KROMOSZÓMA DUPLIKÁCIÓ: JELLEMZŐK ÉS PÉLDÁK - BIOLÓGIA - 2026

A kromoszómális sokszorosítás a DNS egy olyan frakcióját írja le, amely kétszer jelenik meg genetikai rekombináció termékeként. A kromoszómás duplikáció, géndupláció vagy amplifikáció az élőlények variabilitásának és evolúciójának egyik forrása.

A kromoszómális sokszorosítás egyfajta mutáció, mivel magában foglalja a kromoszómális régióban a DNS normál szekvenciájának megváltozását. A kromoszómális szintű egyéb mutációk magukban foglalják a kromoszómális beilleszkedéseket, inverziókat, transzlokációkat és deléciókat.

Kromoszómális vagy kromoszómális sokszorosítás. Udvariasság: Nemzeti Humán Génkutató Intézet, a Wikimedia Commonson keresztül

A kromoszómás duplikációk ugyanazon forráshelyen fordulhatnak elő, mint a duplikált fragmentum. Ezek a kötegelt ismétlések. A kötegelt másolatok kétféle lehetnek: közvetlen vagy fordított.

Közvetlen másolatok azok, amelyek megismételik az információt és az ismételt fragmentum tájolását. A kötegelt fordított másolatú fragmensekben az információ megismétlődik, de a fragmensek ellentétes irányba mutatnak.

Más esetekben a kromoszóma-duplikáció megtörténhet egy másik helyen vagy akár egy másik kromoszómán is. Ez létrehozza a szekvencia ektopikus másolatát, amely szubsztrátként funkcionálhat a keresztezésnél, és a rendellenes rekombinációk forrása lehet. Az érintett mérettől függően a másolatok lehetnek makro- vagy mikroduplikációk.

Evolúciós szempontból a duplikációk változékonyságot és változást generálnak. Az egyéni szinten azonban a kromoszómás megduplázódás súlyos egészségügyi problémákat okozhat.

A kromoszómás duplikációk mechanizmusa

A sokszorosítások leggyakrabban azokban a DNS-régiókban fordulnak elő, amelyek ismétlődő szekvenciákkal rendelkeznek. Ezek a rekombinációs események szubsztrátjai, még akkor is, ha a nem teljesen homológ régiók között fordulnak elő.

Ezeket a rekombinációkat illegitimnek mondják. Mechanikailag függnek a szekvencia hasonlóságtól, de genetikailag nem homológ kromoszómák között is végrehajthatók.

Az emberben többféle ismétlődő szekvencia van. A nagyon ismétlődőek közé tartozik az úgynevezett műholdas DNS, amely a centromerekre korlátozódik (és néhány heterokromatikus régióra).

Mások, közepesen ismétlődőek, például a tétel megismétli ezt a riboszomális RNS-t. Ezek az ismétlődő vagy duplikált régiók nagyon specifikus helyekben helyezkednek el, úgynevezett nucleolus szervező régióknak (NOR).

Az emberekben a NOR-ok öt különböző kromoszóma szubtelomer régióiban helyezkednek el. Minden NOR, a maga részéről, ugyanazon kódoló régió százait-ezer példányát alkotja, különböző szervezetekben.

De vannak más ismétlődő régiók, amelyek szétszórtan vannak a genomban, különböző összetételű és méretű. Mindegyik képes rekombinálni és duplikációkat válthat ki. Valójában sokuk a saját sokszorosításának eredménye, in situ vagy méhen kívüli. Ide tartoznak többek között a miniszatellitok és a mikroszatellitok.

A kromoszómális megkettőződések, ritkábban, nem homológ végek összekapcsolásával is előfordulhatnak. Ez egy nem homológ rekombinációs mechanizmus, amelyet megfigyelnek néhány DNS kettős sáv törés helyrehozási eseményében.

Kromoszómás duplikációk a gének evolúciójában

Ha egy gént ugyanazon a helyen, vagy akár egy másikban másolják, akkor szekvenciával és jelentéssel rendelkező locust hoz létre. Vagyis egy értelmes sorrend. Ha így marad, akkor a szülői gén kettős génje, és onnan származik.

De lehet, hogy nem esik ugyanolyan szelektív nyomás alá, mint a szülőgén, és mutálódhat. Ezeknek a változásoknak az összege néha új funkció megjelenéséhez vezethet. Már a gén is új gén lesz.

Az ősi globin lókusz megkettőzése például az evolúcióhoz vezetett a globin család megjelenéséhez. Az ezt követő áttelepítések és egymást követő átfedések a család növekedését eredményezték, ha az új tagok ugyanazt a funkciót látják el, de alkalmasak más körülményekre.

A globin géncsalád. Yuhrt, a Wikimedia Commons segítségével.

Kromoszómás duplikációk a fajok fejlődésében

Egy szervezetben egy gén megkettőződése ahhoz vezet, hogy egy párhuzamos génnek nevezett másolatot generáljunk. Egy jól megvizsgált eset a fent említett globin gének esete. Az egyik legismertebb globin a hemoglobin.

Nagyon nehéz elképzelni, hogy csak egy gén kódoló régióját lemásolják. Ezért minden paralogue-gén társult a párhuzamos régióban lévő paralogue-régióval.

Az evolúció során a kromoszómás megduplázódások különböző módon játszottak fontos szerepet. Egyrészt másolják azokat az információkat, amelyek új funkciókat eredményezhetnek, ha a géneket egy előző funkcióval helyettesítik.

Másrészt, ha a duplikációt egy másik genomi környezetbe helyezzük (például egy másik kromoszóma), eltérő szabályozással rendelkező paralogot hozhat létre. Más szavakkal, nagyobb adaptációs kapacitást képes generálni.

Végül rekombinációval létrejönnek a csererégiók is, amelyek nagy genomiális átrendeződésekhez vezetnek. Ez viszont a specifikációs események eredetét reprezentálhatja, különös tekintettel a makroevolúciós vonalokra.

A mikroduplációk által az egyénben okozott problémák

A következő generációs szekvenálási technológiák fejlődése, valamint a kromoszómafestés és a hibridizáció most új társulásokat tesz lehetővé. Ezek a társulások magukban foglalják bizonyos betegségek megnyilvánulását a genetikai információ megszerzése (megkettőzése) vagy elvesztése (törlése) miatt.

A genetikai duplikációk a géndózis megváltoztatásával és aberráns keresztezésekkel járnak. Mindenesetre a genetikai információk egyensúlyhiányához vezetnek, amely néha betegség vagy szindróma formájában nyilvánul meg.

Például az 1A típusú Charcot-Marie-Tooth szindróma a PMP22 gént tartalmazó régió mikroduplációjával jár. A szindróma az örökletes szenzoros és motoros neuropathia néven is ismert.

Vannak olyan kromoszómális fragmensek, amelyek hajlamosak ezekre a változásokra. Valójában a 22q11 régió számos alacsony példányszámú ismétlést hordoz a genom ezen részére.

Vagyis a 22. kromoszóma hosszú karjának 11. sávának régiójából. Ezek a duplikációk számos genetikai rendellenességgel társulnak, beleértve a mentális retardációt, a szem rendellenességeket, mikrocephalyt stb.

Nagyobb mértékű másolat esetén részleges triszómiák léphetnek fel, amelyek káros hatással lehetnek a szervezet egészségére.

Irodalom

1. Cordovez, JA, Capasso, J., Lingao, MD, Sadagopan, KA, Spaeth, GL, Wasserman, BN, Levin, AV (2014) A 22q11.2 mikrodupláció szemészeti megnyilvánulása. Ophthalmology, 121: 392-398.
2. Goodenough, UW (1984), Genetics. WB Saunders Co. Ltd, Philadelphia, PA, USA.
3. Griffiths, AJF, Wessler, R., Carroll, SB, Doebley, J. (2015). Bevezetés a genetikai elemzéshez (11. kiadás). New York: WH Freeman, New York, NY, USA.
4. Hardison, RC (2012) A hemoglobin és gének evolúciója. Cold Spring Harbor perspektívák az orvostudományban 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 és mikroduplitációs szindrómák. Journal of Histochemistry & Cytochemistry 60, doi: 10.1369 / 0022155412440001