CHROMOSOMŲ DUBLIAVIMASIS: CHARAKTERISTIKOS IR PAVYZDŽIAI - BIOLOGIJA - 2025

Chromosomų dubliavimas aprašo DNR frakcija, kuri atrodo dvigubai kaip genetinės rekombinacijos produkto. Chromosomų dubliavimasis, genų dubliavimasis ar amplifikacija yra vienas iš gyvų būtybių kintamumo ir evoliucijos generavimo šaltinių.

Chromosomų dubliavimasis yra mutacijos rūšis, nes tai susiję su normalios DNR sekos pasikeitimu chromosomų srityje. Kitos chromosomų lygio mutacijos apima chromosomų įterpimus, inversijas, translokacijas ir delecijas.

Chromosomų ar chromosomų dubliavimasis. Pagarbiai: Nacionalinis žmogaus genomo tyrimų institutas per „Wikimedia Commons“

Chromosomų dubliavimosi gali atsirasti toje pačioje šaltinio vietoje kaip ir dubliuotas fragmentas. Tai yra paketų kopijos. Paketo kopijos gali būti dviejų tipų: tiesioginės arba apverstos.

Tiesioginiai dublikatai yra tie, kurie pakartoja tiek informaciją, tiek pakartoto fragmento orientaciją. Serijiniu būdu apverstuose kopijų fragmentuose informacija kartojama, tačiau fragmentai orientuojami priešingomis kryptimis.

Kitais atvejais chromosomų dubliavimasis gali įvykti kitoje vietoje ar net kitoje chromosomoje. Tai sukuria negimdinę sekos kopiją, kuri gali veikti kaip kryžminimo substratas ir būti abejotinų rekombinacijų šaltinis. Atsižvelgiant į tai, kokio dydžio, kopijos gali būti makro- arba mikroduplikos.

Evoliuciškai kalbant, dubliavimai sukuria kintamumą ir pokyčius. Tačiau individualiu lygmeniu chromosomų dubliavimasis gali sukelti rimtų sveikatos problemų.

Chromosomų dubliavimosi mechanizmas

Kartojimai dažniausiai vyksta DNR regionuose, kuriuose yra pasikartojančios sekos. Tai yra rekombinacijos įvykių substratai, net jei jie įvyksta tarp regionų, kurie nėra visiškai homologiški.

Sakoma, kad šios rekombinacijos yra neteisėtos. Mechaniškai jie priklauso nuo sekos panašumo, tačiau genetiškai jie gali būti atlikti tarp nehomologinių chromosomų.

Žmoguje turime keletą rūšių pasikartojančių sekų. Labai pasikartojantys apima vadinamąją palydovinę DNR, apsiribojančią centromerais (ir kai kuriais heterochromatiniais regionais).

Kiti, vidutiniškai pasikartojantys, apima, pavyzdžiui, seriją, kuri koduoja ribosomų RNR. Šie pasikartojantys arba dubliuojami regionai yra labai specifinėse vietose, vadinamose branduolių organizmo regionais (NOR).

Žmonėms NOR yra penkių skirtingų chromosomų subtelomeriniuose regionuose. Savo ruožtu kiekvienas NOR yra sudarytas iš šimtų iki tūkstančių to paties koduojančio regiono skirtingų organizmų kopijų.

Tačiau turime ir kitų pasikartojančių regionų, išsisklaidžiusių visame genome, turinčių skirtingą sudėtį ir dydį. Visi gali derinti ir sukelti dubliavimosi. Tiesą sakant, daugelis iš jų yra jų pačių dubliavimosi, in situ arba negimdinio, rezultatas. Tarp jų, be kita ko, yra minisatellites ir mikrosatellites.

Chromosominės dubliavimosi taip pat gali atsirasti, rečiau, sujungiant nehomologinius galus. Tai nėra homologinis rekombinacijos mechanizmas, stebimas kai kuriais DNR dvigubos juostos pertraukos taisymo atvejais.

Chromosomų dubliavimosi genai evoliucijoje

Kai genas dubliuojasi toje pačioje vietoje ar net kitoje vietoje, jis sukuria lokusą su seka ir prasme. Tai yra, prasminga seka. Jei jis taip ir liks, tai bus jo motinos geno dublikatas ir iš jo.

Tačiau jis gali būti veikiamas ne tokio pat atrankinio slėgio kaip pirminis genas ir gali mutuoti. Dėl šių pokyčių sumos kartais gali atsirasti nauja funkcija. Jau tada genas taip pat bus naujas genas.

Pavyzdžiui, protėvių globino lokuso kopijavimas evoliuciją paskatino globin šeimos atsiradimui. Vėlesni perkėlimai ir vienas po kito einantys dubliavimai privertė šeimą augti su naujais nariais, atliekančiais tą pačią funkciją, tačiau tinkančiais skirtingoms sąlygoms.

Globinų genų šeima. „Yuhrt“, „Wikimedia Commons“.

Chromosomų dubliavimosi rūšių evoliucija

Organizme dėl geno dubliavimo atsiranda kopija, vadinama paralogo genu. Gerai ištirtas aukščiau paminėtų globino genų atvejis. Vienas iš geriausiai žinomų globinų yra hemoglobinas.

Labai sunku įsivaizduoti, kad dubliuojamas tik koduojantis geno regionas. Todėl kiekvienas paralogo genas yra susijęs su paralogo sritimi organizme, kuriame vyksta dubliavimasis.

Evoliucijos metu chromosomų dubliavimai vaidino svarbų vaidmenį skirtingais būdais. Viena vertus, jie dubliuoja informaciją, kuri gali sukelti naujų funkcijų, pakeisdami genus su ankstesne funkcija.

Kita vertus, įdėjus dubliavimąsi kitame genomo kontekste (pavyzdžiui, kitoje chromosomoje), gali būti sukurtas paralogas su skirtingu reguliavimu. Kitaip tariant, tai gali sugeneruoti didesnį prisitaikymo gebėjimą.

Galiausiai mainų regionai taip pat sukuriami rekombinacijos, kurios lemia didelius genomo pertvarkymus. Tai savo ruožtu galėtų parodyti specifinių įvykių, ypač makroevoliucinių linijų, kilmę.

Problemos, kurias individui gali sukelti mikroduplikacijos

Pažanga naujos kartos sekavimo technologijose, taip pat chromosomų dažymas ir hibridizacija dabar leidžia mums pamatyti naujas asociacijas. Šios asociacijos apima tam tikrų ligų pasireiškimą dėl genetinės informacijos įgijimo (dubliavimo) ar praradimo (išbraukimo).

Genetinės dubliavimosi yra susijusios su genų dozės pasikeitimu ir su nenormaliais kryžminimais. Bet kokiu atveju jie lemia genetinės informacijos disbalansą, kuris kartais pasireiškia kaip liga ar sindromas.

Pavyzdžiui, 1A tipo Charcot-Marie-Tooth sindromas susijęs su mikroduplitacija regione, kuriame yra PMP22 genas. Sindromas taip pat žinomas kaip paveldima sensorinė ir motorinė neuropatija.

Yra chromosomų fragmentų, linkusių į šiuos pokyčius. Tiesą sakant, 22q11 sritis turi daugybę pakartojimų, būdingų tai genomo daliai.

T. y. Iš 22-osios chromosomos ilgosios rankos 11 juostos srities. Šios dubliavimosi yra susijusios su daugybe genetinių sutrikimų, įskaitant protinį atsilikimą, akių apsigimimus, mikrocefaliją ir kt.

Didesnių dubliavimų atvejais gali atsirasti dalinės trisomijos, darančios žalingą poveikį organizmo sveikatai.

Nuorodos

1. Cordovez, JA, Capasso, J., Lingao, MD, Sadagopan, KA, Spaeth, GL, Wasserman, BN, Levin, AV (2014) 22q11.2 mikroduplikacijos akies apraiškos. Oftalmologija, 121: 392-398.
2. Goodenough, UW (1984) genetika. „WB Saunders Co. Ltd“, Filadelfija, PA, JAV.
3. Griffiths, AJF, Wessler, R., Carroll, SB, Doebley, J. (2015). Įvadas į genetinę analizę (11-asis leidimas). Niujorkas: WH Freeman, Niujorkas, NY, JAV.
4. Hardison, RC (2012) Hemoglobino ir jo genų evoliucija. Šaltojo pavasario uosto medicinos perspektyvos 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) Mikrodelecijos ir mikroduplikacijos sindromai. Journal of Histochemistry & Cytochemistry 60, doi: 10.1369 / 0022155412440001