TRISOMIA: ZESPÓŁ DOWNA I CHROMOSOMY PŁCIOWE - BIOLOGIA - 2025

Trisomia jest chromosomalnych stan osoby, które wykonują trzy chromosomy zamiast normalnej pary. W przypadku dyploidów normalne wyposażenie to dwa chromosomy z każdego dopełniacza chromosomalnego, który definiuje gatunek.

Zmiana liczby tylko w jednym z chromosomów nazywana jest aneuploidią. Gdyby obejmował zmiany w całkowitej liczbie chromosomów, byłaby to prawdziwa ploidia lub eupolidy. Człowiek ma 46 chromosomów w każdej z komórek somatycznych. Jeśli mają pojedynczą trisomię, będą mieli 47 chromosomów.

Kariotyp pokazujący trisomię na chromosomie 21. Program Genomu Człowieka Departamentu Energii USA. , za pośrednictwem Wikimedia Commons.

Trisomie są statystycznie częste i przedstawiają duże zmiany dla organizmu nosiciela. Mogą również występować u ludzi i są związane ze złożonymi chorobami lub zespołami.

Istnieją trisomie u ludzi znane wszystkim. Najczęściej uczęszczaną, częstą i znaną ze wszystkich jest trisomia chromosomu 21, najczęstsza przyczyna tak zwanego zespołu Downa.

Istnieją inne trisomie u ludzi, które stanowią duży fizjologiczny koszt dla nosiciela. Wśród nich jest trisomia chromosomu X, która stanowi ogromne wyzwanie dla kobiety, która na nią cierpi.

Każdy żywy organizm eukariotyczny może mieć trisomię. Ogólnie rzecz biorąc, u roślin każda zmiana liczby chromosomów (aneuploidia) jest znacznie bardziej szkodliwa niż wzrost liczby dopełniacza chromosomalnego gatunku. U innych zwierząt z reguły aneuploidie są również przyczyną wielu chorób.

Trisomia chromosomu 21 (zespół Downa: 47, +21)

Trisomia (całkowita) chromosomu 21 u ludzi determinuje obecność 47 chromosomów w diploidalnych komórkach somatycznych. Dwadzieścia dwie pary zapewniają 44 chromosomy, podczas gdy trio na chromosomie 21 dostarcza jeszcze trzy - z których jedna jest nadliczbowa. Innymi słowy, jest to chromosom, którego „jest za dużo”.

Opis i trochę historii

Trisomia chromosomu 21 jest najczęstszą aneuploidią u ludzi. Podobnie, ta trisomia jest również najczęstszą przyczyną zespołu Downa. Jednakże, chociaż inne trisomie somatyczne są częstsze niż te na chromosomie 21, większość z nich jest bardziej śmiertelna na etapach embrionalnych.

Oznacza to, że zarodki z trisomią 21 mogą dojść do urodzenia, podczas gdy inne zarodki trisomiczne nie mogą. Ponadto przeżycie poporodowe jest znacznie wyższe u dzieci z trisomią na chromosomie 21 ze względu na niską częstotliwość genów tego chromosomu.

Innymi słowy, liczba kopii kilku genów zostanie zwiększona, ponieważ chromosom 21 jest najmniejszym autosomem ze wszystkich.

Zespół Downa został po raz pierwszy opisany przez angielskiego lekarza Johna Langdona Downa w okresie od 1862 do 1866 roku. Jednak związek choroby z chromosomem 21 ustalono około sto lat później. W badaniach tych uczestniczyli francuscy badacze Marthe Gautier, Raymond Turpin i Jèrôme Lejeune.

Genetyczne przyczyny choroby

Trisomia chromosomu 21 jest spowodowana połączeniem dwóch gamet, z których jedna jest nosicielem więcej niż jednej kopii, całkowitej lub częściowej, chromosomu 21. Istnieją trzy sposoby, w jakie może się to zdarzyć.

W pierwszym z nich, u jednego z rodziców, nierozłączność chromosomów 21 podczas mejozy powoduje powstanie gamety z dwoma chromosomami 21 zamiast jednego. Nondisjunction oznacza „brak separacji lub segregacji”. To właśnie gameta może zapoczątkować prawdziwą trisomię poprzez połączenie innej gamety z pojedynczą kopią chromosomu 21.

Inną mniej powszechną przyczyną tej trisomii jest tak zwana translokacja Robertsona. W nim długie ramię chromosomu 21 przemieszcza się na inny chromosom (zwykle 14). Połączenie jednej z tych gamet z inną prawidłową spowoduje powstanie zarodków z prawidłowymi kariotypami.

Jednak pojawią się dodatkowe kopie odziedziczonego materiału z chromosomu 21, który jest wystarczającą przyczyną choroby. Zespół może być również spowodowany innymi aberracjami chromosomowymi lub mozaicyzmem.

W mozaice osobnik ma komórki o prawidłowych kariotypach, naprzemiennie z komórkami o nieprawidłowych kariotypach (trisomiczne dla chromosomu 21).

Brak dysjunkcji mejotycznej podczas mejozy gametycznej feneniny lub oogenezy. Zaczerpnięte z https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Trisomy_due_to_nondisjunction_in_maternal_meiosis_1.png. Via Wikimedia Commons.

Manifestacja choroby

Podstawową przyczyną zespołu Downa jest zwiększona ekspresja niektórych enzymów spowodowana istnieniem trzech kopii genów na chromosomie 21 zamiast dwóch.

Ta zwiększona ekspresja prowadzi do zmian w normalnej fizjologii osobnika. Niektóre z enzymów w ten sposób dotkniętych to dysmutaza ponadtlenkowa i beta-syntaza cystationowa. Wiele innych jest związanych z syntezą DNA, pierwotnym metabolizmem i zdolnościami poznawczymi jednostki.

Choroba objawia się na różnych poziomach. Jednymi z najważniejszych, decydujących o długości życia osób dotkniętych trisomią, są wrodzone wady serca.

Inne schorzenia dotykające chore osoby obejmują między innymi nieprawidłowości w przewodzie pokarmowym, zaburzenia hematologiczne, endokrynologiczne, laryngologiczne i układu mięśniowo-szkieletowego, a także zaburzenia widzenia.

Ważne są również zaburzenia neurologiczne, obejmujące łagodne do umiarkowanych trudności w nauce. U większości dorosłych osób z zespołem Downa rozwija się choroba Alzheimera.

Diagnoza i badania w innych żywych systemach

Diagnozę prenatalną Downa można przeprowadzić na kilka sposobów. Obejmuje to badanie ultrasonograficzne, a także pobieranie próbek kosmków kosmówkowych i amniopunkcję. Oba mogą być użyte do zliczania chromosomów, ale stwarzają pewne ryzyko.

Inne, bardziej nowoczesne testy obejmują analizę chromosomów FISH, inne techniki immunohistologiczne i testy polimorfizmu genetycznego oparte na amplifikacji DNA metodą PCR.

Badanie trisomii chromosomu 21 w układach gryzoni pozwoliło nam przeanalizować syndrom bez eksperymentowania z ludźmi. W ten sposób związki genotyp / fenotyp zostały bezpiecznie i rzetelnie przeanalizowane.

W ten sam sposób można było przystąpić do testowania strategii i środków terapeutycznych, które można następnie zastosować u ludzi. Najbardziej udanym modelem gryzoni w tych badaniach okazała się mysz.

Trisomie chromosomów płciowych u ludzi

Ogólnie aneuploidie chromosomów płciowych mają mniej skutków medycznych niż autosomy u ludzi. Samice gatunku ludzkiego to XX, a samce XY.

Najczęstsze trisomie płciowe u ludzi to XXX, XXY i XYY. Oczywiście nie może być osób YY, a tym bardziej YYY. Osobniki XXX to morfologicznie kobiety, podczas gdy XXY i XYY to mężczyźni.

Zespół potrójnego X (47, XXX)

Osoby XXX u ludzi to kobiety z dodatkowym chromosomem X. Fenotyp związany z chorobą zmienia się wraz z wiekiem, ale na ogół osoby dorosłe mają normalny fenotyp.

Statystycznie jedna na tysiąc kobiet to XXX. Częstą cechą fenotypową kobiet XXX jest przedwczesny wzrost i rozwój oraz niezwykle długie kończyny dolne.

Na innych poziomach kobiety XXX często mają zaburzenia słuchu lub rozwoju języka. Pod koniec okresu dojrzewania zwykle przezwyciężają problemy związane z ich przystosowaniem społecznym, poprawia się ich jakość życia. Jednak zaburzenia psychiczne u kobiet XXX są częstsze niż u kobiet XX.

U kobiet jeden z chromosomów X jest dezaktywowany podczas normalnego rozwoju osobnika. Uważa się, że dwa z nich są inaktywowane u samic XXX. Uważa się jednak, że większość konsekwencji wynikających z trisomii wynika z braku równowagi genetycznej.

Oznacza to, że taka inaktywacja nie jest skuteczna ani wystarczająca, aby uniknąć różnic w ekspresji niektórych (lub wszystkich) genów. Jest to jeden z najlepiej zbadanych aspektów choroby z molekularnego punktu widzenia.

Podobnie jak w przypadku innych trisomii, prenatalne wykrywanie trisomii potrójnej X jest nadal wspierane przez badanie kariotypu.

Zespół Kleinefeltera (47, XXY)

Mówi się, że osoby te są samcami gatunku z dodatkowym chromosomem X. Objawy aneuploidii różnią się w zależności od wieku danej osoby i zwykle diagnozuje się ją tylko u osób dorosłych.

Oznacza to, że ta aneuploidia płciowa nie powoduje tak silnych afektów, jak te spowodowane przez trisomie w chromosomach autosomalnych.

Dorosłe samce XXY produkują niewiele lub wcale nasienia, mają jądra i małego penisa, a także zmniejszone libido. Są wyżsi niż przeciętni, ale mają też mniej włosów na twarzy i ciele.

Mogą mieć powiększone piersi (ginekomastia), zmniejszoną masę mięśniową i słabe kości. Podawanie testosteronu jest zwykle pomocne w leczeniu niektórych endokrynologicznych aspektów choroby.

Zespół XYY (47, XYY)

Zespół ten występuje u samców gatunku ludzkiego (XY), którzy mają dodatkowy chromosom Y. Konsekwencje obecności dodatkowego chromosomu Y nie są tak dramatyczne, jak w przypadku innych trisomii.

Osobniki XYY są fenotypowo płci męskiej, regularnie wysocy i z lekko wydłużonymi kończynami. Wytwarzają normalne ilości testosteronu i nie mają szczególnych problemów behawioralnych ani problemów z nauką, jak wcześniej sądzono.

Wiele osób z XYY nie jest świadomych swojego statusu chromosomalnego. Są fenotypowo normalne, a także płodne.

Trisomie w innych organizmach

Wpływ aneuploidii na rośliny został przeanalizowany i porównany z efektem zmiany euploidii. Ogólnie rzecz biorąc, zmiany liczby w jednym lub kilku chromosomach są bardziej szkodliwe dla normalnego funkcjonowania jednostki niż zmiany w całych zestawach chromosomów.

Podobnie jak w opisanych przypadkach, brak równowagi w ekspresji wydaje się wyjaśniać szkodliwe skutki tych różnic.

Bibliografia

1. Herault, Y., Delabar, JM, Fisher, EMC, Tybulewicz, VLJ, Yu, E., Brault, V. (2017) Rodent models in Down syndrome research: impact and future. The Company of Biologists, 10: 1165–1186. doi: 10,1242 / dmm 029728
2. khtar, F., Bokhari, SRA 2018. Zespół Downa (trisomia 21). W: StatPearls. Treasure Island (Floryda): StatPearls Publishing; 2018 styczeń-. Dostępne pod adresem: ncbi.nlm.nih.gov
3. Otter, M., Schrander-Stumpel, CT, Curfs, LM (2010) Triple X syndrome: a review of the literatura. European Journal of Human Genetics, 18: 265–271.
4. Papavassiliou, P., Charalsawadi, C., Rafferty, K., Jackson-Cook, C. (2014) Mosaicism for trisomy 21: a review. American Journsl of Medical Genetica część A, 167A: 26–39.
5. Santorum, M., Wright, D., Syngelaki, A., Karagioti, N., Nicolaides, KH (2017) Dokładność połączonego testu pierwszego trymestru w badaniach przesiewowych w kierunku trisomii 21, 18 i 13. Ultrasound in Obstetrics & Gynecology, 49 : 714-720.
6. Tartaglia, NR, Howell, S., Sutherland, A., Wilson, R., Wilson, L. (2010) A review of trisomy X (47, XXX). Orphanet Journal of Rare Diseases, 5, ojrd.com