حذف و مضاعف‌شدگی

حذف‌ها و مضاعف‌شدگی‌ها بازآرایی‌های ساختاری هستند که تعداد نسخه‌های یک قطعه کروموزومی را تغییر می‌دهند: حذف، قسمتی از DNA را از بین می‌برد به طوری که تعداد نسخه‌های آن کمتر از حد طبیعی می‌شود، در حالی که مضاعف‌شدگی یک نسخه اضافی را اضافه می‌کند. از آنجا که این تغییرات، میزان ماده ژنتیکی را دگرگون می‌کنند، نوعی از بازآرایی‌های نامتعادل محسوب می‌شوند و اثرات آن‌ها به شدت به ژن‌های واقع در ناحیه آسیب‌دیده و میزان حساسیت آن ژن‌ها به دوز بستگی دارد.

Definition

حذف عبارت است از از دست دادن یک قطعه کروموزومی که منجر به کاهش تعداد نسخه‌های آن ناحیه می‌شود؛ مضاعف‌شدگی عبارت است از به دست آوردن یک نسخه اضافی از یک قطعه کروموزومی. هر دو تغییرات تعداد نسخه هستند و بنا به تعریف، نامتعادل محسوب می‌شوند زیرا کل میزان ماده ژنتیکی را تغییر می‌دهند.

Scope

این موضوع به بررسی ماهیت حذف‌ها و مضاعف‌شدگی‌ها، مکانیسم‌های مولکولی که آن‌ها را ایجاد می‌کنند، طیف اندازه‌ای آن‌ها از قطعات قابل مشاهده میکروسکوپی تا تغییرات تعداد نسخه زیرمیکروسکوپی، و منطق دوز که آن‌ها را به فنوتیپ مرتبط می‌سازد، می‌پردازد. این مبحث آن‌ها را به عنوان یک موضوع روش‌شناختی و مفهومی در سیتوژنتیک و بازآرایی‌های ساختاری مورد بررسی قرار می‌دهد، نه به عنوان راهنمای بالینی برای سندرم خاصی.

Core questions

• کدام ناحیه کروموزومی از دست رفته یا به دست آمده است و اندازه آن چقدر است؟
• چه مکانیسمی تغییر تعداد نسخه را ایجاد کرده است؟
• آیا ژن‌های آسیب‌دیده حساسیت به دوز نشان می‌دهند؟
• آیا تغییر قابل مشاهده میکروسکوپی است یا زیرمیکروسکوپی؟

Key concepts

• واریانت تعداد نسخه (CNV)
• نارسایی هاپلو (Haploinsufficiency)
• حساسیت سه‌گانه (Triplosensitivity)
• ریزحذف و ریزمضاعف‌شدگی
• نوترکیبی همولوگ غیرآللی
• تکرارهای کم‌نسخه (مضاعف‌شدگی‌های قطعه‌ای)
• بازآرایی مکرر در مقابل غیرمکرر

Mechanisms

بسیاری از حذف‌ها و مضاعف‌شدگی‌های مکرر از طریق نوترکیبی همولوگ غیرآللی بین تکرارهای کم‌نسخه (مضاعف‌شدگی‌های قطعه‌ای) مجاور ایجاد می‌شوند که در طول نوترکیبی به اشتباه هم‌تراز می‌شوند، به طوری که قطعه میانی یا از دست می‌رود یا به دست می‌آید؛ رویدادهای غیرمکرر اغلب از طریق اتصال انتهای غیرهمولوگ یا مکانیسم‌های مبتنی بر همانندسازی ایجاد می‌شوند، همانطور که توسط هستینگز و همکاران بررسی شده است. اثر فنوتیپی از دوز ژن ناشی می‌شود: از دست دادن یک نسخه می‌تواند باعث نارسایی هاپلو (haploinsufficiency) شود، زمانی که یک نسخه عملکردی کافی نیست، در حالی که به دست آوردن یک نسخه می‌تواند از طریق حساسیت سه‌گانه (triplosensitivity) مشکلاتی ایجاد کند. داولی و همکاران نشان دادند که چگالی تجمعی ژن‌های حساس به دوز در یک ناحیه به توضیح اینکه کدام افزایش‌ها و کاهش‌های قطعه‌ای به طور مکرر در ژنوم‌های سرطانی انتخاب می‌شوند، کمک می‌کند.

Clinical relevance

حذف‌ها و مضاعف‌شدگی‌ها یک دسته اصلی از یافته‌ها در ارزیابی ناتوانی‌های رشدی، ناهنجاری‌های مادرزادی و تومورها هستند و تشخیص آن‌ها برای تشخیص ژنتیکی حیاتی است. ریزآرایه کروموزومی به عنوان یک آزمایش رده اول برای افراد دارای ناتوانی‌های رشدی یا ناهنجاری‌های مادرزادی بدون علت مشخص قرار گرفته است، دقیقاً به این دلیل که افزایش‌ها و کاهش‌های زیرمیکروسکوپی را شناسایی می‌کند. این مدخل نحوه مفهوم‌سازی و تشخیص این تغییرات را توضیح می‌دهد و مبنایی برای تصمیمات تشخیصی یا درمانی فردی نیست.

Epidemiology

تغییرات تعداد نسخه یک ویژگی فراگیر در ژنوم انسان است و بررسی‌ها با استفاده از روش‌های آرایه و توالی‌یابی، همانطور که توسط آلکان و همکاران خلاصه شده است، نشان می‌دهند که افزایش‌ها و کاهش‌های قطعات زیرمیکروسکوپی در بین افراد رایج است؛ تنها زیرمجموعه‌ای از آن‌ها با نواحی حساس به دوز همپوشانی دارند و به بیماری کمک می‌کنند. فراوانی‌های گزارش‌شده به شدت به وضوح پلتفرم تشخیص بستگی دارد.

Evidence & guidelines

بیانیه اجماع میلر و همکاران (2010) ریزآرایه کروموزومی را به عنوان یک آزمایش بالینی رده اول برای ناتوانی‌های رشدی یا ناهنجاری‌های مادرزادی بدون علت مشخص توصیه می‌کند، به این دلیل که حذف‌ها و مضاعف‌شدگی‌های بالینی مرتبط را در زیر وضوح کاریوتایپینگ معمولی تشخیص می‌دهد.

History

حذف‌ها و مضاعف‌شدگی‌های قابل مشاهده پس از اینکه باندینگ کروموزومی امکان تطبیق قطعات بین همولوگ‌ها را فراهم کرد، شناسایی شدند، اما مقیاس این پدیده با روش‌های مبتنی بر آرایه در دهه 2000 دگرگون شد، که نشان داد تغییرات تعداد نسخه در ژنوم گسترده است. آلکان و همکاران بررسی کردند که چگونه فناوری‌های متوالی دامنه اندازه قابل تشخیص را از تغییرات میکروسکوپی در مقیاس مگاباز تا واریانت‌های کوچک زیرمیکروسکوپی گسترش دادند.

Key figures

• James R. Lupski
• Evan E. Eichler
• Stephen J. Elledge

Seminal works

• hastings-2009
• alkan-2011
• davoli-2013

Frequently asked questions

چرا حذف‌ها و مضاعف‌شدگی‌ها بازآرایی‌های نامتعادل در نظر گرفته می‌شوند؟

زیرا آن‌ها کل میزان ماده ژنتیکی را تغییر می‌دهند — حذف یک قطعه را از بین می‌برد و مضاعف‌شدگی یک نسخه اضافی را اضافه می‌کند — و دوز ژن را تغییر می‌دهند، که ویژگی تعریف‌کننده یک بازآرایی نامتعادل است.

چرا حذف یا مضاعف‌شدگی با اندازه یکسان در نواحی مختلف اثرات متفاوتی دارد؟

اثر به ژن‌های موجود در قطعه آسیب‌دیده و حساسیت آن‌ها به دوز بستگی دارد؛ نواحی غنی از ژن‌های دارای نارسایی هاپلو یا حساسیت سه‌گانه، فنوتیپ ایجاد می‌کنند، در حالی که نواحی کم‌ژن یا تحمل‌کننده دوز ممکن است تأثیر کمی داشته باشند یا اصلاً تأثیری نداشته باشند.