IZOCHROMOSOM: DEFINICJA, POCHODZENIE, POWIĄZANE PATOLOGIE - BIOLOGIA - 2025

Izochromosom jest nieprawidłowy metacentryczną chromosomów, która jest spowodowana utratą jednego z ramion chromosomu rodzicielskich i wynikające z powielania ramienia, które jest zachowane.

Zaproponowano dwa mechanizmy wyjaśniające powstawanie tego typu nieprawidłowości genetycznych. Bardziej akceptowany z dwóch sugeruje, że izochromosomy powstają podczas procesu podziału komórki, jako produkt raczej poprzecznego podziału centromeru niż podłużnego.

Tworzenie izochromosomu. Miguelferig, źródło Wikimedia Commons.

Ponieważ wynikiem jest zmiana informacji genetycznej zawartej w chromosomie rodzicielskim, mogą powstać liczne zaburzenia genetyczne. Najbardziej zbadanym z tych zaburzeń był zespół Turnera, który występuje z powodu duplikacji długiego ramienia chromosomu X i utraty krótkiego ramienia.

Ponadto wiele rodzajów raka jest również powiązanych z tego typu nieprawidłowościami. Dlatego badanie izochromosomów stało się atrakcyjną i ważną dziedziną badań.

Izochromosom: strukturalna nieprawidłowość chromosomalna

Izochromosom jest strukturalną nieprawidłowością chromosomów, która prowadzi do nieprawidłowego chromosomu metacentrycznego. Jest to spowodowane utratą jednego z ramion chromatydy i późniejszym powieleniem nieusuniętego ramienia.

Innymi słowy, na tym chromosomie oba ramiona chromatydy są morfologicznie i genetycznie identyczne. To podwojenie skutkuje częściową monosomią lub częściową trisomią.

Monosomia to termin używany w odniesieniu do faktu, że informacja genetyczna zawarta w locus znajduje się w jednej kopii. Sytuacja, która jest nieprawidłowa w komórkach diploidalnych, gdzie zawsze występują dwie kopie. Teraz mówi się, że jest to częściowe, gdy utracone informacje znajdują się na drugim chromosomie pary.

Z drugiej strony trisomia spowodowana tego typu zaburzeniem strukturalnym jest częściowa, ponieważ informacja genetyczna zawarta w ramieniu występuje w trzech kopiach.

Jednak dwie z tych kopii są takie same, będące wynikiem zdarzenia duplikacji jednego z ramion w jednym z chromosomów pary.

Pochodzenie

Mechanizmy generowania izochromosomów nadal nie zostały w pełni wyjaśnione. Jednak istnieją dwa dotychczasowe wyjaśnienia.

Pierwszy z nich, najbardziej akceptowany, stwierdza, że ​​podczas podziału komórki centromer powstaje w wyniku podziału poprzecznego, a nie podłużnego, jak to zwykle ma miejsce w normalnych warunkach. Prowadzi to do utraty jednego z ramion chromosomu rodzicielskiego i późniejszej duplikacji ramienia, które pozostaje nienaruszone.

Drugi z mechanizmów polega na oderwaniu jednego z ramion i wynikającej z tego fuzji chromatyd potomnych tuż nad centromerem, dając początek chromosomowi z dwoma centromerami (chromosom dcentryczny). Z kolei jeden z tych dwóch centromerów doświadcza całkowitej utraty funkcjonalności, co umożliwia normalną segregację chromosomów podczas podziału komórki.

Powiązane patologie

Tworzenie izochromosomów skutkuje brakiem równowagi w ilości informacji genetycznej przechowywanej przez chromosomy rodzicielskie. Te nierównowagi często prowadzą do pojawienia się zaburzeń genetycznych, które przekładają się na określone patologie.

Wśród wielu zespołów, które są związane z tego typu nieprawidłowościami strukturalnymi, znajdujemy zespół Turnera. Ten stan jest najlepiej znany, w rzeczywistości jest związany z pierwszym doniesieniem o izochromosomie u ludzi. Ta ostatnia pochodzi z utworzenia izochromosomu X, w którym krótkie ramię oryginalnego chromosomu zostało utracone, a długie ramię zostało zduplikowane.

Liczne badania wykazały, że obecność izochromosomów jest czynnikiem wyzwalającym rozwój wielu typów raka, wśród których wyróżnia się przewlekła białaczka szpikowa związana z izochromosomem i (17q). Te odkrycia sprawiają, że izochromosomy są bardzo istotnym przedmiotem zainteresowania naukowców.

Co to jest chromosom?

We wszystkich żywych komórkach DNA jest upakowane w wysoce zorganizowanych strukturach zwanych chromosomami.

To pakowanie w komórkach eukariotycznych odbywa się dzięki interakcji DNA z białkami zwanymi histonami, które w grupie ośmiu jednostek (oktameru) tworzą nukleosom.

Nukleosom (podstawowa jednostka organizacji chromatyny) składa się z oktameru histonowego złożonego z dimerów histonów H2A, H2B, H3 i H4. Struktura oktamera przypomina szpulę nici, przez którą nawijana jest duża cząsteczka DNA.

Nawijanie cząsteczki DNA, poprzez ogromną liczbę nukleosomów połączonych ze sobą regionami dystansowymi związanymi z innym typem histonu (H1) zwanym łącznikami, ostatecznie prowadzi do powstania chromosomów. Te ostatnie można zobaczyć pod mikroskopem jako dobrze zdefiniowane ciała podczas procesów podziału komórek (mitozy i mejozy).

Każdy gatunek diploidalny ma dobrze określoną liczbę par chromosomów. Każda para ma charakterystyczny rozmiar i kształt, co ułatwia identyfikację.

Struktura chromosomów

Chromosomy mają dość prostą strukturę, składającą się z dwóch równoległych ramion (chromatyd), które są połączone przez centromer, gęsto upakowaną strukturę DNA.

Każdy chromatyd z centromeru dzieli się na dwa ramiona, jedno o krótkiej długości zwane „ramieniem P” i jedno o większej długości zwane „ramieniem Q”. W każdym z ramion każdej chromatydy geny są rozmieszczone w identycznych miejscach.

Tworzenie izochromosomu. Miguelferig, źródło Wikimedia Commons

Położenie centromeru wzdłuż każdej chromatydy powoduje powstawanie różnych strukturalnych typów chromosomów:

- Acrocentric: te, w których centromer znajduje się bardzo blisko jednego z końców, rozpoczynając bardzo długie ramię w stosunku do drugiego.

- Metacentryczny: w tego typu chromosomach centromer zajmuje środkową pozycję, dając początek ramionom o jednakowej długości.

- Submetacentryczny: to znaczy , że centromer jest tylko nieznacznie przesunięty od środka, dając ramiona, które różnią się bardzo nieznacznie na długości.

Nieprawidłowości chromosomalne

Każdy z chromosomów, które składają się na kariotyp osoby, zawiera miliony genów, które kodują nieskończoną liczbę białek pełniących różne funkcje, a także sekwencje regulatorowe.

Każde zdarzenie, które wprowadza zmiany w strukturze, liczbie lub rozmiarze chromosomów, może prowadzić do zmian w ilości, jakości i lokalizacji zawartych w nich informacji genetycznych. Te zmiany mogą prowadzić do katastrofalnych warunków, zarówno w rozwoju, jak iw funkcjonowaniu jednostek.

Nieprawidłowości te są generalnie generowane podczas gametogenezy lub we wczesnych stadiach rozwoju embrionalnego i chociaż są one zwykle bardzo zróżnicowane, zostały uproszczone do dwóch kategorii: strukturalne nieprawidłowości chromosomalne i liczbowe nieprawidłowości chromosomalne.

Te pierwsze dotyczą zmian w standardowej liczbie chromosomów, to znaczy nawiązują do utraty lub zdobycia chromosomów, podczas gdy drugie odnoszą się do utraty, duplikacji lub odwrócenia części chromosomu

Bibliografia

1. Alberts B, Johnson AD, Lewis J, Morgan D, Raff M, Roberts K, Walter P. (2014) Molecular Biology of the Cell (6th Edition). WW Norton & Company, Nowy Jork, NY, USA.
2. Annunziato A. DNA Opakowania: nukleosomy i chromatyna. Edukacja przyrodnicza. 2008; 1:26.
3. Caspersson T, Lindsten J, Zech L. The nature of strukturalnych aberracji chromosomu X w zespole Turnera ujawnione przez analizę fluorescencji musztardy chinakrynowej. Hereditas. 1970; 66: 287-292.
4. de la Chapelle A. Jak powstaje izochromosom człowieka? Cancer Genet Cytogenet. 1982; 5: 173-179.
5. Fraccaro M, Ikkos D, Lindsten J, Luft R, Kaijser K. Nowy typ nieprawidłowości chromosomowych w dysgenezie gonad. Lancet. 1960; 2: 1144.
6. Pierwsze międzynarodowe warsztaty nt. Chromosomów w białaczce. Chromosomy w przewlekłej białaczce granulocytowej Phi-dodatniej. Br J Haematol. 1978; 39: 305-309.
7. Mitelman F, Levan G. Clustering of aberrations to specific chromosomes in human neoplasms. Hereditas. 1978; 89: 207-232.
8. Simpson JL. Zaburzenia zróżnicowania płciowego. 1970. Academic Press, Nowy Jork, San Francisco, Londyn.
9. Vinuesa M, Slavutsky I, Larripa I. Obecność izochromosomów w chorobach hematologicznych. Cancer Genet Cytogenet. 1987; 25: 47-54.