KROMOSOMDUPLIKATION: EGENSKAPER OCH EXEMPEL - BIOLOGI - 2025

En kromosomduplikation beskriver en bråkdel av DNA som visas två gånger som en produkt av genetisk rekombination. Kromosomduplikation, gentuplikation eller amplifiering är en av källorna till generering av variation och utveckling hos levande varelser.

En kromosomduplikation är en typ av mutation, eftersom den innebär en förändring i den normala sekvensen av DNA i en kromosomal region. Andra mutationer på kromosomnivå inkluderar kromosomala insättningar, inversioner, translokationer och deletioner.

Kromosomal eller kromosomal duplicering. Tillstånd: National Human Genome Research Institute, via Wikimedia Commons

Kromosomala duplikationer kan förekomma på samma källplats som det duplicerade fragmentet. Det här är buntduplikationer. Batchduplikat kan vara av två typer: direkt eller inverterad.

Direkt duplikat är sådana som upprepar både informationen och orienteringen av det upprepade fragmentet. I satsvis inverterade duplicerade fragment upprepas informationen, men fragmenten är orienterade i motsatta riktningar.

I andra fall kan kromosomduplikation ske på en annan plats eller till och med på en annan kromosom. Detta genererar en ektopisk kopia av sekvensen som kan fungera som ett underlag för övergång och vara en källa till avvikande rekombinationer. Beroende på vilken storlek som är inblandad kan dupliceringarna vara makro- eller mikrotuplikationer.

Evolutionärt sett genererar dubbletter variationer och förändringar. På individnivå kan dock kromosomala dubbletter leda till allvarliga hälsoproblem.

Mekanism för kromosomala dubbletter

Duplikationer förekommer oftast i DNA-regioner som har repetitiva sekvenser. Dessa är substrat för rekombinationshändelser, även om de förekommer mellan regioner som inte är perfekt homologa.

Dessa rekombinationer sägs vara olagliga. Mekaniskt beror de på sekvenslikhet, men genetiskt kan de utföras mellan icke-homologa kromosomer.

I människan har vi flera typer av repeterande sekvenser. De mycket repetitiva inkluderar det så kallade satellit-DNA, begränsat till centromererna (och vissa heterokromatiska regioner).

Andra, måttligt repetitiva, inkluderar till exempel batchupprepningar som kodar för ribosomala RNA. Dessa upprepade eller duplicerade regioner är belägna på mycket specifika platser som kallas nucleolusorganizing regions (NORs).

NORs, hos människor, är belägna i de subelomera regionerna i fem olika kromosomer. Varje NOR består för sin del av hundratals till tusentals kopior av samma kodningsregion i olika organismer.

Men vi har också andra repetitiva regioner spridda genom genomet, med olika sammansättning och storlekar. Alla kan rekombinera och ge upphov till dubbletter. Faktum är att många av dem är produkten av sin egen duplicering, in situ eller ektopisk. Dessa inkluderar bland annat minisatelliter och mikrosatelliter.

Kromosomala dubbletter kan också uppstå, mer sällan, genom att icke-homologa ändar sammanfogas. Detta är en icke-homolog rekombinationsmekanism som observeras i vissa DNA-reparationshändelser för dubbelband.

Kromosomala duplikationer i utvecklingen av gener

När en gen dupliceras på samma plats, eller till och med på en annan, skapar den ett lokus med sekvens och mening. Det vill säga en meningsfull sekvens. Om det förblir så kommer det att vara en duplikatgen från och från dess modergen.

Men det kanske inte utsätts för samma selektiva tryck som modergenen och kan muteras. Summan av dessa förändringar kan ibland leda till uppkomsten av en ny funktion. Genen kommer redan att vara en ny gen.

Duplicering av det förfäderna globin locus, till exempel, ledde i evolutionen till uppkomsten av globin-familjen. Efterföljande translokationer och på varandra följande duplikationer fick familjen att växa med nya medlemmar som utför samma funktion, men lämpliga för olika förhållanden.

Den globala genfamiljen. Yuhrt, via Wikimedia Commons.

Kromosomala dubbletter i artens utveckling

I en organisme leder dupliceringen av en gen till generering av en kopia som kallas en paraloggen. Ett väl studerat fall är det för globingenerna som nämns ovan. En av de mest kända globinerna är hemoglobin.

Det är mycket svårt att föreställa sig att endast den kodande regionen för en gen dupliceras. Därför är varje paraloggen associerad med en paralogregion i organismen som genomgår duplikering.

Under utvecklingen har kromosomala duplikationer spelat en viktig roll på olika sätt. Å ena sidan duplicerar de informationen som kan ge upphov till nya funktioner genom att byta gener med en tidigare funktion.

Å andra sidan kan placering av duplicering i ett annat genomiskt sammanhang (en annan kromosom, till exempel) generera en paralog med annan reglering. Med andra ord kan det generera större anpassningsförmåga.

Slutligen skapas också utbytesregioner genom rekombination som leder till stora genomiska omarrangemang. Detta i sin tur skulle kunna representera ursprunget till speciationhändelser i särskilt makroevolutionära linjer.

Problemen som mikroduktion kan orsaka hos en individ

Framstegen inom nästa generations sekvenseringsteknologier, samt kromosomfärgning och hybridisering, tillåter oss nu att se nya föreningar. Dessa föreningar inkluderar manifestationen av vissa sjukdomar på grund av vinst (duplikering) eller förlust (radering) av genetisk information.

Genetiska duplikationer är förknippade med en förändring i gendosering och med avvikande övergångar. I alla fall leder de till en obalans av genetisk information, som ibland manifesterar sig som en sjukdom eller syndrom.

Charcot-Marie-Tooth syndrom typ 1A, till exempel, är förknippat med mikroproduktion av regionen som inkluderar PMP22-genen. Syndromet är också känt under namnet ärftlig sensorisk och motorisk neuropati.

Det finns kromosomala fragment som är benägna att dessa förändringar. Faktum är att 22q11-regionen uppvisar många låga kopieringsnummer som är specifika för den delen av genomet.

Det vill säga från området för band 11 i den långa armen av kromosom 22. Dessa duplikationer är förknippade med många genetiska störningar, inklusive mental retardering, okulära missbildningar, mikrocefali, etc.

I fall av mer omfattande dubbletter kan partiella trisomier uppträda, med skadliga effekter på organismens hälsa.

referenser

1. Cordovez, JA, Capasso, J., Lingao, MD, Sadagopan, KA, Spaeth, GL, Wasserman, BN, Levin, AV (2014) Ocular manifestations of 22q11.2 microduplication. Oftalmologi, 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). En introduktion till genetisk analys (11: e upplagan). New York: WH Freeman, New York, NY, USA.
4. Hardison, RC (2012) Evolution av hemoglobin och dess gener. Cold Spring Harbour Perspectives in Medicine 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) Mikrodeletions- och mikroduplikationssyndrom. Journal of Histochemistry & Cytochemistry 60, doi: 10.1369 / 0022155412440001