Факторы, влияющие на экспрессию гена

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 является пределом, до которого ген экспрессируется в одного человека. Она может быть классифицирована как процент; например, когда ген имеет 50%-ную экспрессивность, присутствует только половина функции или тяжесть составляет только половину того, что может произойти 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.

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 облысение по мужскому типу) является аутосомно-доминантным признаком, но такое облысение редко экспрессирует у женщин, а потом обычно только после менопаузы.

Геномный импринтинг является дифференциальной экспрессией генетического материала в зависимости от того, был ли он унаследован от отца или матери. У большинства аутосом экспрессируется как родительская, так и материнская аллели. Однако у менее 1% аллелей экспрессия возможна только с отцовской или материнской аллели. Например, у человека ген инсулиноподобного фактора 2 нормально экспрессируется только из аллеля, унаследованного от отца.

Геномный импринтинг обычно определяется эффектами, которые могут происходить в развитии гамет. Такие изменения, как метилирование ДНК, может вызвать экспрессирование в разной степени 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).

Наблюдаются обе кодоминантные аллели. Таким образом, фенотип гетерозигот отличается от такового любой гомозиготы. Например, если человек имеет 1 аллель, кодирующую кровь группы А и 1 аллель, кодирующую группу крови В, у человека будет кровь обеих групп (группа крови АВ).

(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. Инактивация происходит случайным образом индивидуально в каждой клетке в начале внутриутробной жизни, 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 экспрессируются из неактивной Х-хромосомы. 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).