Факторы, влияющие на экспрессию гена

Пенетрантность и экспрессивность

Пенетрантность определяется как процент людей, имеющих данную аллель и у которых развивается соответствующий фенотип (см. рисунок Пенетрантность и экспрессивность). Аллель с неполной (низкой) пенетрантностью может не проявляться даже тогда, когда признак доминантен или когда он рецессивен, а ген, отвечающий за этот признак, присутствует на обеих хромосомах. Пенетрантность того же гена может варьироваться от человека к человеку и может зависеть от возраста человека. Даже когда ненормальные аллели не экспрессируются (непенетрантность), здоровый носитель аномальной аллели может передать их своим детям, у которых могут наблюдаться клинические аномалии. В таких случаях, родословная пропускает поколение. Тем не менее, некоторые случаи очевидной непенетрантности обусловлены незнанием эксперта или неспособностью признать небольшие проявления заболевания. Иногда считается, что у пациентов с минимальной экспрессией наблюдается разновидность заболевания.

Экспрессивность — это степень или выраженность фенотипа у индивидов, проявляющих данный признак. Это может быть количественно выражено в процентах; например, когда ген имеет 50% экспрессивность, присутствует только половина признаков, или тяжесть составляет только половину от того, что может происходить при полной экспрессии. На экспрессивность могут оказывать влияние окружающая среда и другие гены, поэтому люди, обладающие одинаковым геном, могут изменяться в фенотипе. Экспрессивность может меняться даже среди членов одной семьи.

Пенетрантность и экспрессивность

То, как генотип переводится на фенотип зависит от пенетрантности и экспрессивности. Пенетрантность относится к тому экспрессируется ли ген или нет. То есть, это означает, у скольких людей с геном есть признак, связанный с геном. Пенетрантность может быть полной (100%) или неполной (например, 50% если признак имеется только у половины людей). Экспрессивность определяет, насколько влияет признак или насколько особенности признака проявляются в человеке. Она варьирует от полной до минимальной, а может и вовсе отсутствовать. Различные факторы, в том числе набор генов, воздействие вредных веществ, другие воздействия окружающей среды, а также возраст, могут повлиять на экспрессивность. И пенетрантность и экспрессивность могут варьировать: У носителей гена признак может развиться или не развиться, а у людей с развившимся признаком может варьироваться степень экспрессии этого признака.

Сцепленное с полом наследование

Признак, который появляется только у одного пола, называют сцепленным с полом. Сцепленное с полом наследование отличается от сцепленного с Х-хромосомой наследования, которое относится к признакам, переносимым на Х-хромосоме. Ограниченное полом наследование, которое, возможно, более правильно называть обусловленным полом наследованием, относится к особым случаям, в которых половые гормоны и другие физиологические различия между мужчинами и женщинами изменяют экспрессивность и пенетрантность гена. Например, преждевременное облысение (известное как мужское облысение) является аутосомно-доминантным признаком, но такое облысение редко проявляется у женщин и обычно только после менопаузы.

Геномный импринтинг

Геномный импринтинг является дифференциальной экспрессией генетического материала в зависимости от того, был ли он унаследован от отца или матери. У большинства аутосом экспрессируется как отцовская, так и материнская аллели. Однако у менее 1% аллелей экспрессия возможна только с отцовской или материнской аллели. Например, экспрессия гена инсулиноподобного фактора роста 2 обычно контролируется только отцовским аллелем.

Геномный импринтинг обычно определяется эффектами, которые обычно происходят во время развития гамет. Эпигенетические изменения, такие как метилирование ДНК или другие факторы, влияющие на экспрессию генов, могут приводить к различной степени экспрессии определенных материнских или отцовских аллелей. Заболевание может, по-видимому, пропустить поколение, если геномный импринтинг препятствует экспрессированию аллели, вызвающей болезнь. Дефектный импринтинг, например, атипичная активация или молчание аллелей, может привести к клинически значимым нарушениям (например, синдром Прадера–Вилли, синдром Ангельмана).

Кодоминантность

Наблюдаются обе кодоминантные аллели. Таким образом, фенотипическое проявление гетерозигот отличается от такового любой гомозиготы. Например, если человек имеет 1 аллель, кодирующую группу крови А и 1 аллель, кодирующую группу крови В, человек экспрессирует обе группы крови (группа крови АВ).

Хромосомная инактивация

(См. также Гипотеза Лайон [инактивация Х-хромосомы]).

У женщин, у которых 2 (или, при наследственных нарушениях, связанных с половыми хромосомами, более 2) Х-хромосомы (кроме яйцеклеток) инактивированы все, кроме одной из Х-хромосом; т.е., большинство аллелей на хромосоме не экспрессируются. Какая из хромосом инактивируется, определяется случайным образом, индивидуально в каждой клетке и в начале жизни плода; такое явление называется лионизацией. Иногда инактивируется X-хромосома от матери, а иногда X-хромосома от отца. Иногда большая часть инактивации Х-хромосомы происходит от одного из родителей, что называется перекосом инактивации X-хромосомы. В любом случае, как только в клетке произошла инактивация, все потомки этой клетки имеют одинаковую инактивацию Х-хромосомы.

Однако, некоторые аллели на неактивной Х-хромосоме могут экспрессироваться. Многие из этих аллелей находятся на хромосомных участках, соответствующих участкам Y-хромосомы (и, таким образом, называются псевдо-аутосомальными участками - поскольку и мужчины, и женщины получают 2 копии этих участков).