Die Pleiotropie ist das Phänomen, bei dem ein einzelnes Gen mehrere, scheinbar nicht verwandte phänotypische Merkmale beeinflusst. Zum Beispiel verursachen Defekte im SOX10 Gen das Waardenburg-Syndrom Typ 4 oder WS4. Dieses verursacht Pigmentstörungen, Hörschäden und fehlende, für die Verdauung notwendige, Darmkontraktionen. Diese Vielfalt an Phänotypen resultiert aus dem Expressionsmuster von SOX10 in der frühen embryonalen und fötalen Entwicklung. SOX10 wird in Neuralleistenzellen gefunden, die Melanozyten bilden und an der Pigmentierung sowie der frühen Entwicklung des Ohres beteiligt sind. SOX10 wird auch im Nervengewebe exprimiert, das schließlich die Bildung des enterischen Nervensystem im Darm beeinflusst. Dieses steuert im Normalfall die für die Ausscheidung von Abfallstoffen notwendigen Kontraktionen. Auf diese Weise hat SOX10 eine pleiotrope Wirkung, da es mehrere Phänotypen beeinflusst.

Pleiotrope Effekte von SOX10

Pleiotropie kann durch mehrere Mechanismen entstehen. Gen-Pleiotropie tritt auf, wenn ein Gen verschiedene Funktionen besitzt, da es für ein Produkt kodiert, das mit mehreren Proteinen interagiert oder mehrere Reaktionen katalysiert. So kann beim Menschen eine abnormale Kopie des SOX10 Gens, bei der eine Region fehlt, zu Entwicklungsdefekten führen. Symptome wie weiße Stirnlappen, verschiedenfarbige Iris (z.B. eine blaue und eine braune) und Regionen nicht pigmentierter Haut werden hervorgerufen. Diese Merkmale sind allesamt Symptome einer Erkrankung namens Waardenburg-Syndrom Typ 4 oder WS4. Es handelt sich um eine autosomal rezessive Erkrankung, die zu mehreren Pigmentstörungen führt. Die pleiotropen Effekte von SOX10 in WS4 erstrecken sich auf zusätzliche Symptome, die scheinbar nicht mit der Pigmentierung zusammenhängen. Dazu gehören z.B. Beeinträchtigungen des Hörvermögens. Personen mit WS4 leiden auch unter einem Mangel an Darmkontraktionen, was zu einem vergrößerten Dickdarm und Schwierigkeiten bei der Ausscheidung von Abfallstoffen führt. Diese Symptome deuten darauf hin, dass neben der Beeinträchtigung der Pigmentierung SOX10 auch das Gehör beeinträchtigt und zu einem abnormalen Darmphänotyp beiträgt.

Expressionsmuster in der frühen Entwicklung

Die Fähigkeit von SOX10 , seine pleiotropen Effekte auszuüben, kann durch seine Expression in der frühen embryonalen und fötalen Entwicklung erklärt werden. Während dieser Phase wird es in den Neuralleistenzellen gefunden, welche schließlich zur Bildung der Pigmentzellen, den Melanozyten, führen. Neben der Pigmentierung beeinflussen die Melanozyten das Gehör, da sie ebenfalls im sich entwickelnden Ohr vorkommen. SOX10 wird auch in Ganglienzellen des terminalen Hinterdarms exprimiert. Sie tragen zur Bildung des Gastrointestinaltrakts bei und steuern Darmkontraktionen. Dies erklärt die Ausscheidungsprobleme und vergrößerte Dickdärme bei einigen WS4-Betroffenen. Daher ist SOX10 ein Beispiel für ein pleiotropes Gen, da es sich auf mehrere Entwicklungsprozesse auswirkt und mehrere phänotypische Merkmale beeinflusst.