Heading

Wśród wszystkich zaburzeń chromosomalnych, nieprawidłowości w liczbie chromosomów są najbardziej oczywiste do zidentyfikowania na podstawie kariogramu. Zaburzenia liczby chromosomów obejmują duplikację lub utratę całych chromosomów, jak również zmiany w liczbie kompletnych zestawów chromosomów. Są one spowodowane nondysjunkcją, która występuje, gdy pary chromosomów homologicznych lub chromatydy siostrzane nie rozdzielają się podczas mejozy. Przyczyną nondysjunkcji może być nieprawidłowe ustawienie lub niekompletna synapsa, albo zaburzenie funkcjonowania aparatu wrzecionowego, który ułatwia migrację chromosomów. Ryzyko wystąpienia nondysjunkcji wzrasta wraz z wiekiem rodziców.

Nondysjunkcja może wystąpić podczas mejozy I lub II, z różnym skutkiem (Rycina 1). Jeśli chromosomy homologiczne nie rozdzielą się podczas mejozy I, wynikiem są dwie gamety, w których brakuje tego konkretnego chromosomu i dwie gamety z dwiema kopiami chromosomu. Jeśli chromatydy siostrzane nie rozdzielą się podczas mejozy II, wynikiem jest jedna gameta, której brakuje tego chromosomu, dwie normalne gamety z jedną kopią chromosomu i jedna gameta z dwiema kopiami chromosomu.

Pytanie praktyczne

Rysunek 1. Nondysjunkcja występuje, gdy chromosomy homologiczne lub chromatydy siostrzane nie rozdzielają się podczas mejozy, co skutkuje nieprawidłową liczbą chromosomów. Nondysjunkcja może wystąpić podczas mejozy I lub mejozy II.

Które z poniższych stwierdzeń dotyczących nondysjunkcji jest prawdziwe?

1. Nondysjunkcja skutkuje jedynie powstawaniem gamet z n+1 lub n-1 chromosomami.
2. Nondysjunkcja zachodząca podczas mejozy II powoduje powstanie 50% normalnych gamet.
3. Nondysjunkcja podczas mejozy I powoduje powstanie 50% normalnych gamet.
4. Nondysjunkcja zawsze skutkuje czterema różnymi rodzajami gamet.

Pokaż odpowiedź

Podpowiedź b jest prawdziwa.

Aneuploidia

Wykres 2. Częstość występowania płodu z trisomią 21 dramatycznie wzrasta wraz z wiekiem matki.

Osoba z odpowiednią liczbą chromosomów dla swojego gatunku nazywana jest euploidalną; u ludzi euploidalność odpowiada 22 parom autosomów i jednej parze chromosomów płci. Osobnik z błędem w liczbie chromosomów jest określany jako aneuploidalny, termin ten obejmuje monosomię (utratę jednego chromosomu) lub trisomię (uzyskanie dodatkowego chromosomu). Monosomiczne ludzkie zygoty, którym brakuje jednej kopii autosomu, nieodmiennie nie rozwijają się do narodzin, ponieważ brakuje im niezbędnych genów. Podkreśla to znaczenie „dawkowania genów” u ludzi. Większość trisomii autosomalnych również nie rozwija się do narodzin; jednakże duplikacje niektórych mniejszych chromosomów (13, 15, 18, 21 lub 22) mogą skutkować potomstwem, które przeżywa od kilku tygodni do wielu lat. Osoby trisomiczne cierpią z powodu innego rodzaju nierównowagi genetycznej: nadmiaru dawki genów. Osoby z dodatkowym chromosomem mogą syntetyzować nadmierną ilość produktów genowych kodowanych przez ten chromosom. Ta dodatkowa dawka (150 procent) specyficznych genów może prowadzić do wielu problemów funkcjonalnych i często uniemożliwia rozwój. Najczęstszą trisomią wśród zdrowych urodzeń jest trisomia chromosomu 21, która odpowiada zespołowi Downa. Osoby z tym zaburzeniem dziedzicznym charakteryzują się niskim wzrostem i zahamowaniem wzrostu, charakterystycznymi cechami twarzy, takimi jak szeroka czaszka i duży język oraz znacznymi opóźnieniami w rozwoju. Częstość występowania zespołu Downa jest skorelowana z wiekiem matki; starsze kobiety częściej zachodzą w ciążę z płodami noszącymi genotyp trisomii 21 (ryc. 2).

Poliploidalność

Ryc. 3. Podobnie jak w przypadku wielu roślin poliploidalnych, ta triploidalna pomarańczowa lilia dzienna (Hemerocallis fulva) jest szczególnie duża i wytrzymała, a jej kwiaty mają trzykrotnie większą liczbę płatków niż jej diploidalne odpowiedniki. (kredyt: Steve Karg)

Osoba posiadająca więcej niż prawidłową liczbę zestawów chromosomów (dwa dla gatunków diploidalnych) nazywana jest poliploidem. Na przykład, zapłodnienie nieprawidłowego diploidalnego jaja normalnym haploidalnym plemnikiem dałoby triploidalną zygotę. Zwierzęta poliploidalne są niezwykle rzadkie, z zaledwie kilkoma przykładami wśród płazińców, skorupiaków, płazów, ryb i jaszczurek. Zwierzęta poliploidalne są bezpłodne, ponieważ mejoza nie może przebiegać normalnie i zamiast tego produkuje głównie aneuploidalne komórki potomne, które nie mogą dać zdolnych do życia zygot. Rzadko, zwierzęta poliploidalne mogą rozmnażać się bezpłciowo poprzez haplodiploidię, w której niezapłodnione jajo dzieli się mitotycznie, dając potomstwo. W przeciwieństwie do tego, poliploidalność jest bardzo powszechna w królestwie roślin, a rośliny poliploidalne mają tendencję do bycia większymi i bardziej wytrzymałymi niż euploidy ich gatunków (Rysunek 3).

Nierozłączność chromosomów płciowych u ludzi

Ludzie wykazują dramatyczne szkodliwe efekty z autosomalnymi trisomiami i monosomiami. Dlatego też może wydawać się sprzeczne z intuicją, że ludzkie kobiety i mężczyźni mogą funkcjonować normalnie, pomimo posiadania różnych liczb chromosomu X. Zamiast przyrostu lub utraty autosomów, różnice w liczbie chromosomów płciowych wiążą się raczej ze stosunkowo łagodnymi skutkami. Dzieje się tak częściowo z powodu procesu molekularnego zwanego inaktywacją chromosomu X. We wczesnym okresie rozwoju, kiedy zarodki samic ssaków składają się z zaledwie kilku tysięcy komórek (w porównaniu do bilionów u noworodków), chromosom X w każdej komórce ulega inaktywacji poprzez ścisłe skondensowanie w strukturę zwaną ciałem Barra. Szansa, że chromosom X (pochodzący od matki lub ojca) zostanie inaktywowany w każdej komórce jest przypadkowa, ale gdy inaktywacja nastąpi, wszystkie komórki pochodzące z tej komórki będą miały ten sam nieaktywny chromosom X lub ciało Barra. Dzięki temu procesowi, samice kompensują swoją podwójną genetyczną dawkę chromosomu X.

Rysunek 4. U kotów gen odpowiedzialny za kolor sierści zlokalizowany jest na chromosomie X. W rozwoju embrionalnym kotek, jeden z dwóch chromosomów X jest losowo inaktywowany w każdej komórce, co skutkuje uzyskaniem wzoru szylkretowego, jeśli kotka posiada dwa różne allele dla koloru sierści. Kocury, posiadające tylko jeden chromosom X, nigdy nie wykazują koloru żółwiej skorupy. (kredyt: Michael Bodega)

W tak zwanej „żółwiej skorupie” u kotów, inaktywacja embrionalnego chromosomu X jest obserwowana jako wariegacja koloru (Rysunek 4). Samice, które są heterozygotyczne dla genu koloru sierści sprzężonego z chromosomem X, wykazują jeden z dwóch różnych kolorów sierści w różnych regionach ciała, odpowiadających temu, który chromosom X jest inaktywowany w progenitorach komórek embrionalnych tego regionu.

Osoba nosząca nieprawidłową liczbę chromosomów X będzie inaktywować wszystkie chromosomy X oprócz jednego w każdej ze swoich komórek. Jednakże, nawet inaktywowane chromosomy X kontynuują ekspresję kilku genów, a chromosomy X muszą być reaktywowane dla prawidłowego dojrzewania żeńskich jajników. W rezultacie, nieprawidłowości chromosomu X są zazwyczaj związane z łagodnymi wadami umysłowymi i fizycznymi, jak również z bezpłodnością. Jeśli chromosom X jest całkowicie nieobecny, osobnik nie będzie się rozwijał in utero.

Szczególne błędy w liczbie chromosomów płciowych zostały scharakteryzowane. Osoby z trzema chromosomami X, zwane triplo-X, są fenotypowo płci żeńskiej, ale wykazują opóźnienia rozwojowe i obniżoną płodność. Genotyp XXY, odpowiadający jednemu z typów zespołu Klinefeltera, odpowiada fenotypowo osobnikom męskim z małymi jądrami, powiększonymi piersiami i zmniejszonym owłosieniem ciała. W bardziej złożonych typach zespołu Klinefeltera występuje aż pięć chromosomów X. We wszystkich typach, każdy chromosom X z wyjątkiem jednego ulega inaktywacji, aby skompensować nadmiar dawki genetycznej. Można to zaobserwować jako kilka ciałek Barra w każdym jądrze komórkowym. Zespół Turnera, charakteryzujący się genotypem X0 (tj. tylko jeden chromosom płciowy), odpowiada fenotypowo osobnikowi płci żeńskiej z niskim wzrostem, pajęczą skórą w okolicy szyi, upośledzeniem słuchu i serca oraz bezpłodnością.

Duplikacje i delecje

Oprócz utraty lub przyrostu całego chromosomu, segment chromosomalny może zostać zduplikowany lub utracony. Duplikacje i delecje często dają potomstwo, które przeżyje, ale wykazuje fizyczne i psychiczne anomalie. Zduplikowane segmenty chromosomalne mogą łączyć się z istniejącymi chromosomami lub mogą pozostawać wolne w jądrze. Cri-du-chat (z francuskiego „krzyk kota”) jest zespołem związanym z nieprawidłowościami układu nerwowego i rozpoznawalnymi cechami fizycznymi, które wynikają z delecji większości chromosomu 5p (małe ramię chromosomu 5) (Rysunek 5). Niemowlęta z tym genotypem wydają charakterystyczny wysoki płacz, od którego pochodzi nazwa zaburzenia.

Rycina 5. Osobnik z zespołem cri-du-chat przedstawiony jest w wieku 2, 4, 9 i 12 lat. (credit: Paola Cerruti Mainardi)

Wkład w rozwój!

Ulepsz tę stronęDowiedz się więcej