Hromozomske aberacije

Hromozomske aberacije (lat. aberatio = odstupanje od normalnog) su promene u genomu koje obuhvataju cele hromozome ili njihove delove. Mogu se uočiti pod mikroskopom za razliku od genskih mutacija.

U zavisnosti od toga da li predstavljaju promene u građi ili broju hromozoma razlikuju se dva tipa :

• strukturne aberacije (promene u građi hromozoma) i
• numeričke aberacije (promene u broju hromozoma).

Strukturne aberacije hromozoma

Ovaj tip aberacija je posledica prekida i poremećaja linearnog kontinuiteta hromozoma. Prekidi se nekada javljaju spontano, ali mogu biti i izazvani različitim mutagenima. Hromozomi se mogu prekidati na bilo kom stadijumu ćelijskog ciklusa. Prekinuti delovi, pošto su izgubili telomere, teže da se međusobno spoje, a da bi se to desilo hromozomi moraju da budu blizu jedan drugog.

Na osnovo toga kako se ti prekinuti delovi povezuju (preraspoređuju) razlikuju se četiri osnovna tipa strukturnih aberacija :

• delecije,
• duplikacije,
• inverzije i
• translokacije.

Duplikacije i delecije

Duplikacije predstavljaju udvajanje, a delecije gubljenje delova hromozoma. Uzrok ovih aberacija je vrlo često nejednaki (nepravilan) krosing-over. Do njega dolazi kada se nesestrinske hromatide homologih hromozoma ne postave simetrično naspramno jedna drugoj. Rezultat takvog krosing-overa su hromatide kod kojih se na jednoj javlja dupliran (udvostručen) deo, a na drugoj hromatidi taj deo nedostaje (delecija) – vidi shemu:

Nepravilan krosing-over

Duplikacije manje oštećuju fenotip nego delecije. Sa stanovišta evolucije duplikacije su značajne jer dovode do usložnjavanja genetičkog materijala.

Delecije autozomnih hromozoma su uvek štetne, a ako su u homozigotnom stanju onda su letalne. Prvo opisano oboljenje uzrokovano delecijom je sindrom mačjeg plača. Ovaj sindrom nastaje kao posledica delecije kratkog kraka hromozoma 5 (5r-). Naziv je dobio prema specifičnom oglašavanju beba, a praćen je umnom zaostalošću.

Ako dođe do prekida na krajevima hromozoma tako da se izgube telomere, koje hromozomu daju stabilnost, onda prekinuti krajevi postaju lepljivi i međusobno se spajaju u jednu prstenastu strukturu. Takvi hromozomi se nazivaju ring-hromozomi. Poremećaj rasta je najizrazitija fenotipska osobina ove aberacije.

Izohromozomi

Kao posledica nepravilne podele centromere mogu nastati tzv. izohromozomi. Normalno je da se centromera u anafazi deobe (mitoze i mejoze II) podeli uzdužno čime se razdvajaju sestrinske hromatide, odnosno hromozom se podeli na dve jednake uzdužne polovine. Kada se, međutim, centromera podeli poprečno hromozom se onda razdvaja na dva kraka. Kraci r i q tada obrazuju telocentrične hromozome. U sledećoj replikaciji od telocentričnih hromozoma nastaju izohromozomi koji se sastoje od dva ista duga ili kratka kraka (vidi sliku). Izohromozom sadrži genetički materijal dva r ili dva q kraka. Izohromozom je često opisan na H hromozomu. Osoba sa izohromozomom koji sadrži dupliran q krak X hromozoma (obeležava se sa i(Xq)) ima Tarnerov sindrom.

Izohromozomi

Translokacije

Translokacije predstavljaju razmenu delova između homologih i nehomologih hromozoma. Razlikuju se:

• recipročne,
• nerecipročne i
• Robertsonove translokacije.

Pri recipročnoj translokaciji se razmenjuju delovi između bilo koja dva hromozoma.

Nerecipročna translokacija je prenos genetičkog materijala iz jednog u drugi hromozom.

Robertsonove translokacije

Robertsonove translokacije su razmene delova između akrocentričnih hromozoma, pri čemu ti hromozomi mogu biti isti (npr. 21/21) ili različiti (npr. 14/21). Pri ovoj translokaciji dolazi do istovremenog prekida na jednom hromozomu iznad, a na drugom ispod centromere. Zatim dolazi do međusobnog spajanja prekinutih delova i to tako što se spoje dugi kraci (q) oba hromozoma, a kratki kraci (r) se izgube u prvoj narednoj deobi. Spajanjem dugih krakova oba hromozoma nastaje jedan metacentričan (ako su učestvovali isti hromozomi) ili submetacentričan hromozom (ako su se spojili q kraci različitih hromozoma).

Osobe nosioci translokacija su najčešće fenotipski normalne jer se gube samo kratki kraci akrocentričnih hromozoma. (Kratki kraci sadrže gene čiji nedostatak ne utiče na fenotip.)Za njih se kaže da su nosioci uravnotežene translokacije. Potomstvo ovakvih osoba je ugroženo i može imati poremećen broj hromozoma što izaziva određene sindrome (npr. Daunov sindrom). Takvi potomci imaju neuravnoteženu translokaciju.

Potomstvo osoba koje su nosioci uravnotežene translokacije je u različitom stepenu ugroženo u zavisnosti od toga da li se translokacija desila izmađu istih ili različitih hromozoma. Kada je npr. u pitanju translokacija 14/21 onda takvi roditelji stvaraju i normalne gamete (imaju hromozome 14 i 21) i gamete koji nose translokaciju (imaju spojene hromozome 14/21) pa mogu imati i normalnu i obolelu decu (vidi shemu pod A). U slučaju translokacije 21/21 (između istih hromozoma) osoba ne stvara normalne gamete već samo ili gamete koji imaju oba hromozoma 21 (zakačeni su jedan za drugi) ili su bez hromozoma 21 (shema B). Zbog toga oni ne mogu imati zdravu decu.

Shema A: Gameti osobe sa uravnoteženom translokacijom 14/21

Shema V: Gameti osobe sa uravnoteženom translokacijom 21/21

Inverzije

Inverzije nastaju kada se na jednom hromozomu dese dva prekida pa se deo između prekida rotira za 180°, a zatim dolazi do prespajanja rotiranog dela za ostatak hromozoma. Time se menja redosled gena na hromozomu (vidi shemu).

Inverzija dela hromozoma

Inverzije mogu biti:

• pericentrične i
• paracentrične.

Ako je rotirani deo hromozoma obuhvatio centromeru onda je to pericentrična, a ako se rotacija desila samo unutar jednog kraka (nije zahvatila centromeru) onda je u pitanju paracentrična inverzija. Pericentričnim inverzijama dolazi do promene oblika hromozoma (vidi sliku).

Shema pericentrične inverzije

Nosioci inverzija su uglavnom fenotipski normalni. Štetnost inverzija izražava se u potomstvu. Zbog krosing-overa nastaju aberantni hromozomi koji se prenose na potomstvo.

Numeričke aberacije hromozoma

Promene u broju hromozoma nazivaju se numeričke aberacije. Razlikuju se dva tipa ovih aberacija:

• poliploidija i
• aneuploidija.

Poliploidija (euploidija)

Poliploidija je numerička aberacija pri kojoj dolazi do uvećanja broja ukupnih garnitura hromozoma. Ako se u telesnoj ćeliji nalazi više od dve, a u polnoj više od jedne garniture hromozoma onda su takve ćelije poliploidne.

Tako nastaju ćelije sa:

• triploidnim (3n),
• tetraploidnim (4n),
• pentaploidnim (5n) itd. brojem hromozoma.

Kod poliploidnih ćelija dolazi do uvećanja osnovnog – monoploidnog broja hromozoma. Vrste koje nisu poliploidne u telesnim ćelijama imaju dve garniture hromozoma (2n – diploidne su), a u polnim ćelijama jednu garnituru (n – haploidan broj), tako da je kod njih monoploidan broj jednak haploidnom broju hromozoma. Kod poliploidnih vrsta se monoploidan i haploidan broj razlikuju.

Npr. dekaploidna vrsta hrizanteme ima 10n= 90 hromozoma, a divlja vrsta hrizanteme, koja je diploid, ima 2n = 18 hromozoma. Haploidan broj dekaploidne hrizanteme je n = 45 (polne ćelije imaju upola manji broj u odnosu na telesne), dok je monoploidan broj 9.

Uzroci poliploidija mogu biti sledeći :

1. oplođenje jajne ćelije većim brojem spermatozoida, što predstavlja najčešći uzrok pojave poliploidije kod čoveka;
2. oplođenje nenormalne jajne ćelije kod koje nije došlo do redukcije broja hromozoma; ako se npr. oplodi diploidna jajna ćelija nastaće triploidan zigot (2n + n= 3n);
3. spajanje diploidnih zigota, čime nastaje tetraploidan zigot (4n).

Poliploidija je vrlo česta i normalna pojava kod biljaka. U toku evolucije cvetnica smatra se da je oko 1/3 vrsta nastalo poliploidijom. Mnoge kulturne vrste je čovek stvorio poliploidijom, jer su poliploidne biljke krupnije, sa većim sadržajem hranljivih materija i dr. (npr. jagoda, banana, šljiva, kruška, pšenica i dr.). Tako npr., već pomenuta, divlja hrizantema ima sitan i neugledan cvet, dok je dekaploidna vrsta lepog, krupnog cveta.

Kod životinja je poliploidija retka kao normalna pojava; sreće se kod vinske mušice, daždevnjaka, nižih račića i dr.

Za čoveka je poliploidija štetna i uglavnom letalna i javlja se najčešće kao:

• triploidija (3n) i
• tetraploidija (4n).

Jako se retko rađaju deca sa ovim aberacijama jer se poliploidni zigoti eliminišu još u intrauterinom razviću.

Aneuploidija (heteroploidija)

Aneuploidija predstavlja uvećanje ili smanjenje osnovne garniture za jedan ili veći broj hromozoma.

Uzroci nastanka ove aberacije su najčešće :

1. nerazdvajanje parova hromozoma u mejozi I;
2. nerazdvajanje sestrinskih hromatida u mejozi II;
3. nerazdvajanje sestrinskih hromatida u mitozi.

Svaki hromozom se u normalnoj telesnoj ćeliji nalazi u paru pa se naziva dizomik (lat. di = dva; soma = telo).

Ako telesna ćelija umesto para hromozoma sadrži samo jedan onda je to monozomik. Takva monozomična ćelija u ukupnom broju hromozoma ima jedan hromozom manje od normalnog broja, pa je opšta formula monozomije 2n –1 (monozomična telesna ćelija čoveka ima 46 – 1 = 45 hromozoma).

Ćelija sa jednim hromozomom više od normalnog broja je trizomik (umesto para određenog hromozoma ona ima tri) - opšta formula je 2n+1.

Može se desiti da ćelija ima dva hromozoma manje, odnosno da joj jedan par hromozoma nedostaje pa je onda ta ćelija nultizomik (2n-2).

Ako, pak, ćelija ima dva hromozoma više od normalnog tj. umesto jednog ima dva para određenog hromozoma, onda je ona tetrazomik (2n+2).

Pored ovih pobrojanih aberantnih stanja mogu se javiti i polizomije.

Posledice aneuploidije kod čoveka

Nedostatak hromozoma je za ćeliju štetniji od viška hromozoma pri čemu su monozomije autozomnih hromozoma letalne.

Aneuploidije autozomnih hromozoma čoveka

Mada je letalnost aneuploidija veoma velika neke od njih su prisutne u živorođenoj populaciji ljudi. Takvi poremećaji najčešće imaju svojstva sindroma .

Najčešća trizomija koja se javlja u ljudskoj populaciji je trizomija 21, koja se fenotipski izražava kao – Daunov sindrom .

Trizomija 13, se fenotipski izražava kao Patauov sindrom, je posle Daunovog sindroma po učestalosti javljanja u ljudskoj populaciji (učestalost 1:5000).

Kariotip je.

• 47,XX,+13 ili
• 47,XY,+13.

Trizomija 18, fenotipski daje Edvardsov sindrom, i ima kariotip:

• 47,XX,+18 ili
• 47,XY,+18.

Aneuploidije polnih hromozoma čoveka

Aneuploidije polnih hromozoma manje oštećuju fenotip nego aneuploidije autozomnih hromozoma. Osobe sa aneuploidijama autozomnih hromozoma pored umne zaostalosti nose i niz drugih teških anomalija zbog kojih ne žive dugo, dok je za osobe sa poremećenim brojem polnih hromozoma glavno obeležje njihova sterilnost (neplodnost). Razlozi za to su što se na polnim hromozomima nalazi manji broj gena nego na autozomnim i što svaki prekobrojni X hromozom postaje neaktivan (to je u stvari tzv. Barovo telo).

Najčešće aneuploidije polnih hromozoma su :

• trizomija X hromozoma žene (kariotip je 47,XXX), nema naziv sindroma jer su takve žene fenotipski normalne i klinički zdrave; neke imaju emotivne teškoće u društvenom prilagođavanju;
• monozomija X hromozoma žene, koja fenotipski daje Tarnerov sindrom (45,XO) čije je glavno obeležje sterilnost;
• dizomija X hromozoma muškarca – Klinefelterov sindrom (47,XXY); radi se o sterilnim muškarcima .

Literatura

• Dumanović, J, marinković, D, Denić, M: Genetički rečnik, Beograd, 1985.
• Kosanović, M, Diklić, V: Odabrana poglavlja iz humane genetike, Beograd, 1986.
• Lazarević, M: Ogledi iz medicinske genetike, Beograd, 1986.
• Marinković, D, Tucić, N, Kekić, V: Genetika, Naučna knjiga, Beograd
• Matić, Gordana: Osnovi molekularne biologije, Zavet, Beograd, 1997.

• Prentis S: Biotehnologija, Školska knjiga, Zagreb, 1991.
• Ridli, M: Genom - autobiografija vrste u 23 poglavlja, Plato, Beograd, 2001.
• Tatić, S, Kostić, G, Tatić, B: Humani genom, ZUNS, Beograd, 2002.
• Tucić, N, Matić, Gordana: O genima i ljudima, Centar za primenjenu psihologiju, Beograd, 2002.
• Švob, T. i sradnici: Osnovi opće i humane genetike, Školska knjiga, Zagreb, 1990.
• Šerban, Nada: ćelija - strukture i oblici, ZUNS, Beograd, 2001

Spoljašnje veze

• BioNet Škola