicznym zaburzeniem, które powoduje śmierć komórek mózgowych. Choroba jest wywoływana przez dominującą mutację w jednym lub obu allelach genu zwanego Huntingtin.
• Neurofibromatoza typu-1 jest dziedzicznym zaburzeniem, w którym nowotwory tkanki nerwowej rozwijają się na skórze, kręgosłupie, skoście, oczach i mózgu. Aby wywołać ten efekt, potrzebna jest tylko jedna dominująca mutacja.
• Hipercholesterolemia rodzinna (FH) jest dziedzicznym zaburzeniem charakteryzującym się wysokim poziomem cholesterolu, szczególnie "złymi" lipoproteinami o małej gęstości (LDL). Jest to zdecydowanie najczęstszy z tych zaburzeń, dotykający około jednej na 500 osób.

Osoba z pojedynczym zaburzeniem genowym ma 50/50 szans na przekazanie zmutowanego allelu dziecku, które stanie się nosicielem.

Jeśli oboje rodzice mają heterozygotyczną mutację recesywną, ich dzieci będą miały jedną na cztery szansę na rozwinięcie tego zaburzenia. Ryzyko będzie takie samo dla każdego porodu.

Jeśli oboje rodzice mają heterozygotyczną dominującą mutację, ich dzieci mają 50 procent szans na uzyskanie dominującego allelu (częściowe lub pełne objawy), 25 procent szans na uzyskanie zarówno dominujących alleli (objawów), jak i 25 procent otrzymujących oba recesywne allele (bez objawów).

Związek Heterozygosity

Hybrydyzacja złożona jest stanem, w którym występują dwa różne recesywne allele w tym samym locus, które razem mogą powodować choroby.Są to znowu rzadkie zaburzenia, często związane z rasą lub pochodzeniem etnicznym. Pomiędzy nimi:

• Choroba Tay-Sachsa jest rzadkim, dziedzicznym zaburzeniem, które powoduje zniszczenie komórek nerwowych w mózgu i rdzeniu kręgowym. Jest to wysoce zmienna choroba, która może powodować choroby w okresie niemowlęcym, w okresie dojrzewania lub w późniejszym wieku. Podczas gdy Tay-Sachs jest powodowany przez mutacje genetyczne HEXA gen, to specyficzne parowanie alleli ostatecznie decyduje o tym, jaką formę przyjmuje choroba. Niektóre kombinacje przekładają się na chorobę wieku dziecięcego; inne przekładają się na późniejszą chorobę.
• Fenyloketonuria (PKU) jest zaburzeniem genetycznym dotykającym przede wszystkim dzieci, w których substancja określana jako fenyloalanina gromadzi się w mózgu, powodując drgawki, zaburzenia psychiczne i niepełnosprawność intelektualną. Istnieje ogromna różnorodność mutacji genetycznych związanych z PKU, których parowanie może prowadzić do łagodniejszych i cięższych postaci choroby.

Inne choroby, w których mogą występować złożone heterozygoty to mukowiscydoza, anemia sierpowata i hemochromatoza (nadmierne stężenie żelaza we krwi).

Heterozygote Advantage

Podczas gdy pojedyncza kopia allelu choroby zwykle nie powoduje choroby, są przypadki, w których może zapewnić ochronę przed innymi chorobami. Jest to zjawisko określane jako przewaga heterozygoty.

W niektórych przypadkach pojedynczy allel może zmienić fizjologiczną funkcję osobnika w taki sposób, aby ta osoba była odporna na niektóre infekcje. Wśród przykładów:

• Anemia sierpowata jest zaburzeniem genetycznym wywołanym przez dwa recesywne allele. Posiadanie obu alleli powoduje wadę i szybkie samozniszczenie krwinek czerwonych. Posiadanie tylko jednego allelu może spowodować mniej poważny stan nazywany cechą sierpowatej komórki, w której tylko niektóre komórki są zniekształcone. Te łagodniejsze zmiany są wystarczające, aby zapewnić naturalną ochronę przed malarią, zabijając zakażone komórki krwi szybciej, niż pasożyt może się rozmnażać.
• Mukowiscydoza (CF) jest recesywnym zaburzeniem genetycznym, które może powodować poważne upośledzenie płuc i przewodu pokarmowego. U osób z homozygotycznymi allelami CF powoduje gęste, lepkie gromadzenie się śluzu w płucach i przewodzie żołądkowo-jelitowym. U osób z heterozygotycznymi allelami ten sam efekt, choć zmniejszony, może obniżyć podatność na cholerę i dur brzuszny. Zwiększając produkcję śluzu, osoba jest mniej podatna na niszczące działanie zakaźnej biegunki.

Ten sam efekt może wyjaśniać, dlaczego osoby z heterozygotycznymi allelami w przypadku niektórych zaburzeń autoimmunologicznych wydają się mieć mniejsze ryzyko wystąpienia późnych stadiów zapalenia wątroby typu C.