Эпистаз: Когда один ген блокирует другой
Поговорим о распространенном типе взаимодействия генов — эпистазе. Эпистаз — это явление, при котором проявление одного гена препятствует проявлению другого гена.
Аллельное доминирование vs Эпистаз
Важно помнить, что аллельное доминирование - это подавление одного рецессивного варианта гена другим доминантным вариантом того же самого гена (например, аллель Ay доминирует над аллелем at в случае локуса окраса А).
При эпистазе на проявление гена воздействует мутация в другом гене. Например, мутация в гене FOXN1, вызывающая отсутствие волос (бесшерстность) у мышей, находится в эпистазе по отношению ко всем генам окраса. Гены окраса не могут проявиться, так как отсутствует субстрат — сам волос.
Эпистаз в генетике окрасов собак
Генетический контроль формирования окрасов шерсти у собак дает понятные примеры эпистаза.
Пигменты: Эумеланин и Феомеланин
Окраска волос зависит от двух пигментов-меланинов, которые нарабатываются из аминокислоты тирозин в специальных клетках — меланоцитах:
- Эумеланин: Темный пигмент (черный или коричневый).
- Феомеланин: Желто-красный пигмент (оттенки от желтоватого до красноватого).
Локус E (MC1R) блокирует Локус B (TYRP1)
Рассмотрим два ключевых гена, контролирующих синтез эумеланина:
- Локус B (ген TYRP1): Рецессивная мутация (b/b) нарушает синтез черного эумеланина, в результате чего нарабатывается только коричневый (шоколадный) пигмент.
- Локус E (ген MC1R): Рецессивная мутация (e/e) приводит к тому, что меланоциты переключаются на производство исключительно феомеланина (рыжий окрас шерсти).
Эпистаз: Собаки с генотипом e/e имеют рыжий окрас шерсти независимо от состояния локуса B. Мутация e/e в гомозиготе препятствует проявлению как черной (B/b), так и коричневой (b/b) пигментации волос.
Взаимодействие локусов E и B наглядно иллюстрирует эпистаз: локус E, отвечающий за выбор типа пигмента, подавляет проявление всех окрасов шерсти, в формировании которых участвует эумеланин. При этом пигментация кожи на носу и подушечках лап у собак e/e соответствует состоянию в локусе B, что указывает на локальную разблокировку производства эумеланина.
Рассмотрим наглядный пример — собаки породы белая швейцарская овчарка имеют практически белый окрас шерсти (отсутствие эумеланина и феомеланина). Отсутствие эумеланина связано с гомозиготностью по аллелю e (локус E). Почти полное отсутствие феомеланина объясняется рецессивной мутацией в локусе I (ген MFSD12), которая вызывает разбавление и обесцвечивание этого пигмента.
Эпистаз как причина варьирования болезней
Во многих случаях эпистатирующий ген неизвестен, но о его существовании можно говорить с высокой степенью уверенности. Например, одной из возможных причин варьирования пенетрантности или экспрессивности мутаций в разных породах может быть эпистаз еще не обнаруженных нами генов.
- Пример 1: У вельш корги пемброк пенетрантность мутации в гене SOD1 (вызывающей дегенеративную миелопатию) снижена в 10 раз. Это может говорить о высокой частоте встречаемости в этой породе неизвестной эпистатирующей мутации в другом гене, которая препятствует проявлению мутации в SOD1. Согласно последним исследованиям, одним из кандидатов на роль этого гена может быть ген SP110.
- Пример 2: Низкая пенетрантность мутации, повышающей риск мочекаменной болезни, в породе русский черный терьер также логично объясняется существованием генетического варианта, который эпистатически не позволяет проявиться мутации в гене SLC2A9.
Резюме
Для обобщенного понимания эпистаза представьте конвейер, где каждый следующий работник использует продукт предыдущего. Если работник в начале конвейера плохо выполняет свою работу (халтурит), это отразится на всей конечной продукции, независимо от работы следующих сотрудников. Этот "нерадивый" работник находится в эпистазе по отношению ко всем следующим. Аналогично, ген, который контролирует ранний этап биохимического пути, может заблокировать проявление всех последующих генов.
Наличие эпистаза — важный фактор в генетике. Его необходимо учитывать при интерпретации результатов тестирования и при планировании селекционной работы. Расшифровка эпистатических генетических взаимодействий — сложная задача, но работы в этом направлении ведутся.