13.2B: Хромосомні структурні перебудови

Last updated
Save as PDF

Page ID: 5104

Boundless
Boundless

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Структурні перебудови хромосом включають як інверсії, так і транслокації, які можуть мати згубний вплив на організм.

Цілі навчання

Опишіть різні типи структурних перебудов хромосом та те, як вони можуть впливати на організм

Ключові моменти

Інверсія хромосоми - це відшарування, обертання на 180° та ревставлення частини хромосоми; це може не вплинути на організм, але якщо інверсія відбувається всередині гена або віддаляє ген від регуляторних елементів, це може мати несприятливий вплив.
Перицентричні інверсії включають центромер, тоді як парацентріческіе інверсії відбуваються поза центромерами; перицентрична інверсія може змінювати довжину плечей хромосоми вище і нижче центромера.
Перицентрична інверсія на хромсомі 18, схоже, була залучена до еволюції людини.
Транслокація відбувається, коли сегмент хромосоми дисоціює і знову приєднується до іншої, негомологічної хромосоми і може бути доброякісною або згубною; при реципрокних транслокаціях немає посилення або втрати генетичної інформації, тому вони, як правило, доброякісні.

Ключові умови

інверсія: сегмент ДНК в контексті хромосоми, який зворотний за орієнтацією щодо еталонного каріотипу або генома
транслокація: перенесення хромосомного сегмента в нове положення, особливо на негомологічної хромосомі

Хромосомні структурні перебудови

Цитологи характеризували численні структурні перебудови в хромосомах, але найбільш поширені хромосомні інверсії і транслокації. Обидва ідентифікуються під час мейозу шляхом адаптивного сполучення переставлених хромосом з їх колишніми гомологами для підтримки відповідного вирівнювання генів. Якщо гени, що проводяться на двох гомологах, орієнтовані неправильно, подія рекомбінації може призвести до втрати генів з однієї хромосоми та посилення генів з іншої. Це призведе до утворення анеуплоїдних гамет.

Інверсії хромосом

Інверсія хромосоми - це відшарування, обертання на 180° та ревставлення частини хромосоми. Інверсії можуть виникати в природі в результаті механічного зсуву, або від дії транспозіруемих елементів (спеціальних послідовностей ДНК, здатних полегшити перестановку сегментів хромосом за допомогою ферментів, які розрізають і вставляють послідовності ДНК). Якщо вони не порушують послідовність генів, інверсії лише змінюють орієнтацію генів і, ймовірно, матимуть більш м'які ефекти, ніж помилки анеуплоїдів. Однак змінена орієнтація генів може призвести до функціональних змін, оскільки регулятори експресії генів можуть бути переміщені з положення щодо своїх цілей, викликаючи аберрантні рівні генних продуктів.

Інверсія може бути перицентричною і включати в себе центромер, або парацентріческій і виникати поза центромер. Перицентрична інверсія, яка є асиметричною щодо центромера, може змінювати відносну довжину плечей хромосоми, що робить ці інверсії легко ідентифікованими.

зображення — Малюнок\(\PageIndex{1}\): Інверсії можуть бути перицентричними або парацентричними: перицентричні інверсії включають в себе центромер, а парацентричних інверсій немає. Перицентрична інверсія може змінювати відносну довжину плечей хромосоми; парацентрична інверсія не може.

Коли одна гомологічна хромосома піддається інверсії, а інша - ні, індивід описується як інверсійна гетерозигота. Для підтримки точкового синапсису під час мейозу один гомолог повинен утворювати петлю, а інший гомолог повинен формувати навколо неї. Хоча ця топологія може забезпечити правильне вирівнювання генів, вона також змушує гомологів розтягуватися і може бути пов'язана з регіонами неточного синапсу.

Не всі структурні перебудови хромосом дають нежиттєздатних, порушених або безплідних особин. У рідкісних випадках така зміна може призвести до еволюції нового виду. Насправді перицентрична інверсія в хромосомі 18, схоже, сприяла еволюції людини. Ця інверсія відсутня у наших найближчих генетичних родичів, шимпанзе. Люди і шимпанзе відрізняються цитогенетично перицентричними інверсіями на декількох хромосомах і злиттям двох окремих хромосом у шимпанзе, які відповідають хромосомі дві у людини.

Вважається, що інверсія перицентричної хромосоми 18 відбулася у ранніх людей після їх відмінності від спільного предка з шимпанзе приблизно п'ять мільйонів років тому. Дослідники, що характеризують цю інверсію, припустили, що приблизно 19 000 нуклеотидних основ були дублюються на 18p, а дубльована область перевернута та знову вставлена на хромосому 18 родової людини.

Порівняння генів людини та шимпанзе в області цієї інверсії вказує на те, що два гени - Rock1 і USP14, які сусідять з хромосомою 17 шимпанзе (що відповідає хромосомі людини 18) більш віддалено розташовані на хромосомі людини 18. Це говорить про те, що одна з інверсійних точок зупину сталася між цими двома генами. Цікаво, що люди та шимпанзе експресують USP14 на різних рівнях у конкретних типах клітин, включаючи клітини корки та фібробласти. Можливо, інверсія хромосоми 18 у родової людини перепозиціонувала конкретні гени та корисним чином скинула рівень їх експресії. Оскільки ROCK1 і USP14 кодують клітинні ферменти, зміна їх експресії може змінити клітинну функцію. Невідомо, як ця інверсія сприяла еволюції гомінідів, але вона, здається, є значним фактором розбіжності людини від інших приматів.

Транслокації

Транслокація відбувається, коли сегмент хромосоми дисоціює і знову приєднується до іншої, негомологічної хромосоми. Транслокації можуть бути доброякісними або мати руйнівні наслідки залежно від того, як змінюються положення генів щодо регуляторних послідовностей. Примітно, що специфічні транслокації були пов'язані з кількома раковими захворюваннями та шизофренією. Реципрокні транслокації виникають внаслідок обміну сегментами хромосом між двома негомологічними хромосомами таким чином, що немає посилення або втрати генетичної інформації.