Chromosom dicentryczny
Chromosom dicentryczny to nieprawidłowy chromosom z dwoma centromerami . Powstaje w wyniku połączenia dwóch segmentów chromosomu, z których każdy ma centromer, co powoduje utratę fragmentów acentrycznych (pozbawionych centromeru) i tworzenie fragmentów dicentrycznych. Powstawanie chromosomów dicentrycznych przypisuje się procesom genetycznym, takim jak translokacja Robertsona i inwersja paracentryczna. Chromosomy dicentryczne odgrywają ważną rolę w stabilności mitotycznej chromosomów i tworzeniu chromosomów pseudodicentrycznych. Ich istnienie zostało powiązane z pewnymi zjawiskami naturalnymi, takimi jak napromieniowanie , i udokumentowano, że leżą u podstaw niektórych zespołów klinicznych, zwłaszcza zespołu Kabuki . Tworzenie chromosomów dicentrycznych i ich wpływ na funkcję centromeru jest badane w niektórych cytogenetyki klinicznej .
Tworzenie
Wiadomo, że większość chromosomów dicentrycznych tworzy się w wyniku inwersji chromosomowych , które są rotacjami w regionach chromosomu z powodu pęknięć chromosomów lub rekombinacji wewnątrz chromosomów. Inwersje, które wykluczają centromer, są znane jako inwersje paracentryczne, które powodują niezrównoważone gamety po mejozie. Podczas profazy mejozy I chromosomy homologiczne tworzą pętlę inwersji i zachodzi krzyżowanie. Jeśli wystąpiła inwersja paracentryczna, jeden z produktów będzie acentryczny, a drugi dicentryczny. Chromatyda dicentryczna jest rozrywana podczas anafazy mejozy I z taką siłą, że chromosom pęka w przypadkowych miejscach. Te uszkodzone fragmenty powodują delecje genów, które prowadzą do genetycznie niezrównoważonych gamet. Może to mieć poważne konsekwencje, przyczyniając się do rozwoju zaburzeń genetycznych, takich jak zespół Kabuki i zespół Edwardsa.
Naświetlanie
promieniowanie wywołuje nieprawidłowości w jądrach komórkowych. Chromosomy dicentryczne zostały po raz pierwszy wykryte w limfocytach z rozmazów krwi personelu cywilnego i wojskowego, który został wyznaczony do radzenia sobie ze skutkami katastrofy nuklearnej w Czarnobylu w 1986 r. ( likwidatorzy ). Promieniowanie zwiększa prawdopodobieństwo, że chromosomy dicentryczne utworzą się po każdym zdarzeniu mitotycznym, tworząc fizyczne mosty między nimi w anafazie i telofazie. Gdy te chromosomy są rozrywane, mostki chromosomów pękają, co powoduje tworzenie się „ogoniastych” jąder, wypustek jąder do cytoplazmy.
Telomery
Kiedy telomery chromosomów skracają się wraz z ciągłymi podziałami komórkowymi, końce chromosomów mogą również łączyć się, tworząc chromosomy dicentryczne. Jest to uważane za „kryzys”, rodzaj zatrzymania cyklu komórkowego , a większość komórek w tym stanie cierpi na apoptozę . Powstałe chromosomy dicentryczne są wysoce niestabilne, co prowadzi do translokacji chromosomowych , delecji i amplifikacji, takich jak translokacja Robertsona . Powoduje to zepsute, usunięte produkty genowe fragmentów dicentrycznych.
Aplikacje
Chromosomy dicentryczne są badane w organizmach modelowych , takich jak drożdże ( Saccharomyces cerevisiae ). Wykorzystanie S. cerevisiae jako klasycznego systemu genetycznego sięga lat pięćdziesiątych XX wieku ze względu na jego wykonalność w transformacji za pomocą rekombinowanego DNA. Złamane chromosomy, które prowadzą do fragmentów acentrycznych i dicentrycznych, można badać w S. cerevisiae ze względu na znaną zdolność tolerowania aneuploidii , czyli nieprawidłowej liczby chromosomów. Szczepy S. cerevisiae , które tolerują aneuploidię, mogą stabilizować produkty pękniętych chromosomów podczas proliferacji, które można odzyskać i zbadać w warunkach laboratoryjnych.
Cytogenetyka
Funkcja centromerów była przedmiotem wielu analiz laboratoryjnych, obejmujących takie techniki, jak fluorescencyjna hybrydyzacja in situ ( FISH ) i pasmowanie chromosomów (paskowanie C). FISH obejmuje użycie sond fluorescencyjnych do wykrywania i lokalizacji określonych sekwencji DNA na chromosomach, a sondy specyficzne dla centromeru mogą być używane do pomiaru częstości chromosomów dicentrycznych . Technika ta pozwala na badanie próbek ludzkiej krwi i próbek tkanek, które w przeszłości były stosowane w laboratoriach promieniowania. Pasmo C to technika barwienia, której można użyć do wizualizacji chromosomów dicentrycznych. Specyficznie wybarwia konstytutywną heterochromatynę , która jest regionem chromosomu na lub w pobliżu centromeru.
Konsekwencje
Istnienie chromosomów dicentrycznych ma klinicznie istotne konsekwencje dla osób, które mogą żyć z niepełnosprawnością intelektualną, neurologiczną i fizyczną. Ogoniaste jądra są sygnaturami narażenia na promieniowanie w tkankach ludzkich, mikroflorze i bezkręgowcach wodnych po niedawnych katastrofach jądrowych. Ponadto są one wykorzystywane jako potencjalne biomarkery do badań przesiewowych pod kątem niektórych zespołów genetycznych występujących w populacjach ludzkich.
Chromosomy pseudodicentryczne
Chromosomy dicentryczne mogą prowadzić do mutacji pseudodicentrycznych, w których jeden z centromerów na chromosomie zostaje inaktywowany. Może to mieć poważne konsekwencje kliniczne dla pacjentów, co obserwuje się w przypadku poważnych, postępujących zaburzeń neurologicznych i intelektualnych, takich jak zespół Kabuki , wrodzone zaburzenie wieku dziecięcego . Zespół Kabuki jest jednym z najczęściej badanych zespołów obejmujących chromosom pseudodicentryczny. Inne scharakteryzowane zespoły zostały również powiązane z chromosomami pseudodicentrycznymi, takie jak zespół Edwardsa , trisomia chromosomu 18 i zespół Turnera , utrata (lub częściowa utrata) chromosomu X. Same chromosomy pseudodicentryczne nie definiują tych zespołów, ponieważ uwzględnia się również udział innych nieprawidłowości chromosomalnych, takich jak obecność izochromosomów u pacjentów Turnera.