O QUE É PLEIOTROPIA? (COM EXEMPLOS) - BIOLOGIA - 2025

A pleiotropia é o fenômeno genético no qual a expressão de um gene em um indivíduo afeta a expressão fenotípica de outros caracteres não relacionados. Etimologicamente, pleiotropia significa "mais mudanças" ou "muitos efeitos": isto é, mais efeitos do que o esperado da expressão de um único gene. Também é conhecido como polifenia (muitos fenótipos), mas é um termo raramente usado.

Um dos fenômenos de herança que mais confundiu os geneticistas durante a infância dessa ciência foi o das mutações que afetaram mais de um personagem.

No início, acreditava-se que cada personagem era controlado por um único gene. Então percebemos que a manifestação de um personagem poderia requerer a participação de mais de um gene.

O que é mais surpreendente, entretanto, é que um único gene pode afetar a manifestação de mais de uma característica hereditária, que é essencialmente o que define a pleiotropia.

Em geral, quando a pleiotropia é demonstrada, é mais apropriado dizer que o gene responsável tem efeitos pleiotrópicos do que o gene pleiotrópico.

Embora nem todos sigam essa convenção, é importante observar que o gene pleiotrópico codifica um traço particular e não a pleiotropia em si.

Do contrário, "normalidade" nada mais seria do que a manifestação pleiotrópica da ação de um alelo selvagem de um determinado gene sobre outros. No entanto, isso é geneticamente errado.

História

O termo pleiotropia foi usado pela primeira vez por um geneticista alemão chamado Ludwig Plate em 1910. Plate usou o termo para explicar o aparecimento de vários traços fenotípicos diferentes que sempre ocorrem juntos e podem parecer estar correlacionados. Segundo ele, esse fenômeno, quando ocorre, deve-se a uma unidade de herança pleiotrópica.

Outro alemão, Hans Gruneberg, dividiu a pleiotropia em "genuína" e "espúria". A primeira caracterizou-se pelo surgimento de dois produtos primários distintos em um único local.

A segunda, segundo esse autor, referia-se a um único produto primário que era utilizado de diferentes maneiras. Hoje, o significado de Gruneberg de pleiotropia genuína foi descartado, enquanto a pleiotropia espúria é considerada simplesmente como pleiotropia.

Outra divisão do conceito de pleiotropia foi feita por Ernst Hadorn, que apontou que existem dois tipos de pleiotropia: mosaico e relacional. A primeira ocorre quando um gene codifica informações que afetam duas características fenotípicas diferentes.

A pleiotropia relacional, por outro lado, ocorre quando um gene determina o início de diferentes eventos relacionados entre si e que afetarão múltiplos traços independentes.

Kacser e Burns, por sua vez, apontaram que qualquer variação em qualquer parte do genoma afeta todos os traços em diferentes graus, direta ou indiretamente. Essa ideia é conhecida pelo nome de pleiotropia universal.

Exemplos de genes com efeitos pleiotrópicos

A pleiotropia, sendo um fenômeno que descreve algumas das consequências da interação entre os produtos dos genes, é universal.

Os vírus, assim como todos os organismos de natureza celular, possuem genes cujos produtos são importantes para a manifestação de outros caracteres. Esses genes, cujos alelos de tipo selvagem e mutante têm efeitos pleiotrópicos, são de natureza diferente.

-O gene vestigial em Drosophila

Na Drosophila (a mosca da fruta), o gene vestigial determina o nível de desenvolvimento das asas. Quando esse gene é herdado de ambos os pais, a mosca descendente apresentará asas vestigiais e não será capaz de voar.

No entanto, esses não serão os únicos efeitos do gene vestigial. Esse gene é pleiotrópico e sua presença também leva à redução do número de óvulos nos ovários da mosca. Também modifica o número e a disposição das cerdas no tórax e reduz o tempo de vida é isso.

-Pigmentação e surdez em gatos

O gene que codifica as informações de pigmentação em gatos é um gene pleiotrópico. Devido a isso, uma porcentagem bastante elevada de gatos com pelo branco e olhos azuis também são surdos.

Mesmo os gatos brancos que têm olhos azuis e amarelos são surdos apenas no ouvido que fica do mesmo lado da cabeça que o olho azul.

Pleiotropia em gatos. Gato branco com heterocromia. Retirado e editado de: Keith Kissel, via Wikimedia Commons.

-Galinhas com penas enroladas

Em galinhas, um gene dominante produz o efeito de penas eriçadas. Este gene mostrou ter um efeito pleiotrópico, pois manifesta outros efeitos fenotípicos: aumento das taxas metabólicas, aumento da temperatura corporal, aumento do consumo de alimentos.

Além disso, as galinhas com este gene apresentam maturidade sexual retardada e fertilidade diminuída.

-Em humanos

síndrome de Marfan

Os sintomas desta síndrome incluem: corpo anormalmente alto, doenças cardíacas progressivas, deslocamento do cristalino do olho, doenças pulmonares.

Todos esses sintomas estão diretamente relacionados a uma única mutação genética. Esse gene, denominado FBN1, é pleiotrópico, pois sua função é codificar uma glicoproteína que é utilizada nos tecidos conjuntivos de diferentes partes do corpo.

Síndrome de Holt-Oram

Os pacientes com essa síndrome apresentam anormalidades nos ossos do carpo e em outros ossos dos membros anteriores. Além disso, cerca de 3 em cada 4 pacientes com esta síndrome têm problemas cardíacos.

Síndrome de Nijmegen

É caracterizada pelo fato de que aqueles que sofrem com isso têm microcefalia, imunodeficiência, distúrbios do desenvolvimento e uma tendência para câncer linfático e leucemia.

-Fenilcetonúria

Um caso bem conhecido de efeito pleiotrópico é causado por alelos mutantes responsáveis ​​pela fenilcetonúria.

A fenilcetonúria, doença de natureza metabólica, deve-se à mutação de um único gene que codifica a enzima fenilalanina hidroxilase. A enzima mutante inativa é incapaz de quebrar o aminoácido fenilalanina; quando isso se acumula, o organismo fica intoxicado.

Portanto, o efeito observado em indivíduos portadores das duas cópias do gene mutado é múltiplo (pleiotrópico).

A causa da doença, ou síndrome, é a falta de atividade metabólica que causa erupções cutâneas, distúrbios neurológicos, microcefalia, pele clara e olhos azuis (por falta de geração de melanina), etc., por diferentes vias.

Nenhum dos genes envolvidos na manifestação alterada dessas outras características é necessariamente mutado.

- Outras vias metabólicas

É muito comum o caso em que várias enzimas compartilham ou utilizam o mesmo cofator para atuar. Este cofator é o produto final da ação combinada de várias outras proteínas que participam dessa via biossintética.

Se uma mutação for gerada em qualquer um dos genes que codificam as proteínas dessa via, o cofator não será produzido. Essas mutações terão efeito pleiotrópico, uma vez que nenhuma das proteínas que dependem do cofator para ser ativas será capaz de ser ativa, embora seus próprios genes sejam perfeitamente funcionais.

Molibdênio

Tanto em procariotos quanto em eucariotos, por exemplo, o molibdênio é essencial para o funcionamento de certas enzimas.

O molibdênio, para ser biologicamente útil, deve ser complexado com outra molécula orgânica, o produto da ação de várias enzimas em uma complexa via metabólica.

Uma vez formado esse cofator complexado com o molibdênio, ele será utilizado por todas as molibdoproteínas para que cada uma exerça sua própria função.

O efeito pleiotrópico em uma mutação que impede a síntese do molibdocofator se manifestará não apenas na ausência dele, mas também na perda da atividade enzimática de todas as molibdoenzimas do indivíduo portador da mutação.

-Laminopatias

A lâmina nuclear é uma malha intrincada dentro do núcleo, dinamicamente ligada à sua membrana interna. A lâmina nuclear regula a arquitetura do núcleo, a partição entre a eucromatina e a heterocromatina, a expressão gênica, bem como a replicação do DNA, entre outras coisas.

A lâmina central é composta de poucas proteínas conhecidas coletivamente como lamininas. Como essas são proteínas estruturais com as quais muitas outras interagem, qualquer mutação que afete seus genes terá efeitos pleiotrópicos.

Os efeitos pleiotrópicos de mutações nos genes da laminina se manifestam como doenças chamadas laminopatias.

Ou seja, uma laminopatia é a manifestação pleiotrópica resultante de mutações nos genes da laminina. As manifestações clínicas das laminopatias incluem, mas não estão limitadas a, Progéria, distrofia muscular de Emery-Dreifuss e uma série de outras condições.

-Reguladores transcricionais

Outros genes cujas mutações dão origem a uma infinidade de diferentes efeitos pleiotrópicos são aqueles que codificam reguladores transcricionais.

Estas são proteínas que controlam especificamente a expressão gênica; há outros que são reguladores gerais da transcrição. Em qualquer caso, a ausência desses produtos determina que outros genes não sejam transcritos (ou seja, não expressos).

Uma mutação que determine a ausência ou mau funcionamento de um regulador transcricional geral ou específico terá efeitos pleiotrópicos no organismo, uma vez que nenhum gene sob seu controle será expresso.

Pleiotropia e epigenética

A descoberta de mecanismos de alteração na expressão gênica que não dependem de mudanças na sequência de nucleotídeos dos genes (epigenética) enriqueceu nossa visão da pleiotropia.

Um dos aspectos mais estudados da epigenética é a ação dos microRNAs endógenos. Estes são produtos da transcrição de genes chamados mir.

A transcrição de um gene mir dá origem a um RNA que, após ser processado, atua no citoplasma como um pequeno RNA inativador.

Esses RNAs são chamados de pequenos RNAs silenciadores porque têm a capacidade de serem complementares aos RNAs mensageiros alvo. Ao se juntar a eles, o mensageiro é degradado e o caráter não é expresso.

Em alguns casos, essa pequena molécula pode se ligar a mais de um mensageiro diferente, dando origem, é claro, a um efeito pleiotrópico.

Pleiotropia e envelhecimento

A explicação para as causas naturais da senescência pode estar no efeito dos genes pleiotrópicos. Segundo a hipótese de GC Williams, a senescência é consequência do que chamou de pleiotropia antagônica.

Se houver genes cujos produtos têm efeitos antagônicos em diferentes estágios da vida de um organismo, esses genes podem contribuir para o envelhecimento.

Se os efeitos benéficos se manifestam antes da reprodução e os efeitos prejudiciais depois dela, então eles seriam favorecidos pela seleção natural. Caso contrário, a seleção natural funcionaria contra esses genes.

Desse modo, se os genes são verdadeiramente pleiotrópicos, a senescência seria inevitável, pois a seleção natural sempre atuaria em favor dos genes que favorecem a reprodução.

Pleiotropia e especiação

A especiação simpátrica é um tipo de especiação que ocorre sem barreiras geográficas entre as populações. Esse tipo de especiação é aparentemente favorecido por mutações pleiotrópicas.

Modelos de simulação matemática desenvolvidos por Kondrashov mostram que o isolamento reprodutivo entre populações simpátricas pode ocorrer devido ao aparecimento de características quantitativas ecologicamente importantes sob seleção disruptiva.

Esses mesmos modelos indicam que essas características devem estar relacionadas a genes pleiotrópicos. Se as mudanças forem devidas a vários genes, e não a um gene pleiotrópico, a recombinação de genes durante a reprodução impediria a especiação. A pleiotropia evitaria os efeitos disruptivos da recombinação.

Pleiotropia e adaptação

A terra está mudando constantemente. Os organismos devem mudar constantemente para se adaptar às novas condições. Essas mudanças levam ao que é conhecido como evolução.

Muitos autores argumentam que a evolução leva a uma complexidade crescente dos organismos. Essa complexidade pode ser morfológica, em que um determinado personagem pode evoluir independentemente de outro sob condições ambientais específicas.

No entanto, à medida que os organismos se tornam mais complexos, sua capacidade de responder às mudanças diminui. É o que chamamos de “custo evolutivo da complexidade”.

Modelos matemáticos argumentam que as adaptações devido a mudanças nos genes pleiotrópicos seriam evolutivamente menos custosas do que aquelas devido às mudanças nos caracteres codificados por genes individuais.

Referências

1. Brooker, RJ (2017). Genética: Análise e Princípios. McGraw-Hill Higher Education, Nova York, NY, EUA.
2. Goodenough, UW (1984) Genetics. WB Saunders Co. Ltd, Pkiladelphia, PA, EUA.
3. Griffiths, AJF, Wessler, R., Carroll, SB, Doebley, J. (2015). Uma Introdução à Análise Genética (11 ^ª ed.). Nova York: WH Freeman, New York, NY, EUA.
4. Ho, R., Hegele, RA (2018) Complex effects of laminopathy mutations on nuclear structure and function. Clinical Genetics, doi: 10.1111 / cge.13455.
5. Lobo, I. (2008). Pleiotropia: um gene pode afetar vários traços. Nature Education, 1:10.
6. Stitzer, MC, Ross-Ibarra, J. (2018) Maize domestication and geneinteraction. The New Phytologist, 220: 395-408.