Chromozómy. Chromozomálne abnormality v hematológii - klasifikácia Všeobecné informácie o zvieracích chromozómoch
Živý denník
Facebook
TwitterNiekedy nám dajú úžasné prekvapenia. Viete napríklad, čo sú to chromozómy a ako ovplyvňujú?
Navrhujeme pozrieť sa na tento problém, aby sme raz a navždy rozdelili ja.
Pri pohľade na rodinné fotografie ste si možno všimli, že členovia tej istej rodiny sa na seba podobajú: deti vyzerajú ako rodičia, rodičia ako starí rodičia. Táto podobnosť sa prenáša z generácie na generáciu prostredníctvom úžasných mechanizmov.
Všetky živé organizmy, od jednobunkových organizmov až po slony africké, obsahujú v bunkovom jadre chromozómy – tenké, dlhé vlákna, ktoré možno vidieť len elektrónovým mikroskopom.
Chromozómy (starogr. χρῶμα - farba a σῶμα - telo) sú nukleoproteínové štruktúry v bunkovom jadre, v ktorých je sústredená väčšina dedičných informácií (génov). Sú navrhnuté tak, aby uchovávali tieto informácie, implementovali ich a prenášali.
Koľko chromozómov má človek
Koncom 19. storočia vedci zistili, že počet chromozómov u rôznych druhov nie je rovnaký.
Napríklad hrášok má 14 chromozómov, y má 42, a u ľudí – 46 (to znamená 23 párov). Preto vzniká pokušenie dospieť k záveru, že čím viac ich je, tým je stvorenie, ktoré ich vlastní, zložitejšie. V skutočnosti to však absolútne neplatí.
Z 23 párov ľudských chromozómov je 22 párov autozómov a jeden pár sú gonozómy (pohlavné chromozómy). Pohlavia majú morfologické a štrukturálne (génové zloženie) rozdiely.
V ženskom organizme pár gonozómov obsahuje dva X chromozómy (XX-pár) a v mužskom organizme jeden X-chromozóm a jeden Y-chromozóm (XY-pár).
Pohlavie nenarodeného dieťaťa závisí od zloženia chromozómov dvadsiateho tretieho páru (XX alebo XY). To je určené oplodnením a splynutím ženských a mužských reprodukčných buniek.
Táto skutočnosť sa môže zdať čudná, ale z hľadiska počtu chromozómov sú ľudia podradní voči mnohým zvieratám. Napríklad nejaká nešťastná koza má 60 chromozómov a slimák 80.
Chromozómy pozostávajú z proteínu a molekuly DNA (deoxyribonukleovej kyseliny), podobne ako dvojitá špirála. Každá bunka obsahuje asi 2 metre DNA a celkovo je v bunkách nášho tela asi 100 miliárd km DNA.
Zaujímavým faktom je, že ak je chromozóm navyše alebo ak aspoň jeden zo 46 chýba, u človeka dochádza k mutácii a vážnym vývojovým abnormalitám (Downova choroba atď.).
Obsahujúce gény. Názov „chromozóm“ pochádza z gréckych slov (chroma - farba, farba a sóma - telo) a je spôsobený tým, že keď sa bunky delia, intenzívne sa zafarbujú v prítomnosti základných farbív (napríklad anilínu).
Mnoho vedcov sa od začiatku 20. storočia zamýšľalo nad otázkou: „Koľko chromozómov má človek? Takže až do roku 1955 boli všetky „mysle ľudstva“ presvedčené, že počet chromozómov u ľudí je 48, t.j. 24 párov. Dôvodom bolo, že Theophilus Painter (texaský vedec) ich podľa súdneho rozhodnutia (1921) nesprávne spočítal v prípravných rezoch ľudských semenníkov. Následne k tomuto názoru dospeli aj iní vedci s použitím rôznych metód výpočtu. Dokonca aj po vyvinutí metódy na oddelenie chromozómov výskumníci nespochybnili Painterov výsledok. Chybu objavili vedci Albert Levan a Jo-Hin Thio v roku 1955, ktorí presne vypočítali, koľko párov chromozómov má človek, konkrétne 23 (na ich počítanie bola použitá modernejšia technológia).
Somatické a zárodočné bunky obsahujú u biologických druhov odlišnú sadu chromozómov, čo sa nedá povedať o morfologických charakteristikách chromozómov, ktoré sú konštantné. majú zdvojenú (diploidnú sadu), ktorá je rozdelená na páry identických (homologických) chromozómov, ktoré sú si podobné morfológiou (štruktúrou) a veľkosťou. Jedna časť je vždy otcovského pôvodu, druhá materinského pôvodu. Ľudské pohlavné bunky (gaméty) sú reprezentované haploidnou (jedinou) sadou chromozómov. Keď je vajíčko oplodnené, haploidné sady ženských a mužských gamét sú spojené do jedného jadra zygoty. V tomto prípade sa obnoví dvojité vytáčanie. S presnosťou sa dá povedať, koľko má človek chromozómov – je ich 46, pričom 22 párov z nich sú autozómy a jeden pár sú pohlavné chromozómy (gonozómy). Pohlavia majú rozdiely – morfologické aj štrukturálne (génové zloženie). V ženskom organizme pár gonozómov obsahuje dva X chromozómy (XX-pár) a v mužskom organizme jeden X- a Y-chromozóm (XY-pár).
Morfologicky sa chromozómy menia pri delení buniek, kedy sa zdvojujú (s výnimkou zárodočných buniek, v ktorých duplikácia nevzniká). Toto sa opakuje mnohokrát, ale nepozoruje sa žiadna zmena v sade chromozómov. Chromozómy sú najvýraznejšie v jednom zo štádií bunkového delenia (metafáza). Počas tejto fázy sú chromozómy reprezentované dvoma pozdĺžne rozdelenými formáciami (sesterské chromatidy), ktoré sa zužujú a spájajú v oblasti takzvanej primárnej konstrikcie alebo centroméry (povinný prvok chromozómu). Teloméry sú konce chromozómu. Štrukturálne sú ľudské chromozómy reprezentované DNA (deoxyribonukleová kyselina), ktorá kóduje gény, ktoré ich tvoria. Gény zase nesú informáciu o konkrétnej vlastnosti.
Individuálny vývoj bude závisieť od toho, koľko chromozómov má človek. Existujú pojmy ako: aneuploidia (zmena počtu jednotlivých chromozómov) a polyploidia (počet haploidných sád je väčší ako diploidných). Tieto môžu byť niekoľkých typov: strata homológneho chromozómu (monozómia) alebo vzhľad (trizómia - jeden navyše, tetrazómia - dva navyše atď.). To všetko je dôsledkom genómových a chromozomálnych mutácií, ktoré môžu viesť k patologickým stavom, ako je Klinefelterov syndróm, Shereshevsky-Turnerov syndróm a iné ochorenia.
Až dvadsiate storočie teda dalo odpovede na všetky otázky a teraz každý vzdelaný obyvateľ planéty Zem vie, koľko má človek chromozómov. Pohlavie nenarodeného dieťaťa závisí od zloženia 23 párov chromozómov (XX alebo XY), a to sa určuje počas oplodnenia a fúzie ženských a mužských reprodukčných buniek.
32. Mitotické chromozómy. Morfologická organizácia a funkcie. Karyotyp (na príklade osoby).
Mitotické chromozómy sa tvoria v bunke počas mitózy. Sú to nefunkčné chromozómy a molekuly DNA v nich sú zbalené extrémne tesne. Stačí povedať, že celková dĺžka metafázových chromozómov je približne 104-krát menšia ako dĺžka celej DNA obsiahnutej v jadre. Vďaka tejto kompaktnosti mitotických chromozómov je zabezpečená rovnomerná distribúcia genetického materiálu medzi dcérskymi bunkami počas mitózy. karyotyp- súbor charakteristík (počet, veľkosť, tvar atď.) úplného súboru chromozómov, ktoré sú vlastné bunkám daného biologického druhu ( druhový karyotyp ), tento organizmus ( individuálny karyotyp ) alebo línia (klon) buniek. Karyotyp sa niekedy nazýva aj vizuálna reprezentácia kompletnej sady chromozómov (karyogram).
Stanovenie karyotypu
Vzhľad chromozómov sa počas bunkového cyklu výrazne mení: počas interfázy sú chromozómy lokalizované v jadre, spravidla despiralizované a ťažko pozorovateľné, preto sa na určenie karyotypu používajú bunky v jednej z fáz ich delenia - metafáza mitózy.
Postup stanovenia karyotypu
Pre postup stanovenia karyotypu možno použiť akúkoľvek populáciu deliacich sa buniek, na určenie ľudského karyotypu buď mononukleárne leukocyty extrahované zo vzorky krvi, ktorých delenie je vyvolané pridaním mitogénov, alebo kultúry buniek, ktoré rýchlo normálne sa delia (kožné fibroblasty, bunky kostnej drene). Populácia bunkovej kultúry je obohatená zastavením bunkového delenia v metafázovom štádiu mitózy pridaním kolchicínu, alkaloidu, ktorý blokuje tvorbu mikrotubulov a „naťahovanie“ chromozómov k pólom bunkového delenia, a tým bráni dokončeniu mitózy.
Výsledné bunky v štádiu metafázy sa fixujú, farbia a fotografujú pod mikroskopom; zo súboru výsledných fotografií sa tvoria fotografie tzv. systematický karyotyp - očíslovaná sada párov homológnych chromozómov (autozómov), obrazy chromozómov sú orientované vertikálne krátkymi ramenami nahor, sú očíslované zostupne podľa veľkosti, pár pohlavných chromozómov je umiestnený na konci sady (pozri obr. 1).
Historicky prvé nedetailné karyotypy, ktoré umožňovali klasifikáciu podľa morfológie chromozómov, sa získali pomocou farbenia Romanovského-Giemsa, ale ďalšie podrobnosti o štruktúre chromozómov v karyotypoch boli možné s príchodom rôznych techník farbenia chromozómov.
Klasické a spektrálne karyotypy.
33. Reprodukcia chromozómov v pro- a eukaryotoch, vzťah s bunkovým cyklom.
Typicky bunkový cyklus v eukaryotoch pozostáva zo štyroch časových období: mitóza(M),presyntetické(G1),syntetický(S) A postsyntetické(G2) fázy (obdobia). Je známe, že celkové trvanie ako celého bunkového cyklu, tak aj jeho jednotlivých fáz sa výrazne líši nielen v rôznych organizmoch, ale aj v bunkách rôznych tkanív a orgánov toho istého organizmu.
Univerzálna teória bunkového cyklu naznačuje, že bunka ako celok prechádza sériou stavov počas bunkového cyklu ( Hartwell L., 1995). V každom kritickom stave regulačné proteíny podstupujú fosforyláciu alebo defosforyláciu, ktorá určuje prechod týchto proteínov do aktívneho alebo neaktívneho stavu, ich vzťahy a/alebo bunkovú lokalizáciu.
Zmeny stavu buniek v určitých bodoch cyklu sú organizované špeciálnou triedou proteínkináz - cyklín-dependentné kinázy(cyklín-dependentné kinázy - CDK).Cdk tvoria komplexy so špecifickými proteínmi s krátkou životnosťou - cyklíny, čo spôsobuje ich aktiváciu, ako aj s inými pomocnými proteínmi.
Predpokladá sa, že najjednoduchší bunkový cyklus môže pozostávať iba z dvoch fáz - S a M, regulovaných zodpovedajúcim cdk. Tento hypotetický bunkový cyklus sa vyskytuje počas skorej embryogenézy v organizmoch s veľkými vaječnými bunkami, ako sú Xenopus a Drosophila. V týchto vajíčkach sú počas oogenézy predsyntetizované všetky zložky potrebné na viacnásobné delenie a uložené v cytoplazme. Preto po oplodnení dochádza k deleniu extrémne rýchlo a obdobiam G1 A G2 chýbajú.
Bunková proliferácia je riadená komplexnou sieťou extracelulárnych a intracelulárnych udalostí vedúcich buď k iniciácii a udržiavaniu bunkového cyklu, alebo k výstupu buniek do kľudová fáza.
Ústrednou udalosťou bunkového cyklu je replikácia DNA.
Replikácia DNA vyžaduje prítomnosť pomerne veľkého súboru enzýmov a proteínových faktorov; balenie novosyntetizovanej DNA do chromatínu tiež vyžaduje de novo syntézu histónov. Výraz génov, kódujúci uvedené proteíny, je špecifický pre S-fázu.
Po dokončení replikácie, keď je genetický materiál duplikovaný, bunka vstúpi do postsyntetického stavu. fáza G2, počas ktorej dochádza k príprave na mitózu.V dôsledku mitózy ( M-fáza) bunka sa rozdelí na dve dcérske bunky. Zvyčajne existujú dva kritické prechody medzi fázami - G1/S A G2/M 0.
Na základe diagramu bunkového cyklu môžeme usúdiť, že bunky by sa zastavili na bod obmedzenia R V fáza G1, ak by štádium G1 bolo biosyntetickou reakciou oveľa citlivejšou na inhibíciu celkovej syntézy proteínov ako akékoľvek iné fázovo špecifické reakcie v cykle.
Bolo navrhnuté, že na prekročenie reštrikčného bodu R musí koncentrácia niektorých spúšťacích proteínov prekročiť určitú prahovú úroveň.
Podľa tohto modelu akékoľvek podmienky, ktoré znižujú celkovú intenzitu Syntézy bielkovín, by mala oddialiť akumuláciu prahovej koncentrácie spúšťacieho proteínu, predĺžiť G1 fázu a spomaliť rýchlosť delenia buniek. V skutočnosti, keď bunky rastú in vitro v prítomnosti rôznych koncentrácií inhibítorov syntézy proteínov, bunkový cyklus sa značne predĺži, pričom čas potrebný na postup cez fázy S, G2 a M sa významne nemení. Pozorované predĺženie G1 fázy je v súlade s týmto modelom, za predpokladu, že každá molekula spúšťacieho proteínu zostáva aktívna v bunke len niekoľko hodín. Tento model tiež umožňuje vysvetliť inhibíciu rastu buniek pri zvýšení hustoty buniek alebo počas hladovania; Ako je známe, oba tieto faktory znižujú syntézu bielkovín a zastavujú bunkový cyklus v najcitlivejšom bode fázy G1 – v bode R.
Mechanizmy, ktoré riadia rast buniek v tkanive, zjavne priamo ovplyvňujú celkovú intenzitu syntézy proteínov v bunkách; Podľa tejto hypotézy budú bunky v neprítomnosti špecifických stimulačných faktorov (a/alebo v prítomnosti inhibičných faktorov) syntetizovať proteíny len na určitej bazálnej úrovni, ktorá zachováva status quo. Cm RB proteín: úloha v regulácii bunkového cyklu. V tomto prípade sa počet proteínov s priemernou rýchlosťou obnovy udrží na rovnakej úrovni ako v rastúcich bunkách a koncentrácia nestabilných proteínov (vrátane spúšťacieho proteínu sa zníži úmerne so znížením rýchlosti ich syntézy. Za podmienok vedúcich k urýchleniu všeobecnej syntézy proteínov množstvo spúšťacieho proteínu prekročí prahovú úroveň, ktorá bunkám umožní prejsť cez reštrikčný bod R a začať sa deliť.
Môžu byť numerické (karyotyp s abnormálnym počtom chromozómov v dôsledku straty alebo pridania chromozómu) alebo štrukturálne, čo znamená zmeny v štruktúre jednotlivých chromozómov (strata, preskupenie alebo pridanie chromozómových segmentov). Numerické a štrukturálne abnormality môžu koexistovať v tej istej nádorovej bunke.
Bunka s normálnou sadou 46 štrukturálne normálnych chromozómov sa nazýva diploidný. Bunky so 46 chromozómami, ale s numerickými chromozomálnymi abnormalitami (ako je strata jedného chromozómu a pridanie ďalšieho) sa nazývajú pseudodiploidné. Abnormálny počet chromozómov sa nazýva aneuploidia, prítomnosť viac ako 46 chromozómov sa nazýva hyperdiploidia a menej ako 46 chromozómov sa nazýva hypodiploidia.
Strata jednej kópie chromozómov vedie k monozómii na tomto chromozóme, strata oboch kópií vedie k nulizómii, objavenie sa ďalšej kópie chromozómu vedie k trizómii na tomto chromozóme a zriedkavejší výskyt dvoch ďalších kópií vedie k tetrazómii. Pridanie a strata chromozómov sú označené znamienkom plus alebo mínus. Napríklad 45,XY,-7 je karyotyp mužskej bunky s monozómiou na chromozóme 7 a 47,XX,+8 je karyotyp ženskej bunky s trizómiou na chromozóme 8.
Najbežnejší získaná trizómia na 8. chromozóme, ktoré sa vyskytujú pri akútnej myeloidnej leukémii, myelodysplastických syndrómoch a blastickej kríze chronickej myeloidnej leukémie. Ďalšie trizómie pri myeloproliferatívnych ochoreniach zahŕňajú +4, +6, +9, +11, +13, +19, +21, pri akútnej lymfoblastickej leukémii - +4, +6, +10, +14, +17, +18, +20, +21 a +X.
Číselné chromozomálne abnormalityČasté sú najmä pri akútnej lymfoblastickej leukémii a majú prognostický význam (hyperdiploidia – priaznivá, hypodiploidia – nepriaznivá). Najčastejšia cytogenetická abnormalita pri chronickej lymfocytovej leukémii, trizómia 12, je spojená so zlou prognózou. Pri mnohopočetnom myelóme sa v 90 % prípadov identifikujú rôzne varianty aneuploidie.
Štrukturálne chromozomálne abnormality
IN nádorových buniek U pacientov s onkohematologickými ochoreniami možno nájsť širokú škálu štrukturálnych abnormalít, ktoré sú presne definované: delécie, izochromozómy, dicentrické a izodicentrické chromozómy, inverzie, kruhové chromozómy, translokácie, inzercie, duplikácie, duplikované minichromozómy a markerové chromozómy.
Chromozomálna delécia(del) - strata chromozomálneho segmentu. Existujú intersticiálne a terminálové vymazania. Pri intersticiálnej delécii sa stratí vnútorný chromozomálny segment a priľahlé distálne a proximálne segmenty sú spojené. Intersticiálna delécia del(5)(ql3q33) indikuje stratu oblasti dlhého ramena chromozómu 5 medzi segmentmi ql3 a q33.
S terminálom vymazania chýba koniec chromozómu, napríklad del(7)(q22) delécia znamená stratu chromozomálneho materiálu zo segmentu q22 dlhého ramena chromozómu 7 až po jeho teloméru vrátane. Význam chromozomálnych delécií pri rozvoji onkohematologických ochorení pravdepodobne určuje strata tumor supresorových génov.
izochromozóm(i) - štrukturálne abnormálny chromozóm pozostávajúci z dvoch identických ramien orientovaných ako zrkadlový obraz jeden druhého. Izochromozómy môžu byť monocentrické (obsahujúce jednu centroméru) a dicentrické alebo izodicentrické (dve centroméry). Napríklad izochromozóm i(17q), ktorý sa často nachádza ako sekundárna cytogenetická abnormalita pri blastickej kríze chronickej myeloidnej leukémie, pozostáva z dvoch dlhých ramien.
Dôležitý dôsledok vzdelanie i(17q) zahŕňa stratu krátkeho ramena 17p, ktoré obsahuje tumor supresorový gén p53.
Inverzia(inv) - štrukturálna chromozomálna zmena spočívajúca v rotácii chromozomálneho segmentu o 180°. Existujú pericentrické a paracentrické inverzie. Pri pericentrickej inverzii segment so zmenenou orientáciou obsahuje centroméru. Pri paracentrickej inverzii sa obrátený segment nachádza v krátkom alebo dlhom ramene chromozómu a nezahŕňa centroméru.
Pericentrická inverzia inv(16)(pl3q22) sa často deteguje vo variante M4 akútnej myeloidnej leukémie a inv(3)(q21q26), ktorý sa nachádza vo variante M7, môže slúžiť ako príklad paracentrickej inverzie. Molekulárnymi dôsledkami inverzií je pohyb génov do nezvyčajnej polohy a zmeny v ich regulácii.
Prstencový chromozóm(r - z anglického ring) je abnormálny chromozóm, ktorého obe ramená, krátke aj dlhé, sú roztrhané a body zlomu sú navzájom spojené a vytvárajú uzavretú štruktúru (prsteň). Kruhové chromozómy sa zriedkavo nachádzajú pri hematologických rakovinách.
Chromozomálna translokácia(t) - výmena genetického materiálu medzi nehomologickými chromozómami. Existujú recipročné a nerecipročné translokácie. Pri recipročnej translokácii dochádza na rozdiel od nerecipročných translokácií k vzájomnej výmene fragmentov medzi dvoma, menej často tromi a viacerými chromozómami bez straty genetického materiálu. Pri onkohematologických ochoreniach bol popísaný veľký počet translokácií a v mnohých prípadoch boli identifikované súvisiace molekulárne zmeny a mechanizmy malígnej transformácie.
Združenie určitých chromozomálne translokácie s určitými formami malígnych nádorov je dobre známy pri hemoblastózach. Translokácie v ľudských leukémiách a lymfómoch buď aktivujú bunkové protoonkogény, alebo vedú k tvorbe fúzovaných „chimérických“ génov, ktoré podporujú malígnu transformáciu hematopoetických buniek. Molekulárno-genetická analýza bodov zlomu ukazuje, že genetické translokácie menia štruktúru alebo reguláciu génov dôležitých pre rast a/alebo diferenciáciu zodpovedajúceho bunkového typu.
V tomto smere ich možno použiť na diferenciálnu diagnostiku myeloproliferatívnych a lymfoproliferatívnych ochorení.
Príklad translokácie, ktorá sa aktivuje bunkový protoonkogén v dôsledku jeho pohybu pod kontrolou regulačného elementu iného génu umiestneného na inom chromozóme - t(14;18)(q32;q21), ktorý je prirodzene detekovaný vo folikulárnych non-Hodgkinových lymfómoch a má patogenetický význam. Chromozómové zlomové body sa nachádzajú v segmentoch q32 chromozómu 14 a q21 chromozómu 18; v dôsledku toho dochádza k výmene chromozomálnych fragmentov medzi chromozómami 14 a 18 s prenosom onkogénu bcl-2 z chromozómu 18 na chromozóm 14.
To vedie k dysregulácia a nekontrolovaná expresia antiapoptotického génu bcl-2, akumulácia centrocytov s dlhou životnosťou a podpora malígnej transformácie.
Translokácia t(9;22)(q34;qll) je príkladom tvorby chimérického génu bcr/abl, ktorý vzniká fúziou génu bcr z lokusu 22qll a génu abl z lokusu 9q34. Nový gén je exprimovaný za vzniku bcr/abl-mRNA a proteínu so zvýšenou tyrozínkinázovou aktivitou a schopnosťou indukovať neobmedzenú bunkovú proliferáciu. Toto chromozomálne preskupenie sa zistí u 95-97% pacientov s chronickou myeloidnou leukémiou.
Príklad komplexu translokácie zahŕňajúce tri chromozómy - translokáciu t(3;9;22)(ql3;q34;qll), ktorá sa vyskytuje medzi lokusmi 3ql3, 9q34 a 22qll, aj s tvorbou chimérického génu bcr/abl.
Dicentrický chromozóm(die) je štrukturálne abnormálny chromozóm s dvoma centromérami, ktorý je výsledkom recipročnej translokácie a obsahuje centroméry oboch chromozómov zapojených do translokácie. Dicentrický chromozóm dic(7;12)(pll;pll) sa vyskytuje pri akútnej lymfoblastickej leukémii.
Pridanie chromozomálneho materiálu(add - z anglického add) - pridanie chromozomálneho materiálu neznámeho pôvodu, ktoré je označené znamienkom plus. Napríklad 14q+ znamená prítomnosť ďalšieho genetického materiálu neznámeho pôvodu na dlhom ramene chromozómu 14.
Vkladanie(ins - z anglického insertion) - prítomnosť chromozomálneho segmentu v novej polohe v rovnakom alebo inom homológnom chromozóme (zriedkavé). Niektoré inzercie boli už skôr opísané ako translokácie, napríklad ins(3;3)(q26;q21q26) – vloženie segmentu umiestneného medzi lokusmi q21 a q26 chromozómu 3 do lokusu q26 iného chromozómu 3.
Duplikácia(dup) - prítomnosť ďalšej kópie chromozómového segmentu vedľa prvej kópie s vytvorením tandemu dvoch kópií duplikovaného segmentu. Príkladom je sekundárna chromozomálna abnormalita dup(l)(pl2->q31) pri akútnej lymfoblastickej leukémii. Na rozdiel od chromozomálnych duplikácií je možné molekulárne mikroduplikácie, ako je duplikácia časti génu ALL1, určiť iba molekulárnymi metódami.
Duplikované mini chromozómy(dmin) - markerové chromozómy bez centromér, ktoré sú zvyčajne výsledkom amplifikácie génu. Tieto malé, sférické, párové diplokokové štruktúry sú bežnejšie u solídnych nádorov ako u hematologických nádorov.
Markerové chromozómy(mar - z anglického marker) - termín sa používa na označenie štrukturálne abnormálnych chromozómov, ktoré nemajú identifikačné znaky. Karyotyp môže zahŕňať jeden alebo viac markerov. Prítomnosť jedného markerového chromozómu v karyotype je označená symbolom +mar, niekoľkými rôznymi - +marl, +mar2, +mar3 atď., niekoľkými kópiami jedného markera - +marl x2, +marl x3 atď.
Vrodené a získané chromozomálne zmeny
Numerické a štrukturálne chromozomálne abnormality môže byť vrodená alebo získaná. Vrodené chromozomálne abnormality sú prítomné vo všetkých alebo takmer vo všetkých bunkách tela už v najskorších štádiách embryogenézy. Získané chromozomálne abnormality sa vyskytujú v somatických bunkách a sú zvyčajne spojené s malígnou transformáciou. Vrodené chromozomálne abnormality sú spojené s dedičnými genetickými syndrómami (napríklad trizómia 21 - s Downovým syndrómom) alebo sú normálnym variantom.
Chromozómy sú hlavnými štruktúrnymi prvkami bunkového jadra, ktoré sú nositeľmi génov, v ktorých je zakódovaná dedičná informácia. Chromozómy, ktoré majú schopnosť reprodukovať sa, poskytujú genetické spojenie medzi generáciami.
Morfológia chromozómov súvisí so stupňom ich spiralizácie. Napríklad, ak sú v štádiu interfázy (pozri mitóza, meióza) chromozómy maximálne rozvinuté, t.j. despiralizované, potom so začiatkom delenia sa chromozómy intenzívne špiralizujú a skracujú. Maximálna špirála a skrátenie chromozómov sa dosiahne v štádiu metafázy, keď sa vytvoria relatívne krátke, husté štruktúry, ktoré sú intenzívne zafarbené základnými farbivami. Táto fáza je najvhodnejšia na štúdium morfologických charakteristík chromozómov.
Metafázový chromozóm sa skladá z dvoch pozdĺžnych podjednotiek - chromatíd [odhaľuje elementárne vlákna v štruktúre chromozómov (tzv. chromonemy alebo chromofibrily) s hrúbkou 200 Å, z ktorých každá pozostáva z dvoch podjednotiek].
Veľkosti rastlinných a živočíšnych chromozómov sa výrazne líšia: od zlomkov mikrónu až po desiatky mikrónov. Priemerná dĺžka ľudských metafázových chromozómov sa pohybuje od 1,5 do 10 mikrónov.
Chemickým základom štruktúry chromozómov sú nukleoproteíny - komplexy (pozri) s hlavnými proteínmi - histónmi a protamínmi.
Ryža. 1. Štruktúra normálneho chromozómu.
A - vzhľad; B - vnútorná štruktúra: 1-primárne zúženie; 2 - sekundárne zúženie; 3 - satelit; 4 - centroméra.
Jednotlivé chromozómy (obr. 1) sa odlišujú lokalizáciou primárnej konstrikcie, t.j. umiestnením centroméry (pri mitóze a meióze sa na toto miesto prichytia vretenovité závity, ktoré ju ťahajú k pólu). Keď sa stratí centroméra, fragmenty chromozómov strácajú schopnosť oddeľovať sa počas delenia. Primárna konstrikcia rozdeľuje chromozómy na 2 ramená. V závislosti od miesta primárnej konstrikcie sa chromozómy delia na metacentrické (obe ramená majú rovnakú alebo takmer rovnakú dĺžku), submetacentrické (ramená s nerovnakou dĺžkou) a akrocentrické (centroméra je posunutá na koniec chromozómu). Okrem primárneho možno v chromozómoch nájsť menej výrazné sekundárne zúženia. Malá koncová časť chromozómov oddelená sekundárnym zúžením sa nazýva satelit.
Každý typ organizmu sa vyznačuje svojou špecifickou (čo do počtu, veľkosti a tvaru chromozómov) takzvanou chromozómovou sadou. Celý dvojitý alebo diploidný súbor chromozómov sa označuje ako karyotyp.
Ryža. 2. Normálna chromozómová sada ženy (dva X chromozómy v pravom dolnom rohu).
Ryža. 3. Normálna chromozómová sada muža (v pravom dolnom rohu - chromozómy X a Y v poradí).
Zrelé vajíčka obsahujú jeden alebo haploidný súbor chromozómov (n), ktorý tvorí polovicu diploidného súboru (2n), ktorý je súčasťou chromozómov všetkých ostatných buniek tela. V diploidnom súbore je každý chromozóm reprezentovaný párom homológov, z ktorých jeden je materského a druhý otcovského pôvodu. Vo väčšine prípadov majú chromozómy každého páru rovnakú veľkosť, tvar a zloženie génov. Výnimkou sú pohlavné chromozómy, ktorých prítomnosť určuje vývoj tela v mužskom alebo ženskom smere. Normálny súbor ľudských chromozómov pozostáva z 22 párov autozómov a jedného páru pohlavných chromozómov. U ľudí a iných cicavcov je žena určená prítomnosťou dvoch chromozómov X a muž jedným chromozómom X a jedným chromozómom Y (obr. 2 a 3). V ženských bunkách je jeden z X chromozómov geneticky neaktívny a nachádza sa v interfázovom jadre vo forme (pozri). Štúdium ľudských chromozómov v zdraví a chorobe je predmetom lekárskej cytogenetiky. Zistilo sa, že odchýlky v počte alebo štruktúre chromozómov od normy, ktoré sa vyskytujú v reprodukčných orgánoch! bunky alebo v počiatočných štádiách fragmentácie oplodneného vajíčka, spôsobujú poruchy normálneho vývoja tela, spôsobujúce v niektorých prípadoch výskyt niektorých spontánnych potratov, mŕtvo narodených detí, vrodených deformít a vývojových abnormalít po narodení (chromozomálne ochorenia). Príklady chromozomálnych ochorení zahŕňajú Downovu chorobu (ďalší chromozóm G), Klinefelterov syndróm (ďalší chromozóm X u mužov) a (neprítomnosť Y alebo jedného z X chromozómov v karyotype). V lekárskej praxi sa chromozomálna analýza vykonáva buď priamo (na bunkách kostnej drene), alebo po krátkodobej kultivácii buniek mimo tela (periférna krv, koža, embryonálne tkanivo).
Chromozómy (z gréckeho chroma - farba a soma - telo) sú vláknité, samoreprodukujúce sa štruktúrne prvky bunkového jadra, obsahujúce faktory dedičnosti - gény - v lineárnom poradí. Chromozómy sú dobre viditeľné v jadre pri delení somatických buniek (mitóza) a pri delení (dozrievaní) zárodočných buniek – meióza (obr. 1). V oboch prípadoch sú chromozómy intenzívne zafarbené základnými farbivami a sú viditeľné aj na nezafarbených cytologických preparátoch vo fázovom kontraste. V interfázovom jadre sú chromozómy despiralizované a nie sú viditeľné vo svetelnom mikroskope, pretože ich priečne rozmery presahujú limity rozlíšenia svetelného mikroskopu. V tomto čase je možné pomocou elektrónového mikroskopu rozlíšiť jednotlivé úseky chromozómov vo forme tenkých vlákien s priemerom 100-500 Å. Jednotlivé nedespiralizované úseky chromozómov v interfázovom jadre sú viditeľné cez svetelný mikroskop ako intenzívne zafarbené (heteropyknotické) oblasti (chromocentá).
Chromozómy nepretržite existujú v bunkovom jadre a prechádzajú cyklom reverzibilnej špirály: mitóza-interfáza-mitóza. Základné vzorce štruktúry a správania sa chromozómov pri mitóze, meióze a pri oplodnení sú u všetkých organizmov rovnaké.
Chromozomálna teória dedičnosti. Chromozómy prvýkrát opísali I. D. Chistyakov v roku 1874 a E. Strasburger v roku 1879. V roku 1901 E. V. Wilson a v roku 1902 W. S. Sutton upozornili na paralelizmus v správaní chromozómov a mendelovské faktory dedičnosti - gény počas - pri meióze a počas oplodnenie a dospel k záveru, že gény sa nachádzajú v chromozómoch. V rokoch 1915-1920 Morgan (T.N. Morgan) a jeho spolupracovníci túto pozíciu dokázali, lokalizovali niekoľko stoviek génov v chromozómoch Drosophila a vytvorili genetické mapy chromozómov. Údaje o chromozómoch získané v prvej štvrtine 20. storočia tvorili základ chromozomálnej teórie dedičnosti, podľa ktorej je kontinuita charakteristík buniek a organizmov v rade ich generácií zabezpečená kontinuitou ich chromozómov.
Chemické zloženie a autoreprodukcia chromozómov. V dôsledku cytochemických a biochemických štúdií chromozómov v 30. a 50. rokoch 20. storočia sa zistilo, že pozostávajú z konštantných zložiek [DNA (pozri Nukleové kyseliny), základných proteínov (históny alebo protamíny), nehistónových proteínov] a variabilné zložky (RNA a s ňou spojený kyslý proteín). Základ chromozómov tvoria deoxyribonukleoproteínové vlákna s priemerom asi 200 Å (obr. 2), ktoré je možné spájať do zväzkov s priemerom 500 Å.
Objav Watsona a Cricka (J. D. Watson, F. N. Crick) v roku 1953 štruktúry molekuly DNA, mechanizmu jej autoreprodukcie (reduplikácie) a jadrového kódu DNA a rozvoj molekulárnej genetiky, ktorá vznikla potom, viedli k tzv. myšlienka génov ako častí molekuly DNA. (pozri Genetika). Boli odhalené vzorce autorreprodukcie chromozómov [Taylor (J. N. Taylor) et al., 1957], ktoré sa ukázali byť podobné vzorom autoreprodukcie molekúl DNA (semikonzervatívna reduplikácia).
Sada chromozómov- súhrn všetkých chromozómov v bunke. Každý biologický druh má charakteristickú a konštantnú sadu chromozómov, pevne stanovenú vo vývoji tohto druhu. Existujú dva hlavné typy sád chromozómov: jednoduché alebo haploidné (vo zvieracích zárodočných bunkách), označené n, a dvojité alebo diploidné (v somatických bunkách, ktoré obsahujú páry podobných, homológnych chromozómov od matky a otca), označené ako 2n .
Sady chromozómov jednotlivých biologických druhov sa výrazne líšia počtom chromozómov: od 2 (škrkavka konská) až po stovky a tisíce (niektoré výtrusné rastliny a prvoky). Počet diploidných chromozómov niektorých organizmov je nasledovný: ľudia - 46, gorily - 48, mačky - 60, potkany - 42, ovocné mušky - 8.
Veľkosti chromozómov sa tiež líšia medzi jednotlivými druhmi. Dĺžka chromozómov (v metafáze mitózy) sa pohybuje od 0,2 mikrónov u niektorých druhov do 50 mikrónov u iných a priemer od 0,2 do 3 mikrónov.
Morfológia chromozómov je dobre vyjadrená v metafáze mitózy. Na identifikáciu chromozómov sa používajú metafázové chromozómy. V takýchto chromozómoch sú dobre viditeľné obe chromatidy, do ktorých je pozdĺžne rozštiepený každý chromozóm a centroméra (kinetochor, primárna konstrikcia) spájajúca chromatidy (obr. 3). Centroméra je viditeľná ako zúžená oblasť, ktorá neobsahuje chromatín (pozri); sú k nemu pripojené závity achromatínového vretienka, vďaka čomu centroméra určuje pohyb chromozómov k pólom pri mitóze a meióze (obr. 4).
Strata centroméry, napríklad pri porušení chromozómu ionizujúcim žiarením alebo inými mutagénmi, vedie k strate schopnosti časti chromozómu, ktorému chýba centroméra (acentrický fragment) podieľať sa na mitóze a meióze a k jej strate z jadro. To môže spôsobiť vážne poškodenie buniek.
Centroméra rozdeľuje telo chromozómu na dve ramená. Umiestnenie centroméry je striktne konštantné pre každý chromozóm a určuje tri typy chromozómov: 1) akrocentrické alebo tyčinkovité chromozómy s jedným dlhým a druhým veľmi krátkym ramenom, pripomínajúcim hlavu; 2) submetacentrické chromozómy s dlhými ramenami nerovnakej dĺžky; 3) metacentrické chromozómy s ramenami rovnakej alebo takmer rovnakej dĺžky (obr. 3, 4, 5 a 7).
Ryža. 4. Schéma chromozómovej štruktúry v metafáze mitózy po pozdĺžnom rozštiepení centroméry: A a A1 - sesterské chromatidy; 1 - dlhé rameno; 2 - krátke rameno; 3 - sekundárne zúženie; 4- centroméra; 5 - vretenové vlákna.
Charakteristickými znakmi morfológie určitých chromozómov sú sekundárne zúženia (ktoré nemajú funkciu centroméry), ako aj satelity – malé úseky chromozómov spojené so zvyškom jeho tela tenkou niťou (obr. 5). Satelitné vlákna majú schopnosť vytvárať jadierka. Charakteristickou štruktúrou v chromozóme (chromoméry) je zhrubnutie alebo tesnejšie zvinuté úseky chromozómového vlákna (chromonemy). Chromomérový vzor je špecifický pre každý pár chromozómov.
Ryža. 5. Schéma morfológie chromozómov v anafáze mitózy (chromatida siahajúca k pólu). A - vzhľad chromozómu; B - vnútorná štruktúra toho istého chromozómu s jeho dvoma základnými chromonemami (hemichromatidami): 1 - primárna konstrikcia s chromomérmi tvoriacimi centroméru; 2 - sekundárne zúženie; 3 - satelit; 4 - satelitný závit.
Počet chromozómov, ich veľkosť a tvar v štádiu metafázy sú charakteristické pre každý typ organizmu. Kombinácia týchto charakteristík sady chromozómov sa nazýva karyotyp. Karyotyp môže byť znázornený v diagrame nazývanom idiogram (pozri ľudské chromozómy nižšie).
Pohlavné chromozómy. Gény určujúce pohlavie sú lokalizované v špeciálnom páre chromozómov – pohlavných chromozómoch (cicavce, ľudia); v iných prípadoch je iol určený pomerom počtu pohlavných chromozómov a všetkých ostatných, nazývaných autozómy (Drosophila). U ľudí, podobne ako u iných cicavcov, je ženské pohlavie determinované dvomi identickými chromozómami, označovanými ako X chromozómy, mužské pohlavie je determinované párom heteromorfných chromozómov: X a Y. V dôsledku redukčného delenia (meiózy) počas tzv. dozrievanie oocytov (pozri Oogenéza) u žien všetky vajíčka obsahujú jeden X chromozóm. U mužov v dôsledku redukčného delenia (dozrievania) spermatocytov obsahuje polovica spermií chromozóm X a druhá polovica chromozóm Y. Pohlavie dieťaťa je určené náhodným oplodnením vajíčka spermiou nesúcou chromozóm X alebo Y. Výsledkom je ženské (XX) alebo mužské (XY) embryo. V interfázovom jadre žien je jeden z chromozómov X viditeľný ako zhluk kompaktného pohlavného chromatínu.
Fungovanie chromozómov a jadrový metabolizmus. Chromozomálna DNA je templátom pre syntézu špecifických mediátorových molekúl RNA. K tejto syntéze dochádza, keď je daná oblasť chromozómu despiralizovaná. Príklady lokálnej aktivácie chromozómov sú: tvorba despiralizovaných chromozómových slučiek v oocytoch vtákov, obojživelníkov, rýb (takzvané kefky X-lamp) a opuchy (vydutiny) určitých chromozómových lokusov vo viacvláknových (polyténových) chromozómoch slinné žľazy a iné sekrečné orgány dvojkrídlového hmyzu (obr. 6). Príkladom inaktivácie celého chromozómu, teda jeho vylúčenia z metabolizmu danej bunky, je vytvorenie jedného z X chromozómov kompaktného telesa pohlavného chromatínu.
Ryža. 6. Polyténové chromozómy dvojkrídlového hmyzu Acriscotopus lucidus: A a B - oblasť ohraničená bodkovanými čiarami, v stave intenzívneho fungovania (puff); B - tá istá plocha v nefunkčnom stave. Čísla označujú jednotlivé chromozómové lokusy (chromoméry).
Ryža. 7. Chromozómová sada v kultúre mužských leukocytov periférnej krvi (2n=46).
Odhalenie mechanizmov fungovania polyténových chromozómov typu lampbrush a iných typov chromozómovej spiralizácie a despiralizácie je kľúčové pre pochopenie reverzibilnej diferenciálnej aktivácie génov.
Ľudské chromozómy. V roku 1922 T. S. Painter stanovil diploidný počet ľudských chromozómov (v spermatogónii) na 48. V roku 1956 Tio a Levan (N. J. Tjio, A. Levan) použili súbor nových metód na štúdium ľudských chromozómov: bunkovú kultúru; štúdium chromozómov bez histologických rezov na celobunkových preparátoch; kolchicín, ktorý vedie k zastaveniu mitóz v štádiu metafázy a akumulácii takýchto metafáz; fytohemaglutinín, ktorý stimuluje vstup buniek do mitózy; ošetrenie buniek v metafáze hypotonickým fyziologickým roztokom. To všetko umožnilo objasniť diploidný počet chromozómov u ľudí (ukázalo sa, že je to 46) a poskytnúť popis ľudského karyotypu. V roku 1960 v Denveri (USA) medzinárodná komisia vypracovala nomenklatúru ľudských chromozómov. Podľa návrhov komisie by sa termín „karyotyp“ mal vzťahovať na systematický súbor chromozómov jednej bunky (obr. 7 a 8). Termín "idiotram" je zachovaný, aby predstavoval súbor chromozómov vo forme diagramu vytvoreného z meraní a opisov chromozómovej morfológie niekoľkých buniek.
Ľudské chromozómy sú očíslované (pomerne sériovo) od 1 do 22 v súlade s morfologickými znakmi, ktoré umožňujú ich identifikáciu. Pohlavné chromozómy nemajú čísla a sú označené ako X a Y (obr. 8).
Bola objavená súvislosť medzi množstvom chorôb a vrodených chýb vo vývoji človeka so zmenami v počte a štruktúre jeho chromozómov. (pozri Dedičnosť).
Pozri tiež Cytogenetické štúdie.
Všetky tieto úspechy vytvorili pevný základ pre rozvoj humánnej cytogenetiky.
Ryža. 1. Chromozómy: A - v štádiu anafázy mitózy v trojlístkových mikrosporocytoch; B - v štádiu metafázy prvého meiotického delenia v peľových materských bunkách Tradescantia. V oboch prípadoch je viditeľná špirálovitá štruktúra chromozómov.
Ryža. 2. Elementárne chromozomálne vlákna s priemerom 100 Å (DNA + histón) z interfázových jadier lýtkového týmusu (elektrónová mikroskopia): A - vlákna izolované z jadier; B - tenký rez filmom toho istého prípravku.
Ryža. 3. Sada chromozómov Vicia faba (faba faba) v štádiu metafázy.
Ryža. 8. Chromozómy sú rovnaké ako na obr. 7, sady, systematizované podľa denverskej nomenklatúry do párov homológov (karyotyp).
- Zmiznuté mesto Mangazeya
- Prečo sa pri testoch vody používa tlmivý roztok amoniaku?
- Abstrakt: Téma: „Difúzia v živej a neživej prírode
- Pachové látky Pachové látky (domácnosť
- Chromozomálne abnormality v hematológii - klasifikácia Všeobecné informácie o zvieracích chromozómoch
- Mordovská štátna univerzita pomenovaná po
- SFU hovoril o bonusoch pre žiadateľov