KROMOSOMIEN PÄÄLLEKKÄISYYS: OMINAISUUDET JA ESIMERKIT - BIOLOGIA - 2025

Kromosomaalisen päällekkäistä kuvaa murto-DNA, joka näkyy kaksi kertaa niin tuote geneettisen rekombinaation. Kromosomaalinen päällekkäisyys, geenien monistuminen tai monistuminen on yksi elävien olentojen variaatio- ja evoluutiolähteistä.

Kromosomaalinen päällekkäisyys on mutaation tyyppi, koska siihen liittyy muutos normaalissa DNA-sekvenssissä kromosomaalisella alueella. Muihin mutaatioihin kromosomaalisella tasolla sisältyy kromosomaalisia insertioita, inversioita, translokaatioita ja deleetioita.

Kromosomaalinen tai kromosomaalinen päällekkäisyys. Kohteliaisuus: Kansallinen ihmisgenomitutkimuslaitos, Wikimedia Commonsin kautta

Kromosomaalisia päällekkäisyyksiä voi tapahtua samassa lähteessä kuin kopioitu fragmentti. Nämä ovat eräkopioita. Eräkopiot voivat olla kahta tyyppiä: suorat tai käänteiset.

Suorat jäljennökset ovat sellaisia, jotka toistavat sekä informaation että toistetun fragmentin suunnan. Erä käännetyissä kaksoiskappaleissa tiedot toistetaan, mutta fragmentit on suunnattu vastakkaisiin suuntiin.

Muissa tapauksissa kromosomaalinen päällekkäisyys voi tapahtua toisessa paikassa tai jopa toisessa kromosomissa. Tämä tuottaa ektooppisen kopion sekvenssistä, joka voi toimia ristikkoneen substraattina ja olla poikkeavien rekombinaatioiden lähde. Mukana olevasta koosta riippuen päällekkäisyydet voivat olla makro- tai mikrokopioita.

Evolutionaarisesti toisinnot tuottavat vaihtelua ja muutosta. Henkilökohtaisella tasolla kromosomien päällekkäisyydet voivat kuitenkin johtaa vakaviin terveysongelmiin.

Kromosomaalisten duplikaatioiden mekanismi

Kopioinnit tapahtuvat yleisimmin DNA: n alueilla, joilla on toistuvat sekvenssit. Nämä ovat rekombinaatiotapahtumien substraatteja, vaikka ne tapahtuisi alueiden välillä, jotka eivät ole täysin homologisia.

Näiden yhdistelmien sanotaan olevan laittomia. Mekaanisesti ne riippuvat sekvenssien samankaltaisuudesta, mutta geneettisesti ne voidaan suorittaa ei-homologisten kromosomien välillä.

Ihmisessä meillä on monentyyppisiä toistuvia sekvenssejä. Hyvin toistuviin sisältyy ns. Satelliitti-DNA, rajoittuneena sentromeereihin (ja joihinkin heterokromaattisiin alueisiin).

Muihin, kohtalaisesti toistuviin sisältyy esimerkiksi erä, joka toistaa ribosomaalisia RNA: ta koodaavan. Nämä toistetut tai duplikoidut alueet sijaitsevat hyvin spesifisissä kohdissa, joita kutsutaan nukleoli-organisoiviksi alueiksi (NOR).

Ihmisissä NOR: t sijaitsevat viiden erilaisen kromosomin subtelomeerisillä alueilla. Jokainen NOR koostuu puolestaan ​​satoista tuhansiin kopioihin samasta koodaavasta alueesta eri organismeissa.

Mutta meillä on myös muita toistuvia alueita, jotka ovat hajallaan koko genomissa, koostumuksiltaan ja kokoiltaan erilaisia. Kaikki voivat yhdistää uudelleen ja aiheuttaa päällekkäisyyksiä. Itse asiassa monet heistä ovat omien päällekkäisyytensä tulosta, in situ tai ulkomainen. Näitä ovat muun muassa minisatellitit ja mikrosatellitit.

Kromosomaalisia päällekkäisyyksiä voi myös syntyä, harvemmin, yhdistämällä ei-homologisia päitä. Tämä on ei-homologinen rekombinaatiomekanismi, jota tarkkaillaan joissakin DNA: n kaksoisnauhojen katkaisuparannustapahtumissa.

Kromosomaaliset päällekkäisyydet geenien evoluutiossa

Kun geeni kopioidaan samassa paikassa tai jopa toisessa, se luo lokuksen, jolla on sekvenssi ja merkitys. Eli merkityksellinen sekvenssi. Jos se pysyy sellaisena, se on vanhemman geenin ja siitä peräisin olevan geenin kaksoiskappale.

Mutta siihen ei ehkä kohdistu samaa selektiivistä painetta kuin emogeeniin ja se voi mutatoitua. Näiden muutosten summa voi joskus johtaa uuden toiminnon esiintymiseen. Jo geeni on myös uusi geeni.

Esimerkiksi esi-isien globiini-lokuksen päällekkäisyys johti evoluutioon globiini-perheen ilmestymiseen. Myöhemmät siirrot ja peräkkäiset päällekkäisyydet saivat perheen kasvamaan uusien jäsenten kanssa, jotka suorittavat samaa tehtävää, mutta soveltuvat eri olosuhteisiin.

Globiini geenien perhe. Yuhrt, Wikimedia Commonsin kautta.

Kromosomaaliset päällekkäisyydet lajien evoluutiossa

Organismissa geenin päällekkäisyys johtaa kopion tuottamiseen, jota kutsutaan paralogue-geeniksi. Hyvin tutkittu tapaus on yllä mainittujen globiinigeenien tapaus. Yksi tunnetuimmista globiineista on hemoglobiini.

On erittäin vaikea kuvitella, että vain geenin koodaava alue kopioituu. Siksi jokainen paralogue-geeni liittyy paralogue-alueeseen organismissa, joka käy läpi päällekkäisyyksiä.

Kromosomien päällekkäisyyksillä on evoluution aikana ollut tärkeä rooli eri tavoin. Toisaalta ne kopioivat tietoja, jotka voivat johtaa uusiin toimintoihin, vaihtamalla geenit aiemmalla toiminnolla.

Toisaalta, kopioinnin sijoittaminen toiseen genomisiin olosuhteisiin (esimerkiksi toinen kromosomi) voi luoda paralogin eri säätelyllä. Toisin sanoen, se voi tuottaa suuremman sopeutumiskyvyn.

Lopuksi, vaihtoalueet luodaan myös rekombinaatiolla, joka johtaa suuriin genomisiin uudelleenjärjestelyihin. Tämä puolestaan ​​voisi edustaa spesiointitapahtumien alkuperää erityisesti makroevoluutioviivoilla.

Ongelmat, joita mikroduplikaatiot voivat aiheuttaa yksilöllä

Seuraavan sukupolven sekvensointitekniikan edistyminen, samoin kuin kromosomivärjäys ja hybridisaatio, antavat meille nyt mahdollisuuden nähdä uusia assosiaatioita. Näihin assosiaatioihin sisältyy tiettyjen sairauksien esiintyminen geneettisen informaation saamisen (päällekkäisyyden) tai menetyksen (poiston) vuoksi.

Geneettiset päällekkäisyydet liittyvät muutokseen geeniannoksessa ja poikkeaviin risteytyksiin. Joka tapauksessa ne johtavat geneettisen tiedon epätasapainoon, mikä joskus ilmenee taudina tai oireyhtymänä.

Esimerkiksi Charcot-Marie-Tooth-oireyhtymä tyyppi 1A liittyy PMP22-geenin sisältävän alueen mikroduplisaatioon. Oireyhtymä tunnetaan myös perinnöllisen sensori- ja motorisen neuropatian nimellä.

On kromosomaalisia fragmentteja, jotka ovat alttiita näille muutoksille. Itse asiassa 22q11-alueella on lukuisia pieniä kopiomäärätoistoja, jotka ovat spesifisiä genomin sille osalle.

Toisin sanoen kromosomin 22 pitkän varren nauhan 11 alueelta. Nämä päällekkäisyydet liittyvät lukuisiin geneettisiin häiriöihin, mukaan lukien henkinen viivästyminen, silmän epämuodostumat, mikrosefaalia jne.

Tapauksissa, joissa päällekkäisyyksiä on, voi ilmetä osittaisia ​​tromioita, joilla on haitallisia vaikutuksia organismin terveyteen.

Viitteet

1. Cordovez, JA, Capasso, J., Lingao, MD, Sadagopan, KA, Spaeth, GL, Wasserman, BN, Levin, AV (2014) 22q11.2-mikroduplikaation okulaariset ilmenemismuodot. Ophthalmology, 121: 392-398.
2. Goodenough, UW (1984), Genetiikka. WB Saunders Co. Ltd, Philadelphia, PA, Yhdysvallat.
3. Griffiths, AJF, Wessler, R., Carroll, SB, Doebley, J. (2015). Johdanto geneettiseen analyysiin (11. painos). New York: WH Freeman, New York, NY, Yhdysvallat.
4. Hardison, RC (2012) Hemoglobiinin ja sen geenien evoluutio. Kylmän kevään sataman näkökulmat lääketieteessä 12, doi: 10.1101 / cshperspect.a011627
5. Weise, A., Mrasek, K., Klein, E., Mulatinho, M., Llerena Jr., JC, Hardekopf, D., Pekova, S., Bhatt, S., Kosyakova, N., Liehr, T. (2012) Mikrodeletion ja mikroduplikaation oireyhtymät. Journal of Histochemistry & Cytochemistry 60, doi: 10.1369 / 0022155412440001