Pléiotropie

Définition

En biologie génétique, la pléiotropie, ou polyphénie, qualifie les effets secondaires qui se manifestent lorsque l'animal ou la plante présente un phénotype qualitatif particulier. Bon nombre d'allèles qui régissent l'expression de phénotypes qualitatifs peuvent aussi influer sur des caractères tels que le taux de croissance ou de survie. La contrepartie est la polygénie. C'est l'expression de plusieurs caractéristiques phénotypiques causées par un seul gène.

Lorsqu'il y a modification des taux de croissance et de survie, les effets pléiotropiques ont souvent une plus grande importance économique que le phénotype (couleur ou disposition des écailles) lui-même.

Génotype-phénotype avec la pléiotropie :

Cette carte génotype-phénotype simple montrant uniquement des effets additifs sur la pléiotropie. G1, G2 et G3 sont des gènes différents qui contribuent aux phénotypes P1, P2 et P3.

Explications

La pléiotropie est la propriété d'un gène pléiotropique qui est impliqué dans de nombreux processus physiologiques. C'est, par exemple, le cas avec la bourrache. Les gènes qui affectent des phénotypes multiples, apparemment non apparentés, sont donc appelés gènes pléiotropiques. La pléiotropie ne doit pas être confondue avec les traits polygéniques, dans lesquels plusieurs gènes convergent pour donner un seul phénotype.

Comme la pléiotropie est le phénomène par lequel un seul gène est responsable d'effets phénotypiques ou de caractères différents et sans rapport, un simple allèle peut induire plusieurs effets phénotypiques apparemment indépendants. Ce phénomène est une épistasie, au cours de laquelle un gène altère l'effet d'un autre.

✅ La pléiotropie explique les changements corrélatifs qui surviennent tout au long de l'évolution. S'il existe une sélection naturelle d'un trait contrôlé par un gène qui détermine à son tour d'autres traits, ces autres traits seront également affectés par le processus de sélection. L'allométrie est un exemple de variation corrélative.

🚩 La pléiotropie joue un rôle central dans la compréhension actuelle du processus de vieillissement. Les effets pléiotropes des gènes défectueux jouent également un rôle dans de nombreuses maladies héréditaires. En pharmacologie, la pléiotropie fait référence aux effets multiples d'un principe actif. Les effets pléiotropes des inhibiteurs de l'HMG-CoA réductase (médicaments hypolipidémiants) sont, en plus d'abaisser les taux de cholestérol, par exemple la fonction endothéliale, la réaction inflammatoire et la coagulation sanguine.

Le polyphane peut poser un problème pour la production d'organismes génétiquement modifiés, puisqu'un gène étranger peut éventuellement avoir des effets supplémentaires sur le caractère souhaité de l'organisme récepteur. En particulier, la manipulation génétique d'organismes supérieurs dont les génomes sont organisés de manière très complexe peut entraîner des effets polyphoniques imprévisibles.

Exemples de pléiotropie

Un exemple en est la phénylcétonurie (une maladie génétique rare, liée à un déficit en phénylalanine hydroxylase), pour laquelle un seul gène modifie la production d'une enzyme, ce qui entraîne une déficience intellectuelle, des problèmes de coloration de la peau, etc.

Un autre exemple de pléiotropie, chez les chats siamois, l'allèle responsable des dégradés de couleur (corps clair là où il est chaud et extrémités froides foncées) est également responsable du strabisme convergent. Ces deux effets proviennent d'une même protéine.

Un autre cas connu est celui de la thalassémie, ou drépanocytose, dans laquelle la mutation génique d'un nucléotide convertit l'hémoglobine normale en type S, qui affecte l'organisme de multiples façons (changement de forme des érythrocytes, douleur intense due à corps entier, une certaine résistance au paludisme...).

L'albinisme des animaux a un effet pléiotrope sur leurs émotions, car il les rend plus réactifs à leur environnement (ce qui semble être une conséquence de l'affectation du système visuel).

Dans certains cas de pléiotropie, l'influence d'un seul gène peut être directe. Par exemple, si une souris naît aveugle en raison d'un certain nombre de traits monogéniques, il n'est pas surprenant que cette souris réussisse également mal dans les tâches d'apprentissage visuel.

Dans d'autres cas, cependant, un seul gène peut être impliqué dans plusieurs voies. Par exemple, l'acide aminé tyrosine est une substance nécessaire à la synthèse générale des protéines et est également un précurseur de plusieurs neurotransmetteurs (par exemple, la dopamine, la noradrénaline), l'hormone thyroxine et le pigment mélanine. Ainsi, des mutations dans l'un des gènes qui affectent la synthèse ou le métabolisme de la tyrosine peut affecter plusieurs systèmes du corps.

Ces cas et d'autres dans lesquels un seul gène affecte plusieurs systèmes et a donc des effets phénotypiques étendus sont appelés pléiotropie indirecte ou secondaire.

Pléiotropie antagoniste

Tous les cas de pléiotropie ne sont pas aussi simples. Par exemple, chez l'homme, le gène p53 incite les cellules endommagées à cesser de se reproduire, entraînant ainsi la mort cellulaire. Ce gène aide à éviter le cancer en empêchant les cellules endommagées à l'ADN de se diviser, mais il supprime également la division des cellules souches, qui permettent au corps de renouveler et de remplacer les tissus qui se détériorent au cours du vieillissement.

Cette situation est donc un exemple de pléiotropie antagoniste, dans laquelle l'expression d'un seul gène provoque des effets concurrents, dont certains sont bénéfiques et d'autres préjudiciables à l'aptitude d'un organisme.. L'idée de pléiotropie antagoniste est au coeur de la théorie du vieillissement proposée par le biologiste américain GC Williams en 1957. En particulier, Williams a suggéré que même si certains gènes, comme p53, augmentent les chances de reproduction et de fitness réussis au début de la vie, ils diminuent en fait la fitness. plus tard dans la vie. De plus, comme les effets néfastes du gène apparaissent une fois la reproduction terminée, le gène n'est pas éliminé par sélection naturelle.

Encore un autre exemple de pléiotropie antagoniste peut être trouvé chez la drosophile. Dans leurs recherches, les scientifiques Carla Sgrò et Linda Partridge (1999) ont observé que les mouches à forte fécondité au début de leur vie avaient également une durée de vie réduite. Sur la base de ces observations, Sgrò et Partridge ont suggéré que le vieillissement chez la drosophile a évolué en réponse aux effets néfastes de la reproduction plus tôt dans la vie. On ne sait toujours pas exactement quels gènes déterminent ce lien fécondité-mortalité. Néanmoins, cet exemple met en évidence l'idée que la pléiotropie antagoniste peut être un compromis entre les effets bénéfiques et néfastes.

Pléiotropie chez l'Homme

Comme évoqué précédemment, il existe de nombreux exemples de gènes pléiotropes chez l'homme, dont certains sont associés à la maladie. Par exemple, le syndrome de Marfan est un trouble chez l'homme dans lequel un gène (gène de Marfan) est responsable d'une constellation de symptômes, notamment la minceur, l'hypermobilité articulaire, l'allongement des membres, la luxation du cristallin et une susceptibilité accrue aux maladies cardiaques. De même, des mutations dans le gène qui code pour le facteur de transcription TBX5 provoquent les anomalies cardiaques et des membres du syndrome de Holt-Oram, tandis que la mutation du gène qui code pour la protéine de réparation des dommages à l'ADN NBS1 entraîne une microcéphalie, une immunodéficience et une prédisposition au cancer dans le syndrome de Nimègue.

L'un des exemples les plus largement cités de pléiotropie chez l'homme est la phénylcétonurie (PCU). Ce trouble est causé par une déficience de l'enzyme phénylalanine hydroxylase, qui est nécessaire pour convertir l'acide aminé essentiel phénylalanine en tyrosine. Un défaut dans le gène unique qui code pour cette enzyme entraîne donc les multiples phénotypes associés à la PCU, notamment le retard mental, l'eczéma et les défauts pigmentaires qui rendent les individus affectés à la peau plus claire.

Les effets phénotypiques que des gènes uniques peuvent imposer dans plusieurs systèmes nous donnent souvent un aperçu de la fonction biologique de gènes spécifiques. Les gènes pléiotropes peuvent également nous fournir des informations précieuses concernant l'évolution de différents gènes et familles de gènes, car les gènes sont "cooptés" à de nouvelles fins au-delà de ce que l'on pense être leur fonction d'origine. Tout simplement, la pléiotropie reflète le fait que la plupart des protéines ont des rôles multiples dans des types cellulaires distincts; ainsi, tout changement génétique qui modifie l'expression ou la fonction des gènes peut potentiellement avoir des effets de grande envergure dans une variété de tissus.

En rapport avec "pléiotropie"

• allotropie

  

  L'allotropie, que ce soit en chimie ou en biologie, est une attirance entre deux éléments ou espèces qui ont un tropisme les rapprochant.

• amétropie

  

  L'amétropie qualifie un défaut de réfraction de la lumière dans l'oeil empêchant la formation d'une image nette sur la rétine.

• anisotropie

  

  L'anisotropie est la propriété d'être dépendante de la direction, par opposition à l'isotropie, qui signifie l'homogénéité dans toutes les directions.

• emmétropie

  

  Une emmétropie, par opposition à l'amétropie, permet de disposer d'une vue proportionnée, c'est à dire d'une vision normale.