Zanimiva dejstva o človeških kromosomih. Kromosomske motnje Manj pogoste kromosomske nepravilnosti

1. Podajte definicije pojmov.
Homologni kromosomi – seznanjeni, enaki po velikosti, obliki in nosijo iste gene.
Centromere- območje, na katerega so med celično delitvijo pritrjeni vretenasti filamenti.
Diploidni set – kromosomski nabor, ki ga predstavljajo seznanjeni kromosomi.
Kariotip- celota vseh značilnosti kromosomskega nabora, značilnega za določeno vrsto.
Somatska celica - telesna celica.

3. Katere strukturne značilnosti jedra zagotavljajo izmenjavo snovi med jedrom in citoplazmo?
Jedrne pore v jedrni ovojnici omogočajo izmenjavo snovi med jedrom in celico.

4. Primerjaj pojma »kromosom« in »kromatin«. Kaj pomenijo? Kakšna je njihova temeljna razlika?
Kromatin je kompleks molekul DNA s histoni v jedru, v obdobju med celičnimi delitvami. DNK je v nezvitem, despiraliziranem stanju. Kromosom je kompleks DNK s histoni v kompaktnem stanju, ki nastane v jedru celice, ki se pripravlja na delitev.

5. Nariši videz podvojenega kromosoma (shematsko) in označi njegove glavne dele.

6. Kaj imenujemo kromosomska garnitura? Katere vrste kromosomskih garnitur poznate?
Kromosomski niz je število kromosomov v celici, značilno za določeno vrsto. Obstajajo diploidni - predstavljeni s parnimi kromosomi in haploidni - enojni, značilni za zarodne celice.

7. Oblikujte vprašanje k spodnjemu besedilu iz § 2.8 in ponudite svoj odgovor.
Med številom kromosomov in stopnjo organiziranosti določene vrste ni povezave: primitivne oblike imajo lahko večje število kromosomov kot visoko organizirane in obratno. Na primer, pri tako oddaljenih vrstah, kot sta peščeni kuščar in lisica, je število kromosomov enako in enako 38, pri ljudeh in jesenu - po 46 kromosomov, pri kokoši - 78, pri raku pa več. kot 110!
vprašanje: Ali drži trditev: "Višja kot je razvitost organizma, večje število kromosomov ima"?
Odgovor: ne, to ni res. Med številom kromosomov in stopnjo organiziranosti vrste ni povezave: primitivne oblike imajo lahko večje število kromosomov kot visoko organizirane in obratno.

8. Kognitivna naloga.
Pomislite, ali ste v drugih bioloških tečajih (na primer pri študiju oddelka "Botanika") naleteli na informacije o celicah evkariontskih organizmov, ki nimajo jedra, vendar delujejo dolgo časa. Kako lahko pojasnite njihovo sposobnost preživetja?
Rdeče krvne celice - njihovo jedro nadomesti hemoglobin, celice sitastih cevi rastlin niso "prave" celice, v njih je citoplazma pomešana s celičnim sokom, razen jedra večine organelov. Takšne celice opravljajo samo transportno funkcijo in se ne morejo deliti.

9. Izberite pravilen odgovor.
Test 1.
Jedrska ovojnica nastane:
3) dve membrani, ima pore;

Test 2.
Nukleolus v jedru zagotavlja:
3) tvorba ribosomskih podenot;

Test 3.
Skupaj vseh značilnosti kromosomskega niza, značilnega za vrsto:
3) kariotip;

10. Pojasnite izvor in splošni pomen besede (izraza) na podlagi pomena korenov, ki jo sestavljajo.

11. Izberite izraz in pojasnite, kako se njegov sodobni pomen ujema s prvotnim pomenom njegovih korenov.
Izbrani izraz je kromosom.
Dopisovanje – prej je pomenilo "obarvano telo". Toda funkcije kromosoma so postale znane in morfološko ima izraz pravilen pomen.

12. Oblikujte in zapišite glavne ideje § 2.8.
Vse evkariontske celice imajo jedro, ki je povezano s citoplazmo, kar zagotavlja enotnost celice. Jedro uravnava vse procese v celici. Sestavljen je iz jedrne ovojnice, jedrnega soka, nukleola in kromatina. Ko se celica deli, se kromatin zavije v spiralo in tvori kromosome. Kromosomi so sestavljeni iz kromatid in centromere.
Skupek vseh značilnosti kromosomskega nabora določene vrste se imenuje kariotip. Kromosomski nabor je diploiden (v telesnih celicah) in haploiden (v zarodnih celicah). Med številom kromosomov in stopnjo organiziranosti vrste ni povezave.

kromosom je nitasta struktura, ki vsebuje DNK v celičnem jedru, ki nosi gene, enote dednosti, razporejene v linearnem vrstnem redu. Ljudje imamo 22 parov pravilnih kromosomov in en par spolnih kromosomov. Kromosomi poleg genov vsebujejo tudi regulatorne elemente in nukleotidna zaporedja. V njih so proteini, ki vežejo DNK, ki nadzorujejo funkcije DNK. Zanimivo je, da beseda "kromosom" izvira iz grške besede "chrome", kar pomeni "barva". Kromosomi so dobili to ime, ker imajo možnost, da so obarvani v različnih tonih. Zgradba in narava kromosomov se razlikujeta od organizma do organizma. Človeški kromosomi so že od nekdaj predmet nenehnega zanimanja raziskovalcev, ki delajo na področju genetike. Širok razpon dejavnikov, ki jih določajo človeški kromosomi, nenormalnosti, za katere so odgovorni, in njihova kompleksna narava so vedno pritegnili pozornost številnih znanstvenikov.

Zanimiva dejstva o človeških kromosomih

Človeške celice vsebujejo 23 parov jedrnih kromosomov. Kromosomi so sestavljeni iz molekul DNK, ki vsebujejo gene. Molekula kromosomske DNA vsebuje tri nukleotidna zaporedja, potrebna za replikacijo. Ko so kromosomi obarvani, postane očitna trakasta struktura mitotskih kromosomov. Vsak trak vsebuje številne pare nukleotidov DNK.

Ljudje smo spolno razmnoževalna vrsta z diploidnimi somatskimi celicami, ki vsebujejo dva niza kromosomov. En sklop je podedovan po materi, drugi pa po očetu. Reproduktivne celice imajo za razliko od telesnih celic eno vrsto kromosomov. Križanje med kromosomi vodi do nastanka novih kromosomov. Novi kromosomi se ne dedujejo od nobenega od staršev. To pojasnjuje dejstvo, da ne kažemo vsi lastnosti, ki smo jih prejeli neposredno od enega od naših staršev.

Avtosomnim kromosomom so dodeljene številke od 1 do 22 v padajočem vrstnem redu, ko se njihova velikost zmanjšuje. Vsaka oseba ima dva niza 22 kromosomov, kromosom X od matere in kromosom X ali Y od očeta.

Nenormalnost v vsebini celičnih kromosomov lahko pri ljudeh povzroči določene genetske motnje. Kromosomske nepravilnosti pri ljudeh so pogosto odgovorne za nastanek genetskih bolezni pri njihovih otrocih. Tisti, ki imajo kromosomske nepravilnosti, so pogosto le prenašalci bolezni, medtem ko se bolezen razvije pri njihovih otrocih.

Kromosomske aberacije (strukturne spremembe v kromosomih) povzročajo različni dejavniki, in sicer delecija ali podvojitev dela kromosoma, inverzija, pri kateri gre za spremembo smeri kromosoma v nasprotno, ali translokacija, pri kateri se del kromosoma spremeni. odtrgan in pritrjen na drug kromosom.

Dodatna kopija kromosoma 21 je odgovorna za zelo dobro znano genetsko motnjo, imenovano Downov sindrom.

Trisomija 18 povzroči Edwardsov sindrom, ki lahko povzroči smrt v otroštvu.

Izbris dela petega kromosoma povzroči genetsko motnjo, znano kot Cri-Cat sindrom. Ljudje, ki jih prizadene ta bolezen, imajo pogosto duševno zaostalost in njihov jok v otroštvu spominja na mačji jok.

Motnje, ki jih povzročajo nenormalnosti spolnih kromosomov, vključujejo Turnerjev sindrom, pri katerem so prisotne ženske spolne značilnosti, vendar je zanje značilna nerazvitost, ter sindrom XXX pri deklicah in sindrom XXY pri dečkih, ki povzročata disleksijo pri prizadetih osebah.

Kromosome so najprej odkrili v rastlinskih celicah. Van Benedenova monografija o oplojenih jajčecih glist je privedla do nadaljnjih raziskav. August Weissman je pozneje pokazal, da se zarodna linija razlikuje od some, in odkril, da celična jedra vsebujejo dedni material. Predlagal je tudi, da oploditev povzroči nastanek nove kombinacije kromosomov.

Ta odkritja so postala temeljni kamni na področju genetike. Raziskovalci so že zbrali veliko znanja o človeških kromosomih in genih, vendar je treba še veliko odkriti.

Video

Kromosomske mutacije so vzroki kromosomskih bolezni.

Kromosomske mutacije so strukturne spremembe posameznih kromosomov, običajno vidne pod svetlobnim mikroskopom. Kromosomska mutacija vključuje veliko število (od deset do nekaj sto) genov, kar vodi do spremembe normalnega diploidnega niza. Čeprav kromosomske aberacije na splošno ne spremenijo zaporedja DNK določenih genov, spremembe števila kopij genov v genomu povzročijo genetsko neravnovesje zaradi pomanjkanja ali presežka genskega materiala. Obstajata dve veliki skupini kromosomskih mutacij: znotrajkromosomske in interkromosomske.

Intrakromosomske mutacije so aberacije znotraj enega kromosoma. Tej vključujejo:

– izguba enega od odsekov kromosoma, notranjega ali končnega. To lahko povzroči motnje embriogeneze in nastanek številnih razvojnih nepravilnosti (na primer izbris v predelu kratkega kraka 5. kromosoma, označenega kot 5p-, povzroči nerazvitost grla, srčne napake, duševno zaostalost. To kompleks simptomov je znan kot sindrom "mačjega joka", ker pri bolnih otrocih zaradi anomalije grla jok spominja na mačje mijavkanje);

Inverzije. Zaradi dveh točk preloma kromosoma se nastali fragment po rotaciji za 180 stopinj vstavi na prvotno mesto. Posledično se poruši samo vrstni red genov;

duplikacije – podvojitev (ali pomnoževanje) katerega koli dela kromosoma (na primer trisomija na kratkem kraku kromosoma 9 povzroči številne okvare, vključno z mikrocefalijo, zapoznelim telesnim, duševnim in intelektualnim razvojem).

Medkromosomske mutacije ali preureditvene mutacije so izmenjava fragmentov med nehomolognimi kromosomi. Takšne mutacije imenujemo translokacije (iz latinskega trans - za, skozi in locus - kraj). to:

recipročna translokacija - dva kromosoma izmenjata svoje fragmente;

nerecipročna translokacija - fragment enega kromosoma se transportira v drugega;

»centrična« fuzija (Robertsonova translokacija) je združitev dveh akrocentričnih kromosomov v predelu njunih centromer z izgubo kratkih krakov.

Ko so kromatide prečno prelomljene skozi centromere, "sestrske" kromatide postanejo "zrcalni" kraki dveh različnih kromosomov, ki vsebujeta iste nize genov. Takšni kromosomi se imenujejo izokromosomi.

Translokacije in inverzije, ki so uravnotežene kromosomske preureditve, nimajo fenotipskih manifestacij, vendar lahko kot posledica ločevanja preurejenih kromosomov v mejozi tvorijo neuravnotežene gamete, kar bo privedlo do potomcev s kromosomskimi nepravilnostmi.

Genomske mutacije

Genomske mutacije so tako kot kromosomske mutacije vzroki kromosomskih bolezni.

Genomske mutacije vključujejo anevploidije in spremembe v ploidnosti strukturno nespremenjenih kromosomov. Genomske mutacije ugotavljamo s citogenetskimi metodami.

Aneuploidija je sprememba (zmanjšanje - monosomija, povečanje - trisomija) števila kromosomov v diploidnem nizu, ki ni večkratnik haploidnega (2n+1, 2n-1 itd.).

Poliploidija je povečanje števila nizov kromosomov, večkratnik haploidnega (3n, 4n, 5n itd.).

Pri ljudeh so poliploidije, kot tudi večina anevploidij, smrtonosne mutacije.

Najpogostejše genomske mutacije vključujejo:

trisomija - prisotnost treh homolognih kromosomov v kariotipu (na primer 21. par pri Downovem sindromu, 18. par pri Edwardsovem sindromu, 13. par pri Patauovem sindromu; za spolne kromosome: XXX, XXY, XYY);

monosomija - prisotnost le enega od dveh homolognih kromosomov. Pri monosomiji katerega koli od avtosomov normalen razvoj zarodka ni mogoč. Edina monosomija pri ljudeh, ki je združljiva z življenjem – monosomija na kromosomu X – vodi do Shereshevsky-Turnerjevega sindroma (45,X).

Vzrok za aneuploidijo je neločevanje kromosomov med celično delitvijo med nastajanjem zarodnih celic ali izguba kromosomov zaradi anafaznega zamika, ko lahko med premikanjem na pol eden od homolognih kromosomov zaostaja za drugimi ne-kromosomi. homologni kromosomi. Izraz nedisjunkcija pomeni odsotnost ločevanja kromosomov ali kromatid v mejozi ali mitozi.

Kromosomska nedisjunkcija se najpogosteje pojavi med mejozo. Kromosomi, ki bi se morali med mejozo običajno deliti, ostanejo povezani in se v anafazi premaknejo na en pol celice, pri čemer nastanejo dve gameti, od katerih ima ena dodaten kromosom, druga pa tega kromosoma nima. Ko gameto z normalnim naborom kromosomov oplodi gameta z dodatnim kromosomom, pride do trisomije (tj. v celici so trije homologni kromosomi); ko je gameta brez enega kromosoma oplojena, pride do zigote z monosomijo. Če na kateremkoli avtosomnem kromosomu nastane monosomska zigota, se razvoj organizma ustavi v najzgodnejših fazah razvoja.

V somatskih celicah se pojavijo vse vrste mutacij (tudi pod vplivom različnih sevanj), ki so značilne za zarodne celice.

Vse dedne bolezni, ki jih povzroča prisotnost enega patološkega gena, se dedujejo v skladu z Mendelovimi zakoni. Pojav dednih bolezni je posledica motenj v procesu shranjevanja, prenosa in izvajanja dednih informacij. Ključno vlogo dednih dejavnikov pri pojavu patološkega gena, ki vodi v bolezen, potrjuje zelo visoka pogostnost številnih bolezni v nekaterih družinah v primerjavi s splošno populacijo.

Pojav dednih bolezni temelji na mutacijah: predvsem kromosomskih in genskih. Posledično ločimo kromosomske in dedne genske bolezni.

Kromosomske bolezni so razvrščene glede na vrsto genske ali kromosomske mutacije in spremljajočo individualnost, ki je vpletena v kromosomsko spremembo. V zvezi s tem se ohranja patogenetsko načelo, ki je pomembno za enoto po nosološkem načelu dedne patologije:

Za vsako bolezen se vzpostavi genetska struktura (kromosom in njegov segment), ki določa patologijo;

Razkriva se, kaj je genetska motnja. Določen je s pomanjkanjem ali presežkom kromosomskega materiala.

NUMERIČNE MOTNJE: sestojijo iz spremembe ploidnosti kromosomske garniture in odstopanja števila kromosomov od diploidnega za posamezen par kromosomov navzdol (to motnjo imenujemo monosomija) ali navzgor (trisomija in druge oblike polisomije). Triploidni in tetraploidni organizmi so dobro raziskani; njihova pogostost pojavljanja je nizka. To so predvsem samosplavljeni zarodki (splavi) in mrtvorojeni otroci. Če se novorojenčki pojavijo s takšnimi motnjami, običajno ne živijo več kot 10 dni.

Genomske mutacije na posameznih kromosomih so številne in predstavljajo glavnino kromosomskih bolezni. Na kromosomu X opazimo popolne monosomije, kar vodi v razvoj Sherevsky-Turnerjevega sindroma. Avtosomne monosomije so med živorojenimi zelo redke. Živorojeni so organizmi z znatnim deležem normalnih celic: monosomija zadeva avtosoma 21 in 22.

Popolne trisomije so preučevali za znatno večje število kromosomov: 8, 9, 13, 14, 18, 21, 22 in X kromosomi. Število kromosomov X pri posamezniku lahko doseže do 5, hkrati pa ostane njegova sposobnost preživetja, večinoma kratkotrajna.

Spremembe v številu posameznih kromosomov povzročijo motnje v njihovi porazdelitvi med hčerinskimi celicami med prvo in drugo mejotsko delitvijo v gametogenezi ali pri prvih cepitvah oplojenega jajčeca.

Razlogi za takšno kršitev so lahko:

Kršitev divergence med anafazo redupliciranega kromosoma, zaradi česar se podvojeni kromosom konča le v eni hčerinski celici.

Kršitev konjugacije homolognih kromosomov, ki lahko tudi moti pravilno ločevanje homologov v hčerinske celice.

Zaostajanje kromosomov v anafazi, ko se razhajajo v hčerinski celici, kar lahko povzroči izgubo kromosoma.

Če se ena od zgornjih motenj pojavi v dveh ali več zaporednih delitvah, pride do tetrosomije in drugih vrst polisomije.

STRUKTURNE KRŠITVE. Ne glede na vrsto povzročajo dele materiala na določenem kromosomu (delna monosomija) ali njegov presežek (delna trisomija). Enostavne delecije celotnega kraka, intersticijskega in končnega (terminalnega) lahko privedejo do delne monosomije. V primeru terminalnih delecij obeh krakov lahko kromosom X postane krožen. Takšni dogodki se lahko pojavijo na kateri koli stopnji gametogeneze, tudi po tem, ko zarodna celica zaključi obe mejotski delitvi. Tudi uravnotežene preureditve tipskih inverzij, recipročnih in Robertsonovih translokacij, ki obstajajo v telesu staršev, lahko vodijo do delne monosomije. To je posledica nastanka neuravnotežene gamete. Tudi delna trisomija se pojavi drugače. To so lahko na novo ustvarjene podvojitve enega ali drugega segmenta. Najpogosteje pa so podedovani od normalnih fenotipskih staršev, ki so nosilci uravnoteženih translokacij ali inverzij zaradi vstopa v gameto kromosoma, neuravnoteženega v smeri odvečnega materiala. Ločeno je delna monosomija ali trisomija manj pogosta kot v kombinaciji, ko ima bolnik hkrati delno monosomijo na enem kromosomu in delno trisomijo na drugem.

Glavno skupino sestavljajo spremembe vsebnosti strukturnega heterokromatina v kromosomu. Ta pojav je osnova normalnega polimorfizma, ko variacije v vsebnosti heterokromatina ne vodijo do neugodnih sprememb v fenotipu. Vendar pa v nekaterih primerih neravnovesje v heterokromatskih regijah vodi do uničenja duševnega razvoja.

KROMOSOMSKI SKUP - niz kromosomov, značilnih za celice določenega organizma. Obstajata dve vrsti X. stoletja: haploidni - v zrelih zarodnih celicah in diploidni - v somatskih celicah. Med oploditvijo se združita dva haploidna X., ki ju prinesejo moške in ženske gamete, zaradi česar nastane zigota z diploidnim X. Med mejozo se diploidno število kromosomov spet zmanjša za polovico in nastanejo gamete s haploidnim X stoletjem. Če spremembe v številu kromosomov niso večkratniki glavnega števila, X. c. imenovani heteropliidni (npr. organizmi, ki nimajo enega kromosoma v diploidnem X. stoletju, se imenujejo monosomiki).

Kariotip je skupek značilnosti (število, velikost, oblika itd.) celotnega nabora kromosomov, ki so lastni celicam določene biološke vrste (kariotip vrste), danemu organizmu (posamezni kariotip) ali liniji (klon) celic . Kariotip včasih imenujemo tudi vizualna predstavitev celotne kromosomske garniture (kariogram).

Izraz "kariotip" je leta 1924 uvedel sovjetski citolog G. A. Levitsky.

Določitev kariotipa

Videz kromosomov se med celičnim ciklom bistveno spremeni: med interfazo so kromosomi lokalizirani v jedru, praviloma despiralizirani in jih je težko opazovati, zato se za določitev kariotipa celice uporabljajo v eni od stopenj njihove delitve - metafaza mitoze.

Postopek določanja kariotipa

Za postopek določanja kariotipa lahko uporabimo poljubno populacijo delečih se celic. Za določitev človeškega kariotipa se praviloma uporabljajo limfociti periferne krvi, katerih prehod iz faze mirovanja G0 v proliferacijo izzove dodatek mitogen fitohemaglutinin. Za določitev kariotipa lahko uporabimo tudi celice kostnega mozga ali primarno kulturo kožnih fibroblastov. Da bi povečali število celic v fazi metafaze, tik pred fiksacijo celični kulturi dodamo kolhicin ali nokadazol, ki blokirata tvorbo mikrotubulov in s tem preprečita razhajanje kromatid do polov celične delitve in dokončanje mitoze.

Po fiksaciji se preparati metafaznih kromosomov obarvajo in fotografirajo; iz mikrofotografij se oblikuje tako imenovani sistematični kariotip - oštevilčen niz parov homolognih kromosomov, slike kromosomov so usmerjene navpično s kratkimi kraki navzgor, oštevilčene so v padajočem vrstnem redu velikosti, par spolnih kromosomov je postavljena na koncu niza.

Zgodovinsko gledano so bili prvi nepodrobni kariotipi, ki so omogočili razvrščanje glede na kromosomsko morfologijo, pridobljeni z barvanjem po Romanovsky-Giemsi, vendar je nadaljnja podrobnost strukture kromosomov v kariotipih postala mogoča s prihodom diferencialnih tehnik barvanja kromosomov. Najpogosteje uporabljena tehnika v medicinski genetiki je metoda G-diferencialnega barvanja kromosomov.

Klasični in spektralni kariotipi

Za pridobitev klasičnega kariotipa kromosome obarvamo z različnimi barvili ali njihovimi mešanicami: zaradi razlik v vezavi barvila na različne dele kromosomov pride do barvanja neenakomerno in nastane značilna trakasta struktura (kompleks prečnih oznak, angl. banding), ki odraža linearno heterogenost kromosoma in je specifična za homologne pare kromosomov in njihovih odsekov (z izjemo polimorfnih regij so lokalizirane različne alelne različice genov). Prvo metodo obarvanja kromosomov za izdelavo tako zelo podrobnih slik je razvil švedski citolog Kaspersson (Q-barvanje). Uporabljajo se tudi druga barvila, takšne tehnike se skupaj imenujejo diferencialno barvanje kromosomov:

Q-obarvanje- Kasperssonovo barvanje s kininovo gorčico s pregledom pod fluorescentnim mikroskopom. Najpogosteje se uporablja za študij kromosomov Y (hitro določanje genetskega spola, odkrivanje translokacij med kromosomoma X in Y ali med kromosomom Y in avtosomi, presejanje mozaicizma, ki vključuje kromosome Y)

G-obarvanje- modificirano barvanje po Romanovsky-Giemsi. Občutljivost je večja kot pri Q-barvanju, zato se uporablja kot standardna metoda za citogenetsko analizo. Uporablja se za prepoznavanje majhnih aberacij in markerskih kromosomov (segmentiranih drugače kot običajni homologni kromosomi)

R-barvanje- uporabimo akridin oranžna in podobna barvila ter pobarvamo predele kromosomov, ki so neobčutljivi na G-barvanje. Uporablja se za identifikacijo podrobnosti homolognih G- ali Q-negativnih regij sestrskih kromatid ali homolognih kromosomov.

C-obarvanje- uporablja se za analizo centromernih regij kromosomov, ki vsebujejo konstitutivni heterokromatin in variabilni distalni del kromosoma Y.

T-barvanje - uporablja za analizo telomernih regij kromosomov.

V zadnjem času se uporablja tehnika t.i. spektralno kariotipizacijo (fluorescenčna in situ hibridizacija, FISH), ki je sestavljena iz barvanja kromosomov z nizom fluorescentnih barvil, ki se vežejo na specifične regije kromosomov. Zaradi takega obarvanja pridobijo homologni pari kromosomov enake spektralne značilnosti, kar ne le močno olajša identifikacijo takšnih parov, temveč tudi olajša odkrivanje interkromosomskih translokacij, to je premikov odsekov med kromosomi - translocirani odseki imajo spekter ki se razlikuje od spektra preostalega kromosoma.

Analiza kariotipa

Primerjava kompleksov prečnih oznak v klasični kariotipiji ali območij s posebnimi spektralnimi značilnostmi omogoča identifikacijo tako homolognih kromosomov kot njihovih posameznih odsekov, kar omogoča podrobno določitev kromosomskih aberacij - intra- in medkromosomske preureditve, ki jih spremlja kršitev vrstni red kromosomskih fragmentov (delecije, duplikacije, inverzije, translokacije). Takšna analiza je zelo pomembna v medicinski praksi, saj omogoča diagnosticiranje številnih kromosomskih bolezni, ki jih povzročajo hude kršitve kariotipov (kršitev števila kromosomov) in kršitev kromosomske strukture ali množice celičnih kariotipov v telesu. telo (mozaizem).

Nomenklatura

Za sistematizacijo citogenetskih opisov je bil razvit Mednarodni sistem citogenetske nomenklature (ISCN), ki temelji na diferencialnem barvanju kromosomov in omogoča podroben opis posameznih kromosomov in njihovih regij. Vnos ima naslednjo obliko:

[številka kromosoma] [roka] [številka regije] [številka pasu]

dolg krak kromosoma je označen s črko q, kratki krak s črko p, kromosomske aberacije pa so označene z dodatnimi simboli.

Tako je 2. pas 15. odseka kratkega kraka 5. kromosoma zapisan kot 5p15.2.

Za kariotip se uporablja vnos ISCN 1995, ki ima naslednjo obliko:

[število kromosomov], [spolni kromosomi], [lastnosti].

Za označevanje spolnih kromosomov pri različnih vrstah se uporabljajo različni simboli (črke), odvisno od posebnosti določanja spola taksona (različni sistemi spolnih kromosomov). Tako je pri večini sesalcev ženski kariotip homogametičen, moški pa heterogametičen, oziroma je zapis spolnih kromosomov samice XX, moški pa XY. Pri pticah so samice heterogametne, samci pa homogametni, to pomeni, da je zapis spolnih kromosomov samice ZW, samca pa ZZ.

Primeri vključujejo naslednje kariotipe:

normalni (specifični) kariotip domače mačke: 38, XY

individualni kariotip konja z "dodatnim" X kromosomom (trisomija X kromosom): 65, XXX

individualni kariotip domačega prašiča z delecijo (izgubo dela) dolgega kraka (q) kromosoma 10: 38, XX, 10q-

individualni kariotip moškega s translokacijo 21 odsekov kratkega (p) in dolgega kraka (q) 1. in 3. kromosoma ter delecijo 22. odseka dolgega kraka (q) 9. kromosoma: 46, XY, t(1;3)(p21;q21), del(9)(q22)

Ker so normalni kariotipi vrstno specifični, se razvijajo in vzdržujejo standardni opisi kariotipov različnih vrst živali in rastlin, predvsem domačih in laboratorijskih živali in rastlin.

Kromosomske mutacije (sicer imenovane aberacije, preureditve) so nepredvidljive spremembe v strukturi kromosomov. Najpogosteje so posledica težav, ki nastanejo pri delitvi celic. Izpostavljenost začetnim okoljskim dejavnikom je še en možen vzrok za kromosomske mutacije. Ugotovimo, kakšne so lahko manifestacije tovrstnih sprememb v strukturi kromosomov in kakšne posledice imajo za celico in celoten organizem.

Mutacije. Splošne določbe

V biologiji je mutacija opredeljena kot trajna sprememba strukture genskega materiala. Kaj pomeni "vztrajen"? Podedujejo ga potomci organizma, ki ima mutirano DNK. To se zgodi na naslednji način. Ena celica prejme napačno DNK. Razdeli se, dve hčerki pa popolnoma kopirata njegovo strukturo, torej vsebujeta tudi spremenjen genski material. Potem je takšnih celic vedno več in če organizem nadaljuje z razmnoževanjem, njegovi potomci dobijo podoben mutirani genotip.

Mutacije običajno ne minejo brez sledi. Nekateri med njimi tako spremenijo telo, da je posledica teh sprememb smrt. Nekateri od njih prisilijo telo, da deluje na nov način, kar zmanjša njegovo sposobnost prilagajanja in vodi do resnih patologij. In zelo majhno število mutacij koristi telesu in s tem poveča njegovo sposobnost prilagajanja okoljskim razmeram.

Mutacije delimo na genske, kromosomske in genomske. Ta razvrstitev temelji na razlikah, ki se pojavljajo v različnih strukturah genskega materiala. Kromosomske mutacije torej vplivajo na strukturo kromosomov, genske mutacije vplivajo na zaporedje nukleotidov v genih, genomske mutacije pa spremenijo genom celotnega organizma, dodajajo ali odvzemajo celo vrsto kromosomov.

Pogovorimo se o kromosomskih mutacijah podrobneje.

Do katerih vrst kromosomskih preureditev lahko pride?

Glede na to, kako so spremembe lokalizirane, se razlikujejo naslednje vrste kromosomskih mutacij.

Intrakromosomsko - transformacija genetskega materiala znotraj enega kromosoma.
Interkromosomske - preureditve, zaradi katerih dva nehomologna kromosoma izmenjata svoje odseke. Nehomologni kromosomi vsebujejo različne gene in se med mejozo ne pojavijo.

Vsaka od teh vrst aberacij ustreza določenim vrstam kromosomskih mutacij.

Izbrisi

Delecija je ločitev ali izguba katerega koli dela kromosoma. Zlahka je uganiti, da je ta vrsta mutacije intrakromosomska.

Če je najbolj oddaljeni del kromosoma ločen, se izbris imenuje terminalni. Če se genetski material izgubi bližje središču kromosoma, se takšna delecija imenuje intersticijska.

Ta vrsta mutacije lahko vpliva na sposobnost preživetja organizma. Na primer, izguba dela kromosoma, ki kodira določen gen, osebi zagotovi odpornost proti virusu imunske pomanjkljivosti. Ta adaptivna mutacija se je pojavila pred približno 2000 leti in nekaterim ljudem z aidsom je uspelo preživeti le zato, ker so imeli to srečo, da so imeli kromosome s spremenjeno strukturo.

Podvajanja

Druga vrsta intrakromosomske mutacije je podvajanje. To je kopiranje dela kromosoma, ki nastane kot posledica napake pri tako imenovanem crossoverju oziroma crossingoverju med celično delitvijo.

Tako kopiran odsek lahko obdrži svoj položaj, se zavrti za 180° ali se celo večkrat ponovi in takrat se takšna mutacija imenuje amplifikacija.

Pri rastlinah se lahko količina genskega materiala poveča prav s ponavljajočimi se podvajanji. V tem primeru se običajno spremeni sposobnost prilagajanja celotne vrste, kar pomeni, da so takšne mutacije velikega evolucijskega pomena.

Inverzije

Nanaša se tudi na intrakromosomske mutacije. Inverzija je zasuk določenega dela kromosoma za 180°.

Del kromosoma, obrnjen zaradi inverzije, je lahko na eni strani centromere (paracentrična inverzija) ali na nasprotnih straneh (pericentrična). Centromera je tako imenovana regija primarne zožitve kromosoma.

Običajno inverzije ne vplivajo na zunanje znake telesa in ne vodijo do patologij. Obstaja pa predpostavka, da se pri ženskah z inverzijo določenega dela devetega kromosoma verjetnost splava med nosečnostjo poveča za 30%.

Translokacije

Translokacija je premik dela enega kromosoma na drugega. Te mutacije so interkromosomskega tipa. Obstajata dve vrsti translokacij.

Recipročna je izmenjava dveh kromosomov na določenih področjih.
Robertsonian - zlitje dveh kromosomov s kratkim krakom (akrocentrično). Med Robertsonovo translokacijo se kratki deli obeh kromosomov izgubijo.

Vzajemne translokacije povzročajo težave z zanositvijo pri ljudeh. Včasih takšne mutacije povzročijo spontani splav ali povzročijo rojstvo otrok s prirojenimi razvojnimi patologijami.

Robertsonove translokacije so pri ljudeh precej pogoste. Zlasti če pride do translokacije, ki vključuje kromosom 21, plod razvije Downov sindrom, eno najpogosteje prijavljenih prirojenih patologij.

Izokromosomi

Izokromosomi so kromosomi, ki so izgubili en krak, vendar so ga nadomestili z natančno kopijo drugega kraka. To pomeni, da se v bistvu tak postopek lahko šteje za brisanje in inverzijo v eni steklenici. V zelo redkih primerih imajo takšni kromosomi dve centromeri.

Izokromosomi so prisotni v genotipu žensk, ki trpijo za Shereshevsky-Turnerjevim sindromom.

Vse zgoraj opisane vrste kromosomskih mutacij so lastne različnim živim organizmom, vključno s človekom. Kako se manifestirajo?

Kromosomske mutacije. Primeri

Mutacije se lahko pojavijo v spolnih kromosomih in v avtosomih (vsi drugi parni kromosomi celice). Če mutageneza prizadene spolne kromosome, so posledice za telo običajno hude. Pojavijo se prirojene patologije, ki vplivajo na duševni razvoj posameznika in se običajno izražajo v spremembah fenotipa. To pomeni, da se navzven mutirani organizmi razlikujejo od normalnih.

Pri rastlinah se pogosteje pojavljajo genomske in kromosomske mutacije. Najdemo pa jih tako pri živalih kot pri ljudeh. Kromosomske mutacije, katerih primere bomo obravnavali spodaj, se kažejo v pojavu hudih dednih patologij. To so Wolf-Hirschhornov sindrom, sindrom "cry the cat", parcialna trisomija na kratkem kraku kromosoma 9, pa tudi nekateri drugi.

Sindrom mačjega joka

Ta bolezen je bila odkrita leta 1963. Pojavi se zaradi delne monosomije na kratkem kraku kromosoma 5, ki jo povzroči delecija. Eden od 45.000 otrok se rodi s tem sindromom.

Zakaj je ta bolezen dobila tako ime? Otroci s to boleznijo imajo značilen jok, ki spominja na mačje mijavkanje.

Ko se kratka roka petega kromosoma izbriše, se lahko izgubijo različni deli kromosoma. Klinične manifestacije bolezni so neposredno odvisne od tega, kateri geni so bili izgubljeni med to mutacijo.

Struktura grla se spremeni pri vseh bolnikih, kar pomeni, da je "mačji jok" značilen za vse brez izjeme. Večina ljudi, ki trpijo zaradi tega sindroma, doživi spremembo strukture lobanje: zmanjšanje možganske regije, obraz v obliki lune. V primeru sindroma "cry the cat" so ušesa običajno nameščena nizko. Včasih imajo bolniki prirojene patologije srca ali drugih organov. Značilna lastnost postane tudi duševna zaostalost.

Običajno bolniki s tem sindromom umrejo v zgodnjem otroštvu, le 10% jih preživi do desetega leta. Vendar pa so bili tudi primeri dolgoživosti s sindromom "mačjega joka" - do 50 let.

Wolf-Hirschhornov sindrom

Ta sindrom je veliko manj pogost - 1 primer na 100.000 rojstev. Nastane zaradi delecije enega od segmentov kratkega kraka četrtega kromosoma.

Manifestacije te bolezni so raznolike: zapozneli razvoj telesne in duševne sfere, mikrocefalija, značilen nos v obliki kljuna, strabizem, razcep neba ali zgornje ustnice, majhna usta, okvare notranjih organov.

Tako kot mnoge druge človeške kromosomske mutacije je Wolf-Hirschhornova bolezen razvrščena kot polsmrtna. To pomeni, da se sposobnost preživetja telesa s takšno boleznijo znatno zmanjša. Otroci z diagnozo Wolf-Hirschhornovega sindroma običajno ne doživijo več kot 1 leto, vendar je bil zabeležen en primer, ko je bolnik živel 26 let.

Sindrom delne trisomije na kratkem kraku kromosoma 9

Ta bolezen nastane zaradi neuravnoteženih podvajanj v devetem kromosomu, zaradi česar je na tem kromosomu več genetskega materiala. Skupaj je znanih več kot 200 primerov takšnih mutacij pri ljudeh.

Klinično sliko opisujejo zapozneli telesni razvoj, blaga duševna zaostalost in značilen izraz obraza. Srčne napake najdemo pri četrtini vseh bolnikov.

S sindromom delne trisomije kratkega kraka kromosoma 9 je napoved še vedno relativno ugodna: večina bolnikov preživi do starosti.

Drugi sindromi

Včasih pride do kromosomskih mutacij celo v zelo majhnih delih DNK. Bolezni v takih primerih običajno povzročijo podvojitve ali delecije in se imenujejo mikroduplikacije oziroma mikrodelecije.

Najpogostejši takšen sindrom je Prader-Willijeva bolezen. Nastane zaradi mikrodelecije dela kromosoma 15. Zanimivo je, da mora ta kromosom telo prejeti od očeta. Zaradi mikrodelecij je prizadetih 12 genov. Bolniki s tem sindromom imajo duševno zaostalost, debelost in imajo običajno majhne noge in roke.

Drug primer takih kromosomskih bolezni je Sotosov sindrom. Na dolgi roki kromosoma 5 se pojavi mikrodelecija. Za klinično sliko te dedne bolezni je značilna hitra rast, povečanje velikosti rok in nog, prisotnost konveksnega čela in nekaj duševne zaostalosti. Incidenca tega sindroma ni bila ugotovljena.

Kromosomske mutacije, natančneje mikrodelecije na območjih 13. in 15. kromosoma, povzročijo Wilmsov tumor oziroma retinblastom. Wilmsov tumor je rak ledvic, ki se pojavi predvsem pri otrocih. Retinoblastom je maligni tumor mrežnice, ki se pojavlja tudi pri otrocih. Te bolezni je mogoče zdraviti, če jih odkrijemo v zgodnjih fazah. V nekaterih primerih se zdravniki zatečejo k kirurškemu posegu.

Sodobna medicina marsikatero bolezen odpravi, a kromosomskih mutacij še ni mogoče pozdraviti ali vsaj preprečiti. Odkriti jih je mogoče le na začetku razvoja ploda. Vendar pa genski inženiring ne miruje. Morda bo kmalu najden način za preprečevanje bolezni, ki jih povzročajo kromosomske mutacije.