Mutații cromozomiale: exemple. Tipuri de mutații cromozomiale

Mutațiile cromozomiale (altfel numite aberații, rearanjamente) sunt modificări imprevizibile ale structurii cromozomilor. Ele sunt cel mai adesea cauzate de probleme care apar în timpul diviziunii celulare. Expunerea la factorii de mediu inițiatori este o altă cauză posibilă a mutațiilor cromozomiale. Să ne dăm seama ce manifestări pot fi ale acestui tip de modificări ale structurii cromozomilor și ce consecințe au acestea asupra celulei și a întregului organism.

Mutații. Prevederi generale

În biologie, o mutație este definită ca o schimbare permanentă a structurii materialului genetic. Ce înseamnă „persistent”? Este moștenit de descendenții unui organism care are ADN mutant. Acest lucru se întâmplă după cum urmează. O celulă primește ADN greșit. Se împarte, iar două fiice îi copiază complet structura, adică conțin și material genetic alterat. Apoi există din ce în ce mai multe astfel de celule și, dacă organismul trece la reproducere, descendenții săi primesc un genotip mutant similar.

De obicei, mutațiile nu trec fără să lase urme. Unele dintre ele schimbă atât de mult corpul încât rezultatul acestor schimbări este moartea. Unele dintre ele forțează organismul să funcționeze într-un mod nou, reducându-i capacitatea de adaptare și conducând la patologii grave. Și un număr foarte mic de mutații beneficiază organismul, crescând astfel capacitatea acestuia de a se adapta la condiții mediu.

Mutațiile sunt împărțite în gene, cromozomiale și genomice. Această clasificare se bazează pe diferențele care apar în diferite structuri ale materialului genetic. Mutațiile cromozomiale, astfel, afectează structura cromozomilor, mutațiile genelor afectează secvența nucleotidelor din gene, iar mutațiile genomice fac modificări genomului întregului organism, adăugând sau scăzând un întreg set de cromozomi.

Să vorbim mai detaliat despre mutațiile cromozomiale.

Ce tipuri de rearanjamente cromozomiale pot apărea?

În funcție de modul în care sunt localizate modificările, se disting următoarele tipuri de mutații cromozomiale.

Intracromozomal - transformarea materialului genetic într-un singur cromozom.
Intercromozomiale - rearanjamente, în urma cărora doi cromozomi neomologi își schimbă secțiunile. Cromozomii neomologi conțin gene diferite și nu apar în timpul meiozei.

Fiecare dintre aceste tipuri de aberații corespunde anumitor tipuri de mutații cromozomiale.

Ștergeri

O ștergere este separarea sau pierderea oricărei părți a unui cromozom. Este ușor de ghicit că acest tip de mutație este intracromozomială.

Dacă partea exterioară a unui cromozom este separată, deleția se numește terminală. Dacă materialul genetic este pierdut mai aproape de centrul cromozomului, o astfel de ștergere se numește interstițială.

Acest tip de mutație poate afecta viabilitatea organismului. De exemplu, pierderea unei secțiuni a unui cromozom care codifică o anumită genă oferă unei persoane imunitate la virusul imunodeficienței. Această mutație adaptivă a apărut acum aproximativ 2.000 de ani, iar unii oameni cu SIDA au reușit să supraviețuiască doar pentru că au avut norocul să aibă cromozomi cu o structură alterată.

Duplicări

Un alt tip de mutație intracromozomială este duplicarea. Aceasta este copierea unei secțiuni a unui cromozom, care apare ca urmare a unei erori în timpul așa-numitei încrucișări, sau încrucișarea, în timpul diviziunii celulare.

O secțiune copiată în acest fel își poate menține poziția, se poate roti la 180° sau chiar poate fi repetată de mai multe ori, iar atunci o astfel de mutație se numește amplificare.

La plante, cantitatea de material genetic poate crește tocmai prin duplicări repetate. În acest caz, capacitatea unei specii întregi de a se adapta de obicei se schimbă, ceea ce înseamnă că astfel de mutații au o mare importanță evolutivă.

Inversiunile

Se referă și la mutațiile intracromozomiale. Inversarea este o rotație a unei anumite secțiuni a unui cromozom cu 180°.

Partea cromozomului răsturnată ca urmare a inversării poate fi pe o parte a centromerului (inversie paracentrică) sau pe părțile opuse ale acestuia (pericentric). Centromerul este așa-numita regiune a constricției primare a cromozomului.

De obicei, inversiunile nu au niciun efect asupra semne externe organism și nu conduc la patologii. Există, totuși, o presupunere că la femeile cu o inversare a unei anumite părți a cromozomului al nouălea, probabilitatea de avort spontan în timpul sarcinii crește cu 30%.

Translocări

Translocarea este mișcarea unei secțiuni a unui cromozom la altul. Aceste mutații sunt de tip intercromozomial. Există două tipuri de translocații.

Reciproc este schimbul a doi cromozomi în anumite zone.
Robertsonian - fuziunea a doi cromozomi cu un braț scurt (acrocentric). În timpul translocației Robertsonian, se pierd secțiuni scurte ale ambilor cromozomi.

Translocațiile reciproce duc la probleme legate de naștere la om. Uneori, astfel de mutații provoacă avort spontan sau duc la nașterea copiilor cu patologii congenitale de dezvoltare.

Translocațiile robertsoniene sunt destul de frecvente la om. În special, dacă are loc o translocare care implică cromozomul 21, fătul dezvoltă sindromul Down, una dintre cele mai frecvent raportate patologii congenitale.

Izocromozomi

Izocromozomii sunt cromozomi care și-au pierdut un braț, dar l-au înlocuit cu o copie exactă a celuilalt braț. Adică, în esență, un astfel de proces poate fi considerat ștergere și inversare într-o sticlă. În cazuri foarte rare, astfel de cromozomi au doi centromeri.

Izocromozomii sunt prezenți în genotipul femeilor care suferă de sindromul Shereshevsky-Turner.

Toate tipurile de mutații cromozomiale descrise mai sus sunt inerente diferitelor organisme vii, inclusiv oamenilor. Cum se manifestă ele?

Mutații cromozomiale. Exemple

Mutațiile pot apărea în cromozomii sexuali și în autozomi (toți ceilalți cromozomi perechi ai celulei). Dacă mutageneza afectează cromozomii sexuali, consecințele pentru organism sunt de obicei severe. Apar patologii congenitale care afectează dezvoltarea mentală a individului și sunt de obicei exprimate în modificări ale fenotipului. Adică, organismele mutante în exterior diferă de cele normale.

Mutațiile genomice și cromozomiale apar mai frecvent la plante. Cu toate acestea, ele se găsesc atât la animale, cât și la oameni. Mutațiile cromozomiale, exemple din care vom analiza mai jos, se manifestă prin apariția unor patologii ereditare severe. Acestea sunt sindromul Wolf-Hirschhorn, sindromul „plânge pisica”, boala trisomie parțială pe brațul scurt al cromozomului 9, precum și altele.

Sindromul strigătului pisicii

Această boală a fost descoperită în 1963. Apare din cauza monosomiei parțiale pe brațul scurt al cromozomului 5, cauzată de o deleție. Unul din 45.000 de copii se naște cu acest sindrom.

De ce a primit această boală un astfel de nume? Copiii care suferă de această boală au un strigăt caracteristic care seamănă cu miaunatul unei pisici.

Când brațul scurt al celui de-al cincilea cromozom este șters, diferite părți ale acestuia pot fi pierdute. Manifestările clinice ale bolii depind direct de genele care au fost pierdute în timpul acestei mutații.

Structura laringelui se modifică la toți pacienții, ceea ce înseamnă că „plânsul pisicii” este caracteristic tuturor, fără excepție. Majoritatea persoanelor care suferă de acest sindrom experimentează o schimbare în structura craniului: o scădere a regiunii creierului, o față în formă de lună. În cazul sindromului „plânge pisica”, urechile sunt de obicei situate jos. Uneori, pacienții au patologii congenitale ale inimii sau ale altor organe. O trăsătură caracteristică retardul mintal devine de asemenea.

De obicei, pacienții cu acest sindrom mor în copilărie, doar 10% dintre ei supraviețuiesc până la vârsta de zece ani. Cu toate acestea, au existat și cazuri de longevitate cu sindromul „strigătul pisicii” - până la 50 de ani.

Sindromul Wolf-Hirschhorn

Acest sindrom este mult mai puțin frecvent - 1 caz la 100.000 de nașteri. Este cauzată de ștergerea unuia dintre segmentele brațului scurt al celui de-al patrulea cromozom.

Manifestările acestei boli sunt variate: întârzierea dezvoltării sferei fizice și psihice, microcefalie, nas caracteristic în formă de cioc, strabism, despicătură de palat sau buza superioară, gură mică, defecte ale organelor interne.

Ca multe alte mutații cromozomiale umane, boala Wolf-Hirschhorn este clasificată ca semi-letală. Aceasta înseamnă că viabilitatea organismului cu o astfel de boală este redusă semnificativ. Copiii diagnosticați cu sindrom Wolf-Hirschhorn nu trăiesc de obicei peste 1 an, dar a existat un caz în care pacientul a trăit timp de 26 de ani.

Sindromul de trisomie parțială pe brațul scurt al cromozomului 9

Această boală apare din cauza dublărilor dezechilibrate în cromozomul al nouălea, în urma cărora există mai mult material genetic pe acest cromozom. În total, sunt cunoscute peste 200 de cazuri de astfel de mutații la om.

Tabloul clinic descrise prin întârzierea dezvoltării fizice, întârzierea mintală ușoară și o expresie facială caracteristică. Defectele cardiace se găsesc la un sfert din toți pacienții.

Cu sindromul de trisomie parțială al brațului scurt al cromozomului 9, prognosticul este încă relativ favorabil: majoritatea pacienților supraviețuiesc până la bătrânețe.

Alte sindroame

Uneori, mutațiile cromozomiale apar chiar și în secțiuni foarte mici de ADN. Bolile în astfel de cazuri sunt de obicei cauzate de duplicări sau deleții și sunt numite microduplicari sau, respectiv, microdeleții.

Cel mai frecvent astfel de sindrom este boala Prader-Willi. Apare din cauza microdeleției unei secțiuni a cromozomului 15. Interesant, acest cromozom trebuie să fie primit de organism de la tată. Ca urmare a microdelețiilor, sunt afectate 12 gene. Pacienții cu acest sindrom au retard mental, obezitate și, de obicei, au picioare și mâini mici.

Un alt exemplu de astfel de boli cromozomiale este sindromul Sotos. O microdeleție are loc pe brațul lung al cromozomului 5. Tabloul clinic al acestei boli ereditare se caracterizează prin creștere rapidă, creșterea dimensiunii mâinilor și picioarelor, prezența unei frunți convexe și o anumită întârziere mentală. Incidența acestui sindrom nu a fost stabilită.

Mutațiile cromozomiale, mai exact, microdelețiile din zonele cromozomilor 13 și 15, cauzează tumora Wilms și respectiv retinblastom. Tumora Wilms este un cancer de rinichi care apare în principal la copii. Retinoblastomul este o tumoare malignă a retinei care apare și la copii. Aceste boli sunt tratabile dacă sunt diagnosticate în stadiile incipiente. În unele cazuri, medicii recurg la intervenție chirurgicală.

Medicina modernă elimină multe boli, dar nu este încă posibilă vindecarea sau cel puțin prevenirea mutațiilor cromozomiale. Ele pot fi identificate doar la început dezvoltarea intrauterina făt Cu toate acestea inginerie genetică nu sta pe loc. Poate că în curând va fi găsită o modalitate de a preveni bolile cauzate de mutațiile cromozomiale.

Aberațiile cromozomiale înseamnă modificări ale structurii cromozomilor cauzate de ruperile acestora, urmate de redistribuirea, pierderea sau duplicarea materialului genetic. Ele reflectă diferite tipuri de anomalii cromozomiale.
La om, printre cele mai frecvente aberații cromozomiale, manifestate prin dezvoltarea patologiei profunde, se numără anomaliile legate de numărul și structura cromozomilor. Anomaliile în numărul de cromozomi pot fi exprimate prin absența unuia dintr-o pereche de cromozomi omologi ( monosomie ) sau apariția unui al treilea cromozom suplimentar ( trisomie ). Numărul total de cromozomi din cariotip în aceste cazuri diferă de numărul modal și este egal cu 45 sau 47. Poliploidie Şi aneuploidie sunt mai puţin importante pentru dezvoltarea sindroamelor cromozomiale. Încălcări ale structurii cromozomilor cu un număr general normal în cariotip includ diverse tipuri„defecțiunile” lor:
-translocare (schimb de segmente între doi cromozomi neomologi) - în figură există o translocare între cromozomii 8 și 11 (și monosomie pe cromozomul 15),

-ştergere(pierderea unei părți a unui cromozom), în figură există o ștergere a unei părți a brațului lung al cromozomului al 9-lea (și translocarea de-a lungul cromozomilor 1 și 3)

-fragmentareda ,
-cromozomi inel etc. - în figură, cromozomul inel 14 (denumit r14) și varianta sa normală.

Aberațiile cromozomiale, perturbând echilibrul factorilor ereditari, sunt cauza diferitelor abateri în structura și funcționarea organismului, manifestate în așa-numitele boli cromozomiale.

Aberațiile cromozomiale sunt defecțiuni ale cromozomilor atunci când, dintr-un anumit motiv, o mare parte a unui cromozom dispare sau este adăugată și/sau numărul normal de cromozomi se modifică.

Metode de determinare

Pentru a identifica prezența aberațiilor cromozomiale la o persoană, acestea efectuează cariotiparea - procedura de determinare a cariotipului. Se efectuează pe celulele aflate în metafază de mitoză, deoarece sunt spiralate și vizibile clar. Pentru a determina cariotipul uman, se folosesc leucocite mononucleare extrase dintr-o probă de sânge. Celulele rezultate în stadiul de metafază sunt fixate, colorate și fotografiate la microscop; din setul de fotografii rezultate se formează așa-numitele fotografii. un cariotip sistematic este un set numerotat de perechi de cromozomi omologi (autozomi), imaginile cromozomilor sunt orientate vertical cu bratele scurte in sus, sunt numerotate in ordinea descrescatoare a marimii, o pereche de cromozomi sexuali este plasata la capatul setului.

Din punct de vedere istoric, primele cariotipuri nedetaliate, care au făcut posibilă clasificarea în funcție de morfologia cromozomilor, au obținut variante alelice ale genelor). Prima metodă de colorare a cromozomilor pentru a produce imagini atât de detaliate a fost dezvoltată de citologul suedez Kaspersson (colorare Q). Se folosesc și alți coloranți, s-au obținut astfel de tehnici nume comun colorarea diferențială a cromozomilor:
-colorarea Q - Colorație Kaspersson cu muștar chinină cu examinare la microscop fluorescent. Cel mai adesea folosit pentru studiul cromozomilor Y (determinarea rapidă a sexului genetic, detectarea translocațiilor între cromozomii X și Y sau între cromozomii Y și autozomi, screeningul mozaicismului care implică cromozomii Y)
-G-colorare - colorare Romanovsky-Giemsa modificată. Sensibilitatea este mai mare decât cea a colorării Q, prin urmare este utilizată ca metodă standard pentru analiza citogenetică. Folosit pentru identificarea aberațiilor mici și a cromozomilor marker (segmentați diferit față de cromozomii omologi normali)
-colorarea R Se folosesc e - portocaliu de acridină și coloranți similari, iar zonele cromozomilor care sunt insensibile la colorarea G sunt colorate. Folosit pentru a identifica detaliile regiunilor omoloage G sau Q negative ale cromatidelor surori sau ale cromozomilor omologi.
-colorarea C - utilizat pentru analiza regiunilor centromerice ale cromozomilor care conțin heterocromatina constitutivă și partea distală variabilă a cromozomului Y.
-colorarea T - folosit pentru a analiza regiunile telomerice ale cromozomilor În figură, cromozomii sunt albaștri, telomerii sunt albi.

ÎN în ultima vreme se foloseşte aşa-numita tehnică. cariotiparea spectrală , care constă în colorarea cromozomilor cu un set de coloranți fluorescenți care se leagă de anumite regiuni ale cromozomilor (FISH). Ca urmare a unei astfel de colorări, perechile omoloage de cromozomi dobândesc caracteristici spectrale identice, ceea ce nu numai că facilitează foarte mult identificarea unor astfel de perechi, dar facilitează și detectarea translocațiilor intercromozomiale, adică mișcările secțiunilor între cromozomi - regiunile translocate au un spectru care diferă de spectrul restului cromozomului.
placa a-metafazata

b-aranjare în perechi de cromozomi

Compararea complexelor de semne încrucișate în cariotipuri clasice sau zone cu caracteristici spectrale specifice face posibilă identificarea atât a cromozomilor omologi, cât și a secțiunilor lor individuale, ceea ce face posibilă determinarea în detaliu a aberațiilor cromozomiale - rearanjamente intra și intercromozomiale, însoțite de o încălcare a ordinea fragmentelor de cromozomi (deleții, duplicări, inversiuni, translocare). O astfel de analiză este de mare importanță în practica medicală, făcând posibilă diagnosticarea unui număr de boli cromozomiale cauzate atât de încălcări grave ale cariotipurilor (încălcarea numărului de cromozomi), cât și de încălcarea structurii cromozomiale sau multiplicitatea cariotipurilor celulare în corp (mozaicism).

Boli cromozomiale

Acesta este un grup de boli, a căror dezvoltare se bazează pe tulburări ale numărului sau structurii cromozomilor care apar în gameții părinților sau în stadiile incipiente ale fragmentării zigotului (oul fertilizat). Istoria studiului bolilor cromozomiale datează de la studiile clinice efectuate cu mult înainte de descrierea cromozomilor umani și de descoperirea anomaliilor cromozomiale. Boli cromozomiale - boala Down, sindroame: Turner, Klinefelter, Patau, Edwards.
Cea mai frecventă boală, trisomia 21, a fost descrisă clinic în 1866 de medicul pediatru englez L. Down. Această boală poartă numele lui - sindromul Down (sau boala). Ulterior, cauza sindromului a fost supusă în mod repetat analizei genetice. S-au făcut sugestii despre o mutație dominantă, o infecție congenitală sau o natură cromozomială.

Prima descriere clinică a sindromului de monosomie X-cromozom ca formă separată a bolii a fost făcută de clinicianul rus N.A. Shereshevsky în 1925, în 1938, G. Turner a descris și acest sindrom. După numele acestor oameni de știință, monosomia de pe cromozomul X se numește sindromul Shereshevsky-Turner. În literatura străină, numele de sindrom Turner este folosit în principal, deși nimeni nu contestă descoperirea lui N.A. Shereshevsky. Anomaliile cromozomiale cauzează adesea avort spontan, malformații congenitale, retard mental și tumori.

Anomaliile din sistemul cromozomilor sexuali la bărbați (trisomia-XXY) au fost descrise pentru prima dată ca un sindrom clinic de G. Klinefelter în 1942.

Aceste trei forme au făcut obiectul primelor studii clinice citogenetice efectuate în 1959. Descifrarea etiologiei sindroamelor Down, Shereshevsky-Turner și Klinefelter a deschis un nou capitol în medicină - bolile cromozomiale. În anii 60, datorită desfășurării pe scară largă a studiilor citogenetice în clinică, citogenetica clinică a fost pe deplin dezvoltată. S-a arătat rolul mutațiilor cromozomiale și genomice în patologia umană, a fost descifrată etiologia cromozomială a multor sindroame de malformații congenitale și a fost determinată frecvența bolilor cromozomiale în rândul nou-născuților și a avorturilor spontane. Odată cu studiul bolilor cromozomiale ca afecțiuni congenitale, au început cercetări citogenetice intensive în oncologie, în special în leucemie. Rolul modificărilor cromozomiale în creșterea tumorii s-a dovedit a fi foarte semnificativ.

Odată cu dezvoltarea metodei autoradiografiei, a devenit posibilă identificarea unor cromozomi individuali, care au contribuit la descoperirea unui grup de boli asociate cu rearanjamentele structurale ale cromozomilor. Dezvoltarea intensivă a studiului bolilor cromozomiale a început în anii 70 ai secolului XX, după dezvoltarea metodelor de colorare diferențială a cromozomilor.

Clasificarea bolilor cromozomiale se bazează pe tipurile de mutații cromozomiale implicate. Mutațiile în celulele germinale duc la dezvoltarea unor forme complete de boli, în care toate celulele corpului au aceeași anomalie cromozomială.

În prezent, au fost descrise 2 variante de încălcări ale numărului de seturi de cromozomi - tetraploidie (4 seturi de cromozomi în loc de 2 în mod normal) și triploidie (3 seturi de cromozomi în loc de 2 este normal). Un alt grup de sindroame este cauzat de încălcări ale numărului de cromozomi individuali - trisomii (când există un cromozom suplimentar în setul diploid) sau monosomie (unul dintre cromozomi lipsește). Monosomiile autozomale sunt incompatibile cu viața . Trisomia este o patologie mai frecventă la om. O serie de boli cromozomiale sunt asociate cu o încălcare a numărului de cromozomi sexuali.

Cel mai mare grup de boli cromozomiale sunt sindroamele cauzate de rearanjamentele structurale ale cromozomilor. Există așa-numitele sindroame cromozomiale monosomie parțială (creșterea sau scăderea numărului de cromozomi individuali nu de întregul cromozom, ci de o parte a acestuia). Datorită faptului că majoritatea covârșitoare a anomaliilor cromozomiale aparțin categoriei mutațiilor letale, 2 indicatori sunt utilizați pentru a le caracteriza parametrii cantitativi - frecvența de propagare Şi frecvența de apariție .

S-a constatat că aproximativ 170 din 1000 de embrioni și fetuși mor înainte de naștere, dintre care aproximativ 40% se datorează influenței anomaliilor cromozomiale. Cu toate acestea, o proporție semnificativă de mutanți (purtători de anomalii cromozomiale) scapă de efectele selecției intrauterine. Dar unii dintre ei mor devreme, înainte de a ajunge la pubertate. Pacienții cu anomalii ale cromozomilor sexuali din cauza tulburărilor de dezvoltare sexuală, de regulă, nu lasă urmași. Rezultă că toate anomaliile pot fi atribuite mutațiilor. S-a demonstrat că, în general, mutațiile cromozomiale dispar aproape complet din populație după 15 - 17 generații.

Pentru toate formele de boli cromozomiale, o caracteristică comună este multiplicitatea tulburărilor (malformații congenitale). Manifestările frecvente ale bolilor cromozomiale sunt : întârzierea dezvoltării fizice și psihomotorii, întârzierea mintală, anomalii musculo-scheletice, defecte ale sistemului cardiovascular, genito-urinar, nervos și al altor sisteme, abateri ale stării hormonale, biochimice și imunologice etc.

Gradul de afectare a organelor în bolile cromozomiale depinde de mulți factori - tipul de anomalie cromozomială, materialul lipsă sau în exces al unui cromozom individual, genotipul organismului și condițiile de mediu în care se dezvoltă organismul.

Tratamentul etiologic pentru acest tip de boală nu a fost încă dezvoltat.

Rolul în procesul de îmbătrânire

Îmbătrânirea poate fi definită ca fiind probabilitatea crescândă de a dezvolta boli degenerative (cancer, boli autoimune, patologie cardiovasculară etc.) și deces. Viteza procesului este determinată atât de programul genetic individual, cât și de factorii de mediu care acționează asupra organismului în timpul vieții. Multă muncă a fost dedicată studiului parametrilor biologici dependenți de vârstă și căutării celor care joacă un rol cheie în îmbătrânire și, în consecință, au fost formulate multe ipoteze. Ipoteza care consideră mutațiile spontane în celulele somatice drept cauză a îmbătrânirii pare conceptual cea mai logică.Într-adevăr, ADN-ul determină toate funcțiile celulare de bază, este sensibil la acțiunea diferiților factori fizici și chimici, iar modificările sale sunt transmise celulelor fiice. În plus, această ipoteză este confirmată de o serie de fapte clinice și experimentale.

În primul rând , la om există sindroame ereditare de îmbătrânire prematură cauzate de diverse defecte în repararea ADN-ului.

În al doilea rând , radiatii ionizante, precum și factorii de modificare a ADN-ului, de exemplu, 5-bromodeoxiuridina, accelerează procesul de îmbătrânire la animalele de experiment. În același timp, tulburările moleculare, citologice și citogenetice din timpul îmbătrânirii naturale și induse de radiații sunt similare.

În al treilea rând , există un anumit paralelism între efectele de la distanță somatice (adică, care apar direct în organismele iradiate) și genetice (adică, observate la descendenții părinților iradiați) ale radiațiilor. Aceasta este o creștere risc carcinogen, instabilitatea genomului, deteriorarea stării fiziologice generale. Spre deosebire de organismele iradiate în sine, descendenții lor sunt lipsiți de urme de expunere directă la radiații, dar la fel ca indivizii iradiați, ei poartă în celulele lor somatice daune genetice induse transmise prin celulele germinale ale părinților.

In sfarsit , la studierea diferitelor tulburări citogenetice, mutaționale și genetice moleculare, în majoritatea cazurilor s-a constatat că frecvența acestora crește odată cu vârsta. Aceasta se referea la aberații cromozomiale, micronuclei, aneuploidie, pierderea repetărilor telomerice, mutații în locusul glicoforinei, mutații de rezistență la 6-tioguanină, rupturi de ADN etc. Aberațiile cromozomiale structurale sunt un tip de tulburare genetică care contribuie, fără îndoială, la procesul de îmbătrânire multifactorială. Aberațiile cromozomiale instabile - dicentrice, inele, fragmente - duc la moartea celulelor, cele stabile - translocațiile, inserțiile, după cum se știe, însoțesc oncogeneza și pot afecta și funcțiile vitale ale celulelor.

Creșterea frecvenței mutațiilor structurale sub influența diverșilor factori nocivi (radiații, compuși chimici) evidențiați în numeroase studii ne permite să le considerăm una dintre posibilele cauze ale deteriorării sănătății umane în condiții nefavorabile mediului.. (Vorobtsova și colab., 1999)

Sindroame de îmbătrânire prematură

Sindroamele care implică îmbătrânirea prematură a pielii sunt modele excelente pentru înțelegerea îmbătrânirii normale a pielii și a procesului de îmbătrânire în general. În prezent, se desfășoară o varietate de studii asupra acestor sindroame, inclusiv studii genetice și biochimice. Un articol recent al oamenilor de știință francezi Dereure O, Marque M și Guillot B de la Montpellier „Sindroame de îmbătrânire prematură: de la fenotip la genă” este dedicat acestor studii. O nouă clasificare a acestor sindroame este în curs de dezvoltare, bazată pe mecanismele biochimice ale patogenezei:
- sindroame cu/fără defecte ale laminei A (progerie)
- sindroame asociate cu defecte de reparare (sindrom Cockayne)
- sindroame asociate instabilitatii cromozomiale, cel mai adesea datorate defectelor de helicaza (sindroame Werner si Rothmund-Thomson, ataxie-telangiectazie)
Diagnosticul acestor sindroame se bazează cel mai adesea pe manifestări clinice, iar cele mai izbitoare dintre aceste semne sunt asociate cu îmbătrânirea pielii. Oamenii de știință cred că cercetarea genetică ar trebui efectuată la o scară mai mare. Studiul acestor sindroame, inclusiv a celor cauzate de aberații cromozomiale, va face lumină asupra mecanismelor de îmbătrânire la oamenii normali, deoarece Progeria și sindroamele similare imită într-o oarecare măsură îmbătrânirea normală.

Leucemie și pierderea cromozomului Y

Oamenii de știință conduși de Rona Schreck () și Stephen Lee () de la celebrul Centru Medical Cedars-Sinai din Los Angeles au efectuat un studiu asupra fenomenului de pierdere a cromozomilor Y în celulele leucemice. Asocierea clinică dintre pierderea cromozomului Y și leucemia mieloidă acută și sindromul mielodisplazic (AML/MDS) este dezbătută în comunitatea științifică deoarece ambele sunt asociate cu îmbătrânirea. Publicațiile anterioare au sugerat că pierderea cromozomului Y în 75% din celule indică clonalitatea acestui fenomen și este un marker al bolii hematologice. Oamenii de știință au analizat rezultatele unui sondaj pe 2896 de pacienți de sex masculin observați din 1996 până în 2007. S-a studiat corelația dintre numărul (în procente) de celule fără cromozom Y și vârsta pacienților. Pierderea cromozomilor a fost găsită la 142 de persoane. Dintre acestea, 16 persoane au avut boli mieloide, 2 cazuri de LMA și 14 cazuri de SMD. S-au tras concluzii că pierderea cromozomului Y este predominant un fenomen legat de vârstă, care este corelat statistic semnificativ cu cazurile de AML/MDS , ceea ce înseamnă că un defect în orice celulă de măduvă osoasă care se divide poate duce la AML/MDS.

Fagocitoza celulelor cu aberații — protecție împotriva cancerului?

Vorbim mult despre distrugerea celulelor pentru că... cromozomii sunt deteriorați. Dar apare întrebarea: reacționează organismul la celulele deteriorate? Dacă da, cum? Și care este semnificația unor astfel de procese? Poate că în curând vor fi găsite răspunsuri exacte la aceste și alte întrebări.

Recent, a fost publicat un articol al unui tânăr om de știință Vasily Manskikh, care de ceva timp a făcut zgomot în cercurile științifice de la Moscova. Acest articol este intitulat „Ipoteza: fagocitoza celulelor aberante protejează vertebratele cu viață lungă de tumori”. Posibilele mecanisme de protecție împotriva carcinogenezei și formării spontane de tumori la vertebratele cu viață lungă sunt în prezent discutate de comunitatea științifică. Se crede că aceste mecanisme implică fagocitoza și eliminarea (adică îndepărtarea) celulelor deteriorate, inclusiv căile dependente și dependente de ADN-Protein Kinază, precum și liganzii pentru receptorii Scavenger și receptorii Toll-like. Confirmarea experimentală a acestei ipoteze este în curs de dezvoltare.

Aneuploidie în leucocite ale centenarilor

Acum practic nu există nicio îndoială că numărul de celule cu aberații cromozomiale crește odată cu vârsta. Problema aneuploidiei la centenarii (peste 80 de ani) a devenit subiect de cercetare a oamenilor de știință georgieni conduși de Lezhava. Ei au analizat cantitativ rearanjamentele cromozomiale și relația dintre aneuploidia „indusă” și „naturală” la persoanele cu vârsta cuprinsă între 80 și 114 ani folosind cariotiparea. Am studiat 1136 de cariotipuri din 40 de culturi de limfocite crescute din limfocite a 40 de donatori (26 bărbați și 14 femei). 964 de cariotipuri de la 48 de donatori sănătoși cu vârsta cuprinsă între 20 și 48 de ani au fost utilizate ca martori. Studiile au arătat că aneuploidia naturală este mai frecventă la femei, iar aneuploidia indusă este mai frecventă la bărbați. Problema aneuploidiei naturale la bărbați rămâne neclară. Nu putem decât să sperăm că oamenii de știință vor continua să lucreze în această direcție interesantă.

Pași pe drumul către cancer

Un studiu recent folosind secvențierea a constatat, de asemenea, că au existat 1.700 de mutații silențioase ale genelor care duc la cancer de sân sau colorectal, în doar 11 mostre de cancer de sân și 11 mostre de cancer colorectal. Aceasta a dovedit că instabilitatea genomică este un semn al celulelor canceroase . Mulți oameni de știință din întreaga lume studiază această problemă, inclusiv Reinhard Stindl de la Departamentul de Biologie Moleculară și Celulară de la Universitatea din Berkeley, care este subiectul articolului său „Pași pe calea cancerului”.
Diversitatea modificărilor genomice nu se supune legii „corelației genotip-fenotip”, deoarece probe tumorale diferite aparținând aceluiași tip histologic prezintă mutații și aberații cromozomiale diferite la fiecare pacient. Stindl propune un model în cascadă de carcinogeneză . Să luăm în considerare.
1) Regenerarea tisulară depinde de proliferarea și activarea secvențială a celulelor stem. Eroziunea replicativă a telomerilor (adică scurtarea lor cu fiecare diviziune) limitează durata de viață a adultului și se manifestă în (M1).
2) În plus, pierderea locală de țesut sau bătrânețe poate provoca activarea celulelor stem cu defecte M1.
3) Proliferarea prelungită a acestor celule duce la instabilitate genomică și aberații cromozomiale (aneuploidie).
Unii dintre pașii de mai sus au fost deja descriși în literatură. Dar Spre deosebire de teoriile generale, această teorie oferă o explicație pentru modul în care daunele genomice se manifestă la nivel epigenetic. Ca urmare a aneuploidiei, multe gene nu pot fi activate prin modificarea modelului de metilare. De aceea, fenotipul țesutului canceros este determinat de „oprirea” epigenetică a celulelor stem tisulare, care le oferă posibilitatea de a prolifera, invada șimetastaze. Acest nou model combină factori genetici și epigenetici într-o cascadă pentru a explica diversitatea daunelor genomice găsite în celulele canceroase.

În concluzie

După cum am aflat studiind materialul despre aberațiile cromozomiale, în acest moment există, fără îndoială, una aberațiile romozomiale (adică instabilitatea genomică) duc la îmbătrânire și boli asociate vârstei . Dar aberațiile cromozomiale sunt, de asemenea, un semn precis al îmbătrânirii celulelor și organismelor, așa că întrebarea dacă îmbătrânirea sau aberațiile sunt primare rămâne deschisă. Deși pentru bolile legate de vârstă s-a stabilit că cauza lor poate fi instabilitatea genomică.
Acest subiect este cu siguranță interesant și important pentru găsirea unui remediu pentru îmbătrânire. În plus, există un „model natural” al relației dintre aberațiile cromozomiale și îmbătrânire - copiii cu progerie. Observarea și studiul acestor bebeluși va permite nu numai să găsească remedii pentru bolile lor teribile, ci și remedii pentru îmbătrânire, deoarece Progeria și bolile similare, așa cum sa menționat mai sus, sunt, într-o oarecare măsură, modele de îmbătrânire naturală.
O altă direcție ar putea fi studiul centenarilor, similar muncii oamenilor de știință georgieni, despre care am discutat mai sus. Dar această lucrare trebuie să fie profundă, oamenii de știință din întreaga lume trebuie să participe la ea și trebuie să fie studiați reprezentanții nu doar ai unei singure populații, ci ai multor. Compararea rezultatelor între populații și o analiză cuprinzătoare a aspectelor genetice și epigenetice ale instabilității genomice vor fi, de asemenea, importante.
Aceste studii vor ajuta cu siguranță în lupta împotriva îmbătrânirii și, de asemenea, vor da speranță miilor de pacienți cu cancer care sunt rezultatul aberațiilor cromozomiale.

Mutațiile cromozomiale sunt asociate cu rearanjarea cromozomilor și perturbarea structurii acestora care apar în timpul diviziunii celulare sau ca urmare a influențelor fizice. Descoperirea rearanjamentelor cromozomiale a adus în mâinile cercetătorilor noua metoda analiza genotipului și studiul localizării genelor pe cromozom. Rearanjamentele cromozomiale joacă un rol important în evoluția genotipului, reprezentând un mecanism de recombinare a genelor atât în interiorul unui cromozom, cât și între cromozomii neomologi; ele asigură recombinare suplimentară în genotip.

Deși cromozomii sunt capabili să-și refacă structura, uneori astfel de tulburări persistă și dau naștere la noi celule și organisme cu rearanjamente cromozomiale, numite rearanjamente cromozomiale. aberatii .

Din punct de vedere citologic, aberațiile se împart în cromozomiale Şi cromatidă . Aceasta depinde de momentul în care apar rearanjamentele - înainte sau după replicarea cromozomilor. În funcție de natura restructurării care are loc, există interior- Şi intercromozomiale aberații (Fig. 43).

Rearanjamentele intracromozomiale se împart în sfidare sau pune capăt penuriei; stergeri - pierderea părților medii ale cromozomului, dublari , sau dublarea (înmulțirea) a unei părți a unui cromozom; inversiuni – modificări ale alternanței genelor dintr-un cromozom datorită rotației unei secțiuni de cromozom cu 180°. Rearanjamentele intercromozomiale includ translocatii - deplasarea unei părți dintr-un cromozom la altul, nu omoloage acestuia.

Orez. 43. Rearanjamente cromozomiale

O poziție specială este ocupată de transpoziții și inserții - modificări în localizarea unor secțiuni mici de material genetic, inclusiv una sau mai multe gene. Transpozițiile pot avea loc atât între cromozomi neomologi, cât și în cadrul aceluiași cromozom. Prin urmare, transpozițiile ocupă o poziție intermediară între rearanjamentele intra și intercromozomiale.

Ștergeri și deficiențe. Aceste rearanjamente cromozomiale sunt clasificate ca deficiențe. Din cauza deficiențelor, cromozomii sunt scurtați și absența fizică a unei secțiuni a unuia dintre omologi duce la o stare hemizigotă a genelor situate în omologul normal. Dacă alelele dominante ale unuia dintre omologii heterozigotului se pierd, atunci se observă manifestarea fenotipică a alelelor recesive ale cromozomului neafectate de aberație. Deficiențele care apar ca urmare a două pauze simultane în mijlocul cromozomului și eliminarea unei secțiuni interne se numesc ștergeri. Pauzele sunt conectate și cromozomul devine mai scurt.

Citologic, delețiile pot fi identificate prin apariția unei bucle în timpul conjugării cromozomilor omologi în meioză. Delețiile fac posibilă determinarea poziției exacte a genelor studiate pe hărțile cromozomiale.

Dacă apare o rupere la unul dintre brațele cromozomului și se pierde secțiunea terminală, atunci astfel de deficiențe sunt clasificate ca Terminal (terminal) sau definiție. Rupele apar uneori simultan în două brațe ale unui cromozom, în urma cărora ambele capete sunt eliminate. În acest caz, capetele deschise se pot uni, formând un cromozom în formă de inel în mitoză (Fig. 44).

Orez. 44. Tipuri de deficit de cromozomi:

1 - lipsa terminalului;

2 - două deficiențe terminale care conduc la formarea unui inel;

3 - deficit intracromozomial.

Lipsurile pot fi mari sau mici. Delețiile mici includ așa-numitele microdeleții, care pot fi detectate doar prin studierea cromozomilor giganți. Microdelețiile imită mutațiile genetice în efectul lor fenotipic, dar diferă de ele doar prin absența efectului de mutație inversă. Deficiențele mari sunt de obicei letale în starea homozigotă, deoarece perturbă echilibrul genelor. Numai heterozigoții pentru deficiențe pot fi viabili. În acest caz, deficiențele apar ca gene dominante.

Metoda colorării cromozomiale diferențiale deschide oportunități mari pentru identificarea delețiilor, deficiențelor și a altor rearanjamente cromozomiale. Unii coloranți colorează diferențial diferite regiuni ale cromozomilor. Din acest motiv, cromozomii capătă striații încrucișate caracteristice. Această metodă este utilizată pentru a determina rearanjamentele cromozomiale pe cromozomii de metafază.

Duplicări . Această rearanjare este asociată cu o repetare dublă a aceleiași secțiuni de cromozom. Există cazuri cunoscute de repetiții multiple, sau animații, ale oricărei secțiuni. Se mai numesc si amplificari. Dublările pot apărea în cadrul aceluiași cromozom sau pot fi însoțite de transferul unei copii a unei bucăți de material genetic pe alt cromozom (transpoziție). Repetările care apar pe un cromozom pot fi localizate în tandem ( ABCBCDE...) sau inversat ( ABCBDE…). Repetările terminale se disting, de asemenea, dacă duplicarea afectează sfârșitul cromozomului.

Multe duplicări și ștergeri apar din cauza încrucișării inegale. Când secvențe similare de ADN apar în regiunile vecine ale unui cromozom, conjugarea omologilor poate avea loc incorect. Încrucișarea unor astfel de regiuni cromozomiale conjugate incorect duce la formarea gameților cu duplicare sau ștergere.

Citologic, heterozigoții pentru duplicari sunt detectați în mod similar cu heterozigoții pentru deleții - se formează o buclă în timpul conjugării cromozomilor. Dublările nu au de obicei același impact negativ asupra viabilității ca ștergerile și deficiențele. Elemente similare sunt adesea repetate în genomul diferitelor organisme.

Dublările joacă un rol semnificativ în evoluția genomului, deoarece creează secțiuni suplimentare de material genetic, a cărui funcție poate fi schimbată ca urmare a mutațiilor și a selecției naturale ulterioare.

Inversiunile. Inversarea este o rotație de 180° a secțiunilor individuale ale unui cromozom, în timp ce numărul de gene de pe cromozom nu se modifică. Dacă este desemnată secvența de gene din cromozomul original ABCDE, iar zona a suferit o inversare BCD, apoi pe noul cromozom genele vor fi localizate în secvență ADCBE.

În raport cu centromerul, inversiunile sunt împărțite în pericentric , captând centromerul și incluzându-l în secțiunea inversată și paracentric , care nu includ centromerul în regiunea inversată. La organismele homozigote pentru inversarea cromozomială, secvența legăturii genelor se modifică. Homozigot pentru inversare ADCBE gena O strâns legată de genă D, nu cu ÎN, ca în cromozomul original ABCDE, și gena E legat de ÎN, nu cu D.

Inversiunile este o cale larg răspândită de transformare evolutivă a materialului genetic. De exemplu, oamenii și cimpanzeii diferă în ceea ce privește numărul de cromozomi: oamenii au 2n=46, iar cimpanzeii au 2n=48. La om, cromozomul 2 conține cea mai mare parte a materialului omolog cu perechea suplimentară de cromozomi a cimpanzeului. În plus, diferențele se referă la patru cromozomi: al 4-lea, al 5-lea, al 12-lea și al 17-lea, în care au avut loc inversiuni pericentrice. La om, cromozomul 17 este acrocentric, în timp ce același cromozom la cimpanzei este metacentric.

La heterozigoți bazați pe inversiuni, preparatele citologice prezintă caracteristici bucle - rezultatul conjugării unui cromozom alterat și normal. În acest caz, genele se potrivesc foarte strâns unele cu altele. În consecință, există o atracție reciprocă de forță enormă între locii cromozomiali omologi.

Inversiunile au semnificație evolutivă. Unele specii strâns înrudite se caracterizează prin prezența inversiilor în cromozomi. Astfel, în natură s-a stabilit că au existat două rase din aceeași specie de Drosophila care nu s-au încrucișat, iar cauza infertilității a fost o inversare specifică în fiecare dintre ele. Neîncrucișarea unor astfel de rase este, în esență, începutul divergenţă specii, deoarece mutațiile care apar într-o rasă nu pot fi transmise altuia; de aceea, evolutia lor trebuie sa ia cai diferite.

Translocări. Translocarea este un schimb reciproc de secțiuni de cromozomi neomologi. Ele se referă la rearanjamente intercromozomiale care modifică grupurile de legătură ale genelor. Dacă înfățișăm secvența genelor din cromozomii originali ca ABCDEFŞi KLMNO, atunci în cromozomii translocați secvențele genelor pot fi, de exemplu, ABCDNOŞi KLMEF. La homozigoți pentru aceste translocații, în comparație cu cromozomii originali, natura legăturii se modifică: genele care nu au fost legate în cromozomii originali devin legate și invers. Da, genele NU se trezesc legati de ABCDși încetează să fie asociate cu KLM. La un heterozigot pentru o translocare, genele aparținând unor cromozomi diferiți, neomologi sunt moștenite ca aparținând aceluiași grup de legătură. Acest lucru se explică prin faptul că numai acei spori (gameți) care poartă combinații parentale de cromozomi sunt pe deplin funcționali.

Caracter conjugare cromozomii translocați se modifică: se formează o formă de cruce. Conjugarea densă în apropierea punctelor de întrerupere este împiedicată, ceea ce duce la suprimarea trecerii în aceste zone.

Pe preparatele citologice, heterozigoții în profază de meioză formează cvadrivalenți, și nu bivalenți, ca de obicei, deoarece regiunile omoloage apar pe toți cei patru cromozomi. Când chiasma alunecă de la centromeri la capetele cromozomilor, crucea se transformă într-un inel. Uneori, cromozomii inelului se răstoarnă și formează forme în formă de opt. Dintre cele șase tipuri posibile de gameți haploizi, doar două funcționează în mod normal - cei care primesc seturi complete de gene caracteristice formelor parentale originale. Celelalte patru tipuri de gameți poartă dublări și ștergeri și, prin urmare, de regulă, nu produc descendenți viabili sau nu participă la fertilizare.

Heterozigoții pentru locațiile bronzate sunt parțial sterili, deoarece produc gameți defecte în timpul procesului de meioză. La fel ca inversiunile, translocațiile asigură izolarea formelor și promovează divergența în interiorul unei specii.

În unele cazuri este posibil utilizare practică translocații, de exemplu, la viermele de mătase. Se știe că randamentul firelor de mătase este mai mare la coconii masculi. Prin urmare, în sericultură este mai profitabilă creșterea omizilor masculi. Pentru a rezolva această problemă, geneticianul rus V.A. Strunnikov a reușit să creeze experimental o linie mutantă în care toți bărbații sunt în mod constant heterozigoți pentru două gene letale recesive non-alelice ( l 1Şi l 2), localizate în diferite Z- cromozomi masculini. Acești masculi sunt destul de viabili, deoarece expresia ambelor gene letale este suprimată de alelele lor dominante ( L 1Şi L 2). Când bărbații cu gene letale translocate în cromozomii sexuali sunt încrucișați cu femele normale, numai bărbații supraviețuiesc în urmașii lor, iar zigotele femele ( WZ) mor încă în ou, deoarece singurul Z-cromozomul acestor zigoți provine de la tată și poartă fie o genă letală ( l 1), sau altul ( l 2), iar cromozomul W nu are alele dominante ale acestor gene. Obținerea omizilor masculi oferă un efect economic ridicat.

Transpoziții și inserții. Transpozițiile sunt mișcarea unor secțiuni mici de material genetic în cadrul aceluiași cromozom sau între diferiți cromozomi. Transpozițiile au loc cu participarea unor elemente genetice speciale mobile sau migratoare. Sunt de două tipuri: inserții - secvențe ADN relativ scurte care poartă informațiile necesare propriei transpoziții și transpozonii, care, pe lângă informațiile necesare transpunerii, codifică caracteristici fenotipice.

Primul element genetic mobil (mobil, de transpunere) a fost descris în 1947 de B. McClintock în porumb. Ea a descoperit un loc migrator Ds(disociator), în care apar adesea rupturi de cromozomi.

Locul în sine Ds nu provoaca rupturi. Ele apar în el doar dacă un alt element migrator este prezent în genom - Ac(activator). Ambele elemente pot fi pierdute la o frecvență de câteva procente în descendența meiotică sau își pot schimba localizarea în timpul diviziunilor mitotice. În același timp Ds se mișcă numai în prezență As.

Implementarea Dsîn imediata apropiere sau în interiorul unei gene CU, care controlează colorarea roșie a aleuronei semințelor, a condus la inactivarea acestei gene, iar semințele heterozigote s-au dovedit a fi necolorate. ÎN prezenţă As disociator Ds a început să se miște – uneori a părăsit locul CU. Ca urmare, pe semințele necolorate au apărut pete colorate de aleuronă.

Elementele de control sunt o clasă de mutații care provoacă decolorarea boabelor. Aceste mutații au fost numite elemente de control deoarece controlează activitatea genei responsabile de sinteza pigmentului într-o anumită celulă de cereale. Uneori revin la tipul sălbatic și se întâmplă ca revenirea la tipul sălbatic a unei gene mutante să fie însoțită de apariția aceleiași mutații în altă genă. S-ar putea presupune că elementul de control „sare” de la un locus de antociani la altul, adică McClintock a descris capacitatea elementelor de control de a se mișca în întregul genom.

Abia în anii 80 ai secolului XX, datorită succeselor ingineriei genetice, a fost posibilă izolarea și studiul As, Dsşi alte elemente migratoare din porumb. S-a dovedit că Ds- aceasta este o variantă ștearsă defectă As. Structura elementului As s-a dovedit a fi tipic pentru elementele migratoare care au fost studiate în bacterii, Drosophila și drojdie.

Studiul structurii moleculare a elementelor genetice migratoare a început odată cu descoperirea multor mutanți neobișnuiți în coli (E. coli). Toți mutanții au avut inserții comune de lungime mai mare sau mai mică. Acestea sunt integrate în diferite părți ale genomului E. coli Moleculele de ADN sunt numite ESTE-elemente (din engleză secvențe de inserare– secvenţe de inserare). S-a descoperit că mai multe secvențe de inserție diferite pot provoca mutații în multe gene. Ele variază în mărime, dar au unele caracteristici structurale comune. Capetele conțin secvențe de nucleotide identice sau aproape identice, totuși dispuse în ordine inversă. În plus, atunci când o inserție este inserată într-un ADN țintă, o mică parte a secvenței ADN țintă este repetată lângă fiecare capăt al inserției. Această secvență de ADN repetată care flanchează inserția conține de obicei 5 până la 9 nucleotide.

Secvențele de inserare sunt relativ mici și codifică doar funcțiile necesare transpunerii lor. A doua clasă de elemente în mișcare, așa-numitele transpozoni , conține gene care nu sunt legate de transpunere, dar conferă proprietăți importante celulelor bacteriei gazdă.

Transpozonii au fost descoperiți pentru prima dată când s-a descoperit că unele gene de rezistență la antibiotice sunt asociate cu factori de rezistență infecțioasă. Genele de rezistență individuale pot fi transferate către alte plasmide și cromozomi de bacterii, motiv pentru care a apărut termenul „transpozon”.

Una dintre funcțiile utile ale transpozonilor este că ei contribuie la includerea de noi gene „străine” în genomul organismelor. O altă funcție posibilă a elementelor transpozabile poate fi legată de capacitatea lor de a provoca diverse rearanjamente cromozomiale, în special deleții și inversiuni adiacente. Acesta poate fi un mecanism important pentru crearea variației intraspecifice în structurile cromozomiale.

Efect de poziție. Transpozițiile și inserțiile activează uneori o genă din apropiere, duc la o schimbare a fenotipului datorită faptului că genele mutate se găsesc într-un mediu nou și, uneori, gena mutată în sine se schimbă. Acest fenomen se numește efect de poziție. Efectul de poziție poate fi stabil Şi instabil , sau mozaic.

Mutațiile genomice vor fi discutate în capitolul următor.

Întrebări pentru discuție

1. Ce este variabilitatea modificării și care este semnificația acesteia?

2. Ce este un proces de mutație spontană și care sunt modelele acestuia?

3. Ce este un proces de mutație indusă și care sunt modelele acestuia?

4. Ce se înțelege prin frecvența mutațiilor?

5. Ce mutații sunt considerate directe și care sunt inverse?

6. Care este diferența dintre mutațiile somatice și mutațiile în celulele germinale? Mutații dominante și recesive?

7. Uneori, mutațiile punctiforme sunt numite mutații genetice. Crezi că acest lucru este acceptabil? De ce?

8. Explicați ce legătură există între mutații și gene? Mutații și recombinări?

9. Când un cromozom este rupt, punctul de rupere se află în interiorul genei, între gene sau sunt posibile ambele? Încercați să vă justificați răspunsul.

10. Care este esența legii seriei omologice de variabilitate ereditară? Numiți autorul acestei legi.

11. Explicați termenii: deficiență, duplicare, inversare, translocare. Cum apar aceste anomalii cromozomiale?

12. Ce sunt „transpozonii” sau „genele săritoare”?

13. Explicați esența „efectului de poziție a genei”.

14. Cât de permanentă trebuie să fie o modificare a unei nucleotide pentru ca aceasta să fie considerată mutațională?

15. Înlocuirea căror baze azotate duce la modificări ale tipului de tranziție și transversie?

16. Desenați cât mai multe rezultate diferite ale rupturii cromozomilor. AB/CDE/FGHJ/J, unde punctul indică centromerul, iar liniile înclinate indică locațiile a trei rupturi simultane. Indicați care dintre rezultate ar trebui să apară cel mai des.

17. Cum apar cromozomii inel?

18. Cromozomul A.BCDEEDCFG are o regiune de duplicare inversată CDE

Mutații. Prevederi generale

De obicei, mutațiile nu trec fără să lase urme. Unele dintre ele schimbă atât de mult corpul încât rezultatul acestor schimbări este moartea. Unele dintre ele obligă organismul să funcționeze într-un mod nou, reducându-i capacitatea de adaptare și conducând la patologii grave. Și un număr foarte mic de mutații beneficiază organismul, crescând astfel capacitatea acestuia de a se adapta la condițiile de mediu.

Să vorbim mai detaliat despre mutațiile cromozomiale.

Ce tipuri de rearanjamente cromozomiale pot apărea?

În funcție de modul în care sunt localizate modificările, se disting următoarele tipuri de mutații cromozomiale.

Intracromozomal - transformarea materialului genetic într-un singur cromozom.
Intercromozomiale - rearanjamente, în urma cărora doi cromozomi neomologi își schimbă secțiunile. Cromozomii neomologi conțin gene diferite și nu apar în timpul meiozei.

Fiecare dintre aceste tipuri de aberații corespunde anumitor tipuri de mutații cromozomiale.

Ștergeri

O ștergere este separarea sau pierderea oricărei părți a unui cromozom. Este ușor de ghicit că acest tip de mutație este intracromozomială.

Duplicări

O secțiune copiată în acest fel își poate menține poziția, se poate roti la 180° sau chiar poate fi repetată de mai multe ori, iar atunci o astfel de mutație se numește amplificare.

Inversiunile

Se referă și la mutațiile intracromozomiale. Inversarea este o rotație a unei anumite secțiuni a unui cromozom cu 180°.

De obicei, inversiunile nu afectează semnele externe ale corpului și nu duc la patologii. Există, totuși, o presupunere că la femeile cu o inversare a unei anumite părți a cromozomului al nouălea, probabilitatea de avort spontan în timpul sarcinii crește cu 30%.

Translocări

Translocarea este mișcarea unei secțiuni a unui cromozom la altul. Aceste mutații sunt de tip intercromozomial. Există două tipuri de translocații.

Reciproc este schimbul a doi cromozomi în anumite zone.
Robertsonian - fuziunea a doi cromozomi cu un braț scurt (acrocentric). În timpul translocației Robertsonian, se pierd secțiuni scurte ale ambilor cromozomi.

Translocațiile reciproce duc la probleme legate de naștere la om. Uneori, astfel de mutații provoacă avort spontan sau duc la nașterea copiilor cu patologii congenitale de dezvoltare.

Izocromozomi

Izocromozomii sunt prezenți în genotipul femeilor care suferă de sindromul Shereshevsky-Turner.

Toate tipurile de mutații cromozomiale descrise mai sus sunt inerente diferitelor organisme vii, inclusiv oamenilor. Cum se manifestă ele?

Mutații cromozomiale. Exemple

Sindromul strigătului pisicii

Această boală a fost descoperită în 1963. Apare din cauza monosomiei parțiale pe brațul scurt al cromozomului 5, cauzată de o deleție. Unul din 45.000 de copii se naște cu acest sindrom.

De ce a primit această boală un astfel de nume? Copiii care suferă de această boală au un strigăt caracteristic care seamănă cu miaunatul unei pisici.

Structura laringelui se modifică la toți pacienții, ceea ce înseamnă că „plânsul pisicii” este caracteristic tuturor, fără excepție. Majoritatea persoanelor care suferă de acest sindrom experimentează o schimbare în structura craniului: o scădere a regiunii creierului, o față în formă de lună. În cazul sindromului „plânge pisica”, urechile sunt de obicei situate jos. Uneori, pacienții au patologii congenitale ale inimii sau ale altor organe. Retardarea mintală devine, de asemenea, o trăsătură caracteristică.

Sindromul Wolf-Hirschhorn

Acest sindrom este mult mai puțin frecvent - 1 caz la 100.000 de nașteri. Este cauzată de ștergerea unuia dintre segmentele brațului scurt al celui de-al patrulea cromozom.

Manifestările acestei boli sunt variate: întârzierea dezvoltării sferei fizice și psihice, microcefalie, nas caracteristic în formă de cioc, strabism, despicătură de palat sau buză superioară, gura mică, defecte ale organelor interne.

Sindromul de trisomie parțială pe brațul scurt al cromozomului 9

Tabloul clinic este descris de o dezvoltare fizică întârziată, o întârziere mintală ușoară și o expresie facială caracteristică. Defectele cardiace se găsesc la un sfert din toți pacienții.

Cu sindromul de trisomie parțială al brațului scurt al cromozomului 9, prognosticul este încă relativ favorabil: majoritatea pacienților supraviețuiesc până la bătrânețe.

Alte sindroame

Medicina modernă elimină multe boli, dar nu este încă posibilă vindecarea sau cel puțin prevenirea mutațiilor cromozomiale. Ele pot fi detectate doar la începutul dezvoltării fetale. Cu toate acestea, ingineria genetică nu stă pe loc. Poate că în curând va fi găsită o modalitate de a preveni bolile cauzate de mutațiile cromozomiale.

Mutații cromozomiale (rearanjamente sau aberații)- Acestea sunt modificări ale structurii cromozomilor care pot fi identificate și studiate la microscop cu lumină.

Sunt cunoscute diferite tipuri de rearanjamente:

deficit, sau sfidare,- pierderea secțiunilor terminale ale cromozomului;
stergere- pierderea unei secțiuni a unui cromozom în partea sa mijlocie;
duplicare - repetarea dublă sau multiplă a genelor localizate într-o regiune specifică a cromozomului;
inversiune- rotația unei secțiuni de cromozom cu 180°, în urma căreia genele din această secțiune sunt situate în secvența inversă față de cea obișnuită;
translocare- modificarea poziției oricărei părți a unui cromozom din setul de cromozomi. Cel mai frecvent tip de translocații sunt reciproce, în care regiunile sunt schimbate între doi cromozomi neomologi.

O secțiune a unui cromozom își poate schimba poziția fără schimb reciproc, rămânând în același cromozom sau fiind inclusă în altul. LaŞi deficiențe, ștergeri dublari cantitatea de modificări ale materialului genetic. Gradul de modificare fenotipică depinde de cât de mari sunt regiunile cromozomiale corespunzătoare și dacă acestea conțin gene importante. Exemple de deficiențe sunt cunoscute la multe organisme, inclusiv la oameni. Grele boala ereditara- sindromul „strigătul pisicii”.

(numit după natura sunetelor emise de bebelușii bolnavi) este cauzată de heterozigozitate pentru deficiența cromozomului 5. Acest sindrom este însoțit de tulburări severe de creștere și retard mintal. Copiii cu acest sindrom mor de obicei devreme, dar unii supraviețuiesc Mutații genomice - modificarea numărului de cromozomi din genomul celulelor corpului. Acest fenomen are loc în două direcții: spre creșterea numărului de seturi haploide întregi(poliploidie) şi spre pierderea sau includerea cromozomilor individuali

Poliploidie- creşterea multiplă a setului haploid de cromozomi. Celulele cu numere diferite de seturi haploide de cromozomi se numesc triploide (3n), tetraploide (4n), hexanloide (6n), octaploide (8n) etc.

Cel mai adesea, poliploizii se formează atunci când ordinea divergenței cromozomilor către polii celulari este perturbată în timpul meiozei sau mitozei. Acest lucru poate fi cauzat de factori fizici și chimici. Substanțele chimice precum colchicina suprimă formarea fusului mitotic în celulele care au început să se divizeze, drept urmare cromozomii duplicați nu se separă și celula devine tetraedrică.

Pentru multe plante așa-numitele serie poliploidă. Acestea includ forme de la 2 la 10n și mai mult. De exemplu, o serie poliploidă de seturi de 12, 24, 36, 48, 60, 72, 96, 108 și 144 de cromozomi este formată din reprezentanți ai genului Solanum. Genul grâu (Triticum) reprezintă o serie ai cărei membri au 34, 28 și 42 de cromozomi.

Poliploidia are ca rezultat modificări ale caracteristicilor unui organism și, prin urmare, este o sursă importantă de variație în evoluție și selecție, în special la plante. Acest lucru se datorează faptului că hermafroditismul (autopolenizarea), apomixis (partenogeneza) și înmulțirea vegetativă. Prin urmare, aproximativ o treime din speciile de plante comune pe planeta noastră sunt poliploide, iar în condițiile puternic continentale ale Pamirului montan înalt, până la 85% dintre poliploide cresc. Aproape toate plantele cultivate sunt și poliploide, care, spre deosebire de rudele lor sălbatice, au flori, fructe și semințe mai mari, iar în organele de depozitare (tulpini, tuberculi) se acumulează mai mulți nutrienți. Poliploizii se adaptează mai ușor la condițiile nefavorabile de viață și tolerează mai ușor temperaturile scăzute și seceta. De aceea sunt răspândite în regiunile nordice și montane înalte.

Baza creșterii puternice a productivității formelor poliploide plante cultivate este fenomenul polimeri.

aneuploidie, sau heteroploidie,- un fenomen în care celulele corpului conţin un număr alterat de cromozomi care nu este un multiplu al setului haploid. Aneuploizii apar atunci când cromozomii omologi individuali nu se separă sau se pierd în timpul mitozei și meiozei. Ca urmare a nedisjuncției cromozomilor în timpul gametogenezei, pot apărea celule germinale cu cromozomi suplimentari și apoi, la fuziunea ulterioară cu gameți haploizi normali, formează un zigot 2n + 1. (trisomic) pe un anumit cromozom. Dacă există un cromozom mai puțin în gamet, atunci fertilizarea ulterioară duce la formarea unui zigot 1n - 1 (monozomic) pe oricare dintre cromozomi. În plus, există forme 2n - 2 sau nullisomice, deoarece nu există o pereche de cromozomi omologi și 2n + X, sau polisomice.

Aneuploizii se găsesc la plante și animale, precum și la oameni. Plantele aneuploide au viabilitate și fertilitate scăzute, iar la om acest fenomen duce adesea la infertilitate și în aceste cazuri nu este moștenit. La copiii născuți din mame peste 38 de ani, probabilitatea de aneuploidie este crescută (până la 2,5%). În plus, cazurile de aneuploidie la om provoacă boli cromozomiale.

La animalele dioice, atât în condiții naturale, cât și artificiale, poliploidia este extrem de rară. Acest lucru se datorează faptului că poliploidia, care provoacă o modificare a raportului dintre cromozomii sexuali și autozomii, duce la întreruperea conjugării cromozomilor omologi și, prin urmare, complică determinarea sexului. Ca rezultat, astfel de forme se dovedesc a fi sterile și mai puțin viabile.

Ți-a plăcut articolul? Împărtășește-l

Imprimați acest articol