Aneuploidia: przyczyny, typy i przykłady

Aneuploidia to stan komórek, w których mają jeden lub więcej chromosomów w nadmiarze lub ich brak, różniących się od liczby haploidalnej, diploidalnej lub poliploidalnej komórek, które tworzą organizm pewnego gatunku.

W komórce aneuploidalnej liczba chromosomów nie należy do doskonałej wielokrotności zestawu haploidów, ponieważ utraciły one lub zyskały chromosomy. Ogólnie dodanie lub utrata chromosomów odpowiada pojedynczemu chromosomowi lub nieparzystej liczbie chromosomów, chociaż czasami mogą być zaangażowane dwa chromosomy.

Aneuploidy należą do numerycznych zmian chromosomalnych i są najłatwiejsze do identyfikacji cytologicznej. Ta nierównowaga chromosomowa jest w niewielkim stopniu wspierana przez zwierzęta, które są częstsze i mniej szkodliwe dla gatunków roślin. Wiele wrodzonych wad rozwojowych u ludzi jest spowodowanych aneuploidią.

Przyczyny

Utrata lub przyrost jednego lub więcej chromosomów w komórkach osobnika jest zwykle spowodowany utratą translokacji lub procesem braku dysjunkcji podczas mejozy lub mitozy. W rezultacie dawka genu u osobników ulega zmianie, co z kolei powoduje poważne defekty fenotypowe.

Zmiany w liczbie chromosomów mogą wystąpić podczas pierwszego lub drugiego podziału mejozy lub obu jednocześnie. Mogą również pochodzić z podziału mitotycznego.

Te błędy w podziale są przeprowadzane w mejozie I lub mejozie II, podczas spermatogenezy i oogenezy, występującej również w mitozie we wczesnych podziałach zygoty.

W aneuploidiach, niezwiązanie występuje, gdy jeden z chromosomów z ich homologiczną parą przechodzi do tego samego bieguna komórki lub jest dodawany do tej samej gamety. Prawdopodobnie jest to spowodowane przedwczesnym podziałem centromeru podczas pierwszego podziału mejotycznego w mejozie matki.

Gdy gameta z dodatkowym chromosomem wiąże się z normalną gametą, wytwarzane są trisomie (2n + 1). Z drugiej strony, gdy gameta jest połączona z brakującym chromosomem i normalnym, wytwarzane są monosomy (2n-1).

Typy

Aneuploidy występują często u osób diploidalnych. Te modyfikacje liczby chromosomów mają duże znaczenie kliniczne u gatunku ludzkiego. Obejmują one różne typy, takie jak nulisomie, monosomie, trisomie i tetrasomie.

Nulisomia

W komórkach z nulisomią oba elementy homologicznej pary chromosomów są tracone, reprezentowane jako 2n-2 (n jest haploidalną liczbą chromosomów). U ludzi, na przykład, z 23 parami chromosomów homologicznych (n = 23), tj. 46 chromosomów, utrata pary homologicznej spowodowałaby 44 chromosomy (22 pary).

Osoba nulisomiczna jest również opisana jako osoba pozbawiona pary homologicznych chromosomów w ich dopełnieniu somatycznym.

Monosomia

Monosomia to delecja pojedynczego chromosomu (2n-1) w parze homologicznej. U człowieka z monosomią komórka miałaby tylko 45 chromosomów (2n = 45). W obrębie monosomii znajdujemy monoisosomię i monotelosomię.

W komórkach monoisosomalnych chromosom obecny bez swojej homologicznej pary jest izochromosomem. Komórki monotelosomalne lub monototecentryczne posiadają chromosom telocentryczny bez homologicznej pary.

Trisomia

W trisomiach występuje pojawienie się lub dodanie chromosomu w niektórych parach homologicznych, to znaczy, że istnieją trzy homologiczne kopie tego samego chromosomu. Jest on reprezentowany jako 2n + 1. U ludzi z komórkami trisomicznymi znaleziono 47 chromosomów.

Niektóre wysoce badane warunki, takie jak zespół Downa, występują w wyniku trisomii chromosomu 21.

Budowa dodatkowego chromosomu pozwala sklasyfikować trisomię w:

• Podstawowa trisomia: kiedy dodatkowy chromosom jest kompletny.
• Wtórna trisomia: dodatkowy chromosom jest izochromosomem.
• Trzeciorzędowa trisomia: w tym przypadku ramiona pozostałego chromosomu należą do dwóch różnych chromosomów normalnego dopełnienia.

Tetrasomia

Tetrasomia występuje, gdy dodaje się pełną parę homologicznych chromosomów. U ludzi wyniki tetrasomii występują u osób z 48 chromosomami. Jest on reprezentowany jako 2n + 2. Para dodatkowych chromosomów jest zawsze parą homologiczną, czyli będą cztery homologiczne kopie pewnego chromosomu.

U tej samej osoby można wytworzyć więcej niż jedną mutację aneuploidalną, co skutkuje podwójnymi trisomicznymi (2n + 1 + 1), podwójnymi monosomowymi, zerowymi tetrasomalnymi itd. Osobnikami. Sześcio-monosomowe organizmy uzyskano doświadczalnie, tak jak w przypadku pszenicy białej ( Triticum aestivum ).

Przykłady

Linie komórkowe utworzone po procesie nieodłączenia chromosomów są zazwyczaj nieopłacalne. Dzieje się tak, ponieważ wiele z tych komórek pozostaje bez informacji genetycznej, która uniemożliwia im namnażanie się i zanikanie.

Z drugiej strony aneuploidia jest ważnym mechanizmem wewnątrzgatunkowej zmienności. W roślinie stramonium ( Datura stramonium ) jest haploidalnym uzupełnieniem 12 chromosomów, dzięki czemu możliwe jest 12 różnych trisomali. Każdy trisomik zakłada inny chromosom, z których każdy ma unikalny fenotyp.

W niektórych roślinach z rodzaju Clarkia trisomy działa również jako ważne źródło wewnątrzgatunkowej zmienności.

Aneuploidia u ludzi

U ludzi około połowa samoistnych poronień pierwszego trymestru ciąży powstaje w wyniku zmian numerycznych lub strukturalnych chromosomów.

Na przykład autosomalne monosomie nie są opłacalne. Wiele trisomii, takich jak chromosom 16, jest często przerywanych, aw monosomie chromosomu X lub zespołu Turnera komórki są żywe, ale zygoty X0 są przedwcześnie przerywane.

Aneuploidia chromosomów płciowych

Najczęstsze przypadki aneuploidii u człowieka są związane z chromosomami płci. Zmiany liczby chromosomów są lepiej tolerowane niż zmiany chromosomów autosomalnych.

Aneuploidia wpływa na liczbę kopii genu, ale nie na jego sekwencję nukleotydową. Zmieniając dawkę niektórych genów, zmieniają się kolejno stężenia produktów genowych. W przypadku chromosomów płciowych istnieje wyjątek od tej zależności między liczbą genów a produkowanym białkiem.

U niektórych ssaków (myszy i ludzi) zachodzi inaktywacja chromosomu X, która pozwala, aby u kobiet i mężczyzn istniała ta sama funkcjonalna dawka genów związanych z tym chromosomem.

W ten sposób dodatkowe chromosomy X są inaktywowane w tych organizmach, dzięki czemu aneuploidia w tych chromosomach jest mniej szkodliwa.

Niektóre choroby, takie jak zespół Turnera i zespół Klinefeltera, są spowodowane aneuploidiami w chromosomach płci.

Zespół Klinefeltera

Osoby z tym stanem są fenotypowo męskie, z pewnymi zniewieściałymi cechami. Przyczyną tej choroby jest obecność dodatkowego chromosomu X u osobników męskich, przy czym osoby te mają 47 chromosomów (XXY).

W przypadku powagi tego stanu mężczyźni przedstawiają bardzo ostre głosy, długie nogi, niewielki rozwój włosów na ciele, bioder i bardzo zaznaczonych kobiecych piersi. Ponadto są sterylne i mogą mieć niewielki rozwój umysłowy. W łagodniejszych przypadkach występuje fenotyp męski i normalny rozwój poznawczy.

Zespół Klinefeltera występuje u około jednego na 800 urodzeń żywych mężczyzn.

Zespół Turnera

Zespół Turnera jest spowodowany częściową lub całkowitą utratą chromosomu X i występuje u kobiet. Ta zmiana chromosomalna zachodzi podczas gametogenezy przez niesocjatywny proces postzygotyczny.

Różne zmiany kariotypu powodują różne fenotypy w zespole Turnera. Gdy materiał jest tracony z długiego ramienia jednego z chromosomów X (terminalnego lub śródmiąższowego), u pacjentów z tym schorzeniem występują pierwotne lub wtórne niepowodzenia jajników i małe rozmiary. Często występuje również obrzęk limfatyczny i dysgeneza gonad.

Ogólnie rzecz biorąc, fenotyp kobiet z tą chorobą jest normalny, z wyjątkiem niskiego wzrostu. Diagnoza tego zespołu zależy zatem od badania i obecności zmiany cytogenetycznej.

Choroba ta występuje u około jednego na 3000 noworodków płci żeńskiej, mających większą częstość poronień samoistnych, to znaczy nie więcej niż 5% zarodków, które powstają w wyniku tej zmiany, udaje się w pełni rozwinąć, aż osiągną okres.

Autosomalna aneuploidia

Osoby urodzone z aneuploidiami w chromosomach autosomalnych są rzadkie. W większości przypadków, w których występuje ten typ mutacji, dochodzi do samoistnych poronień, z wyjątkiem aneuploidii małych autosomów, takich jak trisomia chromosomu 21.

Uważa się, że skoro nie ma mechanizmów kompensacji dawek genetycznych w chromosomach autosomalnych, zmiany w ich składzie są znacznie mniej tolerowane przez organizmy.

Zespół Downa

Mały rozmiar chromosomów 21 pozwala na obecność dodatkowych kopii genów, mniej szkodliwych niż w większych chromosomach. Te chromosomy mają mniej genów niż jakikolwiek inny autosom.

Zespół Downa jest najczęstszą aneuploidią autosomalną u ludzi. W Stanach Zjednoczonych około jednego na 700 urodzeń ma ten stan.

Szacuje się, że 95% przypadków jest spowodowanych brakiem dysjunkcji, co powoduje wolną trisomię 21. Pozostałe 5% jest wytwarzane przez translokację, często między chromosomami 21 i 14. Częstość występowania tego stanu zależy w dużej mierze od wieku matki w momencie poczęcia.

Ustalono, że od 85 do 90% przypadków obecność wolnej trisomii 21 jest związana ze zmianami mejotycznymi u matki. Osoby, które prezentują ten stan, charakteryzują się hipotonią, nadmierną rozciągliwością i hiporefleksją.

Ponadto mają umiarkowanie małą czaszkę, z płaską potylicą i skrzelą, nosem i małymi uszami oraz ustami z kątami skierowanymi w dół, małymi iz częstym występem języka.