HROMOSOMU DUBLĒŠANĀS: RAKSTURLIELUMI UN PIEMĒRI - BIOLOĢIJA - 2025

Hromosomu dublēšanas apraksta daļu no DNS, kas parādās divreiz kā produktu gēnu rekombinācijas metodi. Hromosomu dublēšanās, gēnu dublēšanās vai amplifikācija ir viens no dzīvo būtņu mainīguma un evolūcijas rašanās avotiem.

Hromosomu dublēšanās ir mutācijas veids, jo tā ir saistīta ar normālas DNS secības maiņu hromosomu reģionā. Citas mutācijas hromosomu līmenī ietver hromosomu ievietošanu, inversijas, translokācijas un dzēšanu.

Hromosomu vai hromosomu dublēšanās. Pieklājība: Nacionālais cilvēka genoma pētījumu institūts, izmantojot Wikimedia Commons

Hromosomu dublēšanās var notikt tajā pašā avota vietā kā dublētais fragments. Tie ir partijas dublējumi. Partiju dublikāti var būt divu veidu: tiešie vai apgriezti.

Tiešie dublikāti ir tie, kas atkārto gan informāciju, gan atkārtotā fragmenta orientāciju. Sērijveidā apgrieztos dublikātu fragmentos informācija tiek atkārtota, bet fragmenti ir orientēti pretējos virzienos.

Citos gadījumos hromosomu dublēšanās var notikt citā vietā vai pat citā hromosomā. Tādējādi tiek ģenerēta sekvences ārpusdzemdes kopija, kas var darboties kā krosovera substrāts un būt par novirzes rekombinācijas avotu. Atkarībā no iesaistītā lieluma, dublikāti var būt makro vai mikro dublējumi.

Evolucionāri runājot, dublēšanās rada mainīgumu un izmaiņas. Tomēr individuālā līmenī hromosomu dublēšanās var izraisīt nopietnas veselības problēmas.

Hromosomu dublēšanās mehānisms

Kopijas visbiežāk notiek DNS reģionos, kuriem ir atkārtotas sekvences. Tie ir rekombinācijas notikumu substrāti, pat ja tie notiek starp reģioniem, kas nav pilnīgi homologi.

Šīs rekombinācijas tiek uzskatītas par nelikumīgām. Mehāniski tie ir atkarīgi no secības līdzības, bet ģenētiski tos var veikt starp nehomoloģiskām hromosomām.

Cilvēkā mums ir vairāki atkārtotu secību veidi. Pie ļoti atkārtojošiem pieder tā saucamā satelīta DNS, kas aprobežojas ar centromēriem (un dažiem heterohromatiskiem reģioniem).

Pie citiem, mēreni atkārtojošiem, pieder, piemēram, sērija, kas atkārtojas ribosomu RNS. Šie atkārtotie vai dublētie reģioni atrodas ļoti specifiskās vietās, ko sauc par nukleolu organizējošajiem reģioniem (NOR).

Cilvēkiem NORs atrodas piecu dažādu hromosomu subtelomēros reģionos. Katru NOR no savas puses veido simtiem līdz tūkstošiem viena un tā paša kodēšanas reģiona eksemplāru dažādos organismos.

Bet mums ir arī citi atkārtojoši reģioni, kas izkaisīti pa genomu, ar dažādu sastāvu un izmēriem. Visi var rekombinēt un radīt dublēšanos. Faktiski daudzi no tiem ir pašu dublēšanās rezultāts, in situ vai ārpusdzemdes. Tie, cita starpā, ietver minisatellites un microsatellites.

Hromosomu dublēšanās, retāk, var rasties arī, savienojot nehomoloģiskus galus. Šis ir nehomologs rekombinācijas mehānisms, kas tiek novērots dažos DNS dubultjoslu pārtraukuma atjaunošanas gadījumos.

Hromosomu dublēšanās gēnu evolūcijā

Kad gēns tiek dublēts tajā pašā vietā vai pat citā, tas rada lokusu ar secību un nozīmi. Tas ir, jēgpilna secība. Ja tas tā paliks, tas būs vecāka gēna un no tā gēna dublikāts.

Bet tas var nebūt pakļauts tādam pašam selektīvajam spiedienam kā vecāka gēns un var mutēt. Šo izmaiņu summa dažreiz var izraisīt jaunas funkcijas parādīšanos. Gan jau gēns būs arī jauns gēns.

Piemēram, senča globina lokusa kopēšana evolūcijas gaitā noveda pie globina ģimenes parādīšanās. Turpmākās pārvietošanas un secīgas dublēšanās lika ģimenei augt, kad jaunie locekļi veic vienu un to pašu funkciju, bet ir piemēroti dažādiem apstākļiem.

Globīna gēnu saime. Yuhrt, izmantojot vietni Wikimedia Commons.

Hromosomu dublēšanās sugu evolūcijā

Organismā gēna dublēšanās noved pie kopijas, ko sauc par paraloga gēnu, ģenerēšanas. Labi izpētīts gadījums ir ar iepriekšminētajiem globīna gēniem. Viens no pazīstamākajiem globīniem ir hemoglobīns.

Ir ļoti grūti iedomāties, ka tiek dublēts tikai gēna kodēšanas reģions. Tāpēc katrs paraloga gēns ir saistīts ar paraloga reģionu organismā, kurā notiek dublēšanās.

Evolūcijas gaitā hromosomu dublēšanās dažādos veidos ir bijusi nozīmīga loma. No vienas puses, tie dublē informāciju, kas var izraisīt jaunas funkcijas, mainot gēnus ar iepriekšējo funkciju.

No otras puses, ievietojot dublēšanos citā genoma kontekstā (piemēram, citā hromosomā), var rasties paralog ar atšķirīgu regulējumu. Citiem vārdiem sakot, tas var radīt lielāku pielāgošanās spēju.

Visbeidzot, apmaiņas reģioni tiek izveidoti arī rekombinācijas ceļā, kas izraisa lielus genoma pārkārtojumus. Tas, savukārt, varētu pārstāvēt specifikāciju notikumu izcelsmi, jo īpaši makroevolūcijas līnijās.

Problēmas, ko indivīdā var izraisīt mikroduplikācijas

Nākamās paaudzes sekvencēšanas tehnoloģiju sasniegumi, kā arī hromosomu krāsošana un hibridizācija tagad ļauj mums redzēt jaunas asociācijas. Šīs asociācijas ietver noteiktu slimību izpausmes ģenētiskās informācijas iegūšanas (dublēšanās) vai zaudēšanas (dzēšanas) dēļ.

Ģenētiskās dublēšanās ir saistītas ar gēnu devas maiņu un pārmērīgiem krustojumiem. Jebkurā gadījumā tie noved pie ģenētiskās informācijas nelīdzsvarotības, kas dažreiz izpaužas kā slimība vai sindroms.

Piemēram, 1. tipa Charcot-Marie-Tooth sindroms ir saistīts ar tā reģiona mikroduplāciju, kurā ietilpst gēns PMP22. Sindroms ir pazīstams arī ar iedzimtu maņu un motoro neiropātiju.

Ir hromosomu fragmenti, kuriem ir nosliece uz šīm izmaiņām. Faktiski 22q11 reģionā ir daudz mazu atkārtojumu, kas raksturīgi šai genoma daļai.

Tas ir, no 22. hromosomas garās rokas 11. joslas reģiona. Šīs dublēšanās ir saistītas ar daudziem ģenētiskiem traucējumiem, ieskaitot garīgo atpalicību, acu kroplības, mikrocefāliju utt.

Plašāku atkārtojumu gadījumos var parādīties daļējas trisomijas, kas nelabvēlīgi ietekmē ķermeņa veselību.

Atsauces

1. Cordovez, JA, Capasso, J., Lingao, MD, Sadagopan, KA, Spaeth, GL, Wasserman, BN, Levin, AV (2014) 22q11.2 mikroduplikācijas acs izpausmes. Ophthalmology, 121: 392-398.
2. Goodenough, UW (1984) Ģenētika. WB Saunders Co Ltd, Filadelfija, PA, ASV.
3. Griffiths, AJF, Wessler, R., Carroll, SB, Doebley, J. (2015). Ievads ģenētiskajā analīzē (11. izdevums). Ņujorka: WH Freeman, Ņujorka, NY, ASV.
4. Hardisons, RC (2012) Hemoglobīna un tā gēnu evolūcija. Aukstā pavasara ostas perspektīvas medicīnā 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) Mikrodelācijas un mikroduplikācijas sindromi. Journal of Histochemistry & Cytochemistry 60, doi: 10.1369 / 0022155412440001