ДУБЛЮВАННЯ ХРОМОСОМ: ХАРАКТЕРИСТИКИ ТА ПРИКЛАДИ - БІОЛОГІЯ - 2025

Дублювання хромосомного описує частину ДНК , яка з'являється в два рази , як продукт генетичної рекомбінації. Хромосомне дублювання, дублювання або посилення генів є одним із джерел породження мінливості та еволюції у живих істот.

Хромосомне дублювання - це тип мутації, оскільки передбачає зміну нормальної послідовності ДНК у хромосомній області. Інші мутації на рівні хромосом включають хромосомні вставки, інверсії, транслокації та делеції.

Хромосомне чи хромосомне дублювання. Люб’язно: Національний науково-дослідний інститут геному людини через Wikimedia Commons

Хромосомні дублювання можуть відбуватися на тому самому місці джерела, що і дублюваний фрагмент. Це пакетні дублювання. Пакетні дублікати можуть бути двох типів: прямі або перевернуті.

Прямі дублікати - це ті, що повторюють як інформацію, так і орієнтацію повторного фрагмента. У пакетно перевернутих подвійних фрагментах інформація повторюється, але фрагменти орієнтовані в протилежних напрямках.

В інших випадках хромосомне дублювання може відбуватися в іншому місці або навіть на іншій хромосомі. Це генерує позаматкову копію послідовності, яка може функціонувати як підкладка для кросовера та бути джерелом відхильних рекомбінацій. Залежно від розміру, дублювання може бути макро- чи мікро-дублюванням.

Еволюційно кажучи, дублювання породжує мінливість та зміни. На індивідуальному рівні, однак, дублювання хромосом може призвести до серйозних проблем зі здоров’ям.

Механізм дублювання хромосом

Дуплікації найчастіше виникають в областях ДНК, які мають повторювані послідовності. Це субстрати рекомбінаційних подій, навіть якщо вони відбуваються між регіонами, які не є абсолютно гомологічними.

Кажуть, що ці рекомбінації є нелегітимними. Механічно вони залежать від подібності послідовностей, але генетично їх можна здійснювати між не гомологічними хромосомами.

У людській істоті у нас є кілька типів повторюваних послідовностей. Сильно повторювані включають так звану супутникову ДНК, обмежену центромерами (та деякими гетерохроматичними областями).

Інші, помірно повторювані, включають, наприклад, партію, що повторює цей код для рибосомних РНК. Ці повторювані або дублюються регіони розташовані в дуже специфічних місцях, званих регіонами, що організовують ядерця (NORs).

НОР у людини розташовані в субтеломерних областях п'яти різних хромосом. Кожна NOR, зі свого боку, складається з сотень до тисяч примірників одного і того ж регіону кодування у різних організмів.

Але у нас є й інші повторювані регіони, розкидані по геному, з різноманітним складом і розмірами. Усі можуть рекомбінувати та породжувати дублювання. Насправді багато з них є продуктом власного дублювання, in situ або позаматкової. До них належать, серед іншого, мінісателіти та мікросупутники.

Хромосомні дублювання також можуть виникати, рідше, приєднанням не гомологічних кінців. Це неамологічний механізм рекомбінації, який спостерігається в деяких випадках поправлення розриву подвійної смуги ДНК.

Хромосомні дублювання в еволюції генів

Коли ген дублюється там же, або навіть в іншому, він створює локус із послідовністю та значенням. Тобто змістовна послідовність. Якщо він залишатиметься таким, це буде дублюючим геном і з його батьківського гена.

Але він може не зазнавати такого ж селективного тиску, як батьківський ген, і може мутувати. Сума цих змін іноді може призвести до появи нової функції. Вже ген також буде новим геном.

Дублювання локусу предкових глобунів, наприклад, призвело до еволюції до появи сімейства глобінів. Подальші переселення та послідовні дублювання змусили сім'ю зростати новими членами, які виконують ту саму функцію, але придатні для різних умов.

Сімейство генів глобінів. Yuhrt, Via Wikimedia Commons.

Хромосомні дублювання в еволюції видів

В організмі дублювання гена призводить до утворення копії, що називається паралельним геном. Добре вивчений випадок згаданих вище генів глобіну. Один з найвідоміших глобінів - гемоглобін.

Дуже важко уявити, що дублюється лише область кодування гена. Тому кожен ген паралогу асоціюється з областю паралогу в організмі, який зазнає дублювання.

В ході еволюції хромосомні дуплікації відігравали важливу роль по-різному. З одного боку, вони дублюють інформацію, яка може породжувати нові функції, змінюючи гени з попередньою функцією.

З іншого боку, розміщення дублювання в іншому геномному контексті (наприклад, інша хромосома) може генерувати паралог з різною регуляцією. Іншими словами, це може призвести до більшої адаптаційної здатності.

Нарешті, регіони обміну також створюються шляхом рекомбінації, що призводить до великих геномних перебудов. Це, в свою чергу, може означати походження специфікацій подій, зокрема макроеволюційних ліній.

Проблеми, які мікродуплікації можуть викликати у людини

Удосконалення технологій послідовності наступного покоління, а також фарбування та гібридизація хромосом тепер дозволяють побачити нові асоціації. Ці асоціації включають прояв певних захворювань внаслідок отримання (дублювання) або втрати (видалення) генетичної інформації.

Генетичні дублювання пов'язані зі зміною дозування генів та з аберрантними схрещуваннями. У будь-якому випадку вони призводять до дисбалансу генетичної інформації, що іноді проявляється хворобою чи синдромом.

Наприклад, синдром Шарко-Марі-Зуба типу 1А асоціюється з мікродуплікацією області, що включає ген PMP22. Синдром відомий також під назвою спадкова сенсорна та рухова нейропатія.

Існують хромосомні фрагменти, схильні до цих змін. Насправді, область 22q11 містить численні малі копії повторів, характерні для цієї частини геному.

Тобто, з області смуги 11 довгої руки хромосоми 22. Ці дублювання пов'язані з численними генетичними порушеннями, включаючи розумову відсталість, вади розвитку очей, мікроцефалію тощо.

У випадках більш обширних дублювань можуть з’являтися часткові трисомії, що мають шкідливий вплив на здоров’я організму.

Список літератури

1. Кордовез, Ж.А., Капассо, Дж., Лінгао, доктор медицини, Садагопан, К.А., Спает, Г.Л., Васерман, Б.Н., Левін, А.В. (2014) Очні прояви мікровідтворення 22q11.2. Офтальмологія, 121: 392-398.
2. Goodenough, UW (1984) Генетика. WB Saunders Co. Ltd, Філадельфія, штат Пенсільванія, США.
3. Griffiths, AJF, Wessler, R., Carroll, SB, Doebley, J. (2015). Вступ до генетичного аналізу (11-е видання). Нью-Йорк: WH Freeman, New York, NY, США.
4. Hardison, RC (2012) Еволюція гемоглобіну та його генів. Перспективи "Холодного весняного порту" в медицині 12, дої: 10.1101 / cshperspect.a011627
5. Вайз, А., Мрасек, К., Кляйн, Е., Мулатіньо, М., Ллерена-молодший, Ж.К., Гардекопф, Д., Пекова, С., Бхатт, С., Косякова, Н., Ліхер, Т. (2012) Синдроми мікроделеції та мікродуплікації. Журнал гістохімії та цитохімії 60, doi: 10.1369 / 0022155412440001