ساختار کروموزوم و کاریوتایپ

هر کروموزوم یک مولکول DNA عظیم را در یک ساختار فشرده و سازمان‌یافته بسته‌بندی می‌کند و چیدمان مجموعه کامل کروموزوم‌های یک فرد در یک کاریوتایپ، تعداد، اندازه و نوارهای آن‌ها را در یک نگاه آشکار می‌سازد.

Definition

ساختار کروموزوم، سازماندهی DNA و پروتئین‌های یک کروموزوم در یک واحد بسته‌بندی‌شده و عملکردی است، و کاریوتایپ، آرایش سیستماتیک مجموعه کامل کروموزوم‌های یک فرد بر اساس اندازه و الگوی نواربندی است.

Scope

این موضوع شامل بسته‌بندی سلسله‌مراتبی DNA در اطراف هیستون‌ها به نوکلئوزوم‌ها و کروماتین با مرتبه بالاتر، نشانه‌های عملکردی یک کروموزوم از جمله سانترومر و تلومر، تمایز بین یوکروماتین و هتروکروماتین، آماده‌سازی و خواندن کاریوتایپ، نواربندی و نام‌گذاری کروموزوم، و روش‌های سیتوژنتیک مولکولی مانند هیبریداسیون درجا با فلورسانس می‌شود. این موضوع به معماری و شناسایی کروموزوم می‌پردازد؛ حرکت کروموزوم در طول تقسیم در موضوع مجاور پوشش داده شده است.

Core questions

• چگونه یک مولکول DNA به طول یک متر در یک کروموزوم میکروسکوپی بسته‌بندی می‌شود؟
• نقش سانترومر و تلومر در کروموزوم چیست؟
• چگونه یک کاریوتایپ برای شناسایی هر کروموزوم آماده و خوانده می‌شود؟
• چگونه نواربندی و روش‌های سیتوژنتیک مولکولی جزئیات کروموزومی را آشکار می‌کنند؟

Key concepts

• نوکلئوزوم‌ها و بسته‌بندی کروماتین
• سانترومرها و تلومرها
• یوکروماتین در مقابل هتروکروماتین
• آماده‌سازی کاریوتایپ و نواربندی کروموزوم
• هیبریداسیون درجا با فلورسانس

Mechanisms

DNA تقریباً دو بار به دور یک اکتامر هیستون می‌پیچد تا یک نوکلئوزوم را تشکیل دهد، نوکلئوزوم‌ها به فیبرهای ضخیم‌تر می‌پیچند، و در طول تقسیم اینها بیشتر متراکم شده و به کروموزوم قابل مشاهده تبدیل می‌شوند؛ سانترومر محل اتصال دوک را لنگر می‌اندازد و تلومرها انتهای کروموزوم را می‌پوشانند و محافظت می‌کنند، در حالی که رنگ‌آمیزی نواربندی و پروب‌های نشان‌دار مناطق مجزا را قابل تشخیص می‌سازند.

Clinical relevance

خواندن ساختار کروموزوم اساس کاریوتایپینگ بالینی و آزمایش FISH است که برای تشخیص آنیوپلوئیدی‌ها، حذف‌ها و بازآرایی‌ها در تشخیص پیش از تولد و سرطان استفاده می‌شود، و زیست‌شناسی تلومر به پیری سلولی و برخی اختلالات ارثی مرتبط است.

History

فلمینگ کروماتین و میتوز را در دهه ۱۸۸۰ توصیف کرد، تیجو و لوان در سال ۱۹۵۶ تعداد کروموزوم‌های انسانی را چهل و شش تعیین کردند، تکنیک‌های نواربندی در اوایل دهه ۱۹۷۰ امکان شناسایی منحصر به فرد هر کروموزوم را فراهم آورد، و مدل نوکلئوزومی بسته‌بندی کروماتین در اواخر همان دهه تثبیت شد.

Key figures

• Walther Flemming
• Joe Hin Tjio
• Roger Kornberg

Seminal works

• klug2019

Frequently asked questions

عملکرد تلومر چیست؟

تلومرها کلاهک‌های تکراری در انتهای کروموزوم‌ها هستند که از آن‌ها در برابر تخریب و ادغام با سایر کروموزوم‌ها محافظت می‌کنند و از از دست رفتن تدریجی توالی انتهایی که با هر دور همانندسازی رخ می‌دهد، جلوگیری می‌کنند.

چرا DNA با پروتئین‌های هیستون بسته‌بندی می‌شود؟

DNA در یک سلول انسانی حدود دو متر طول دارد و باید در داخل یک هسته کوچک جای گیرد؛ پیچاندن آن به دور هیستون‌ها به نوکلئوزوم‌ها و پیچش بیشتر آن را به شدت فشرده می‌کند در حالی که آن را سازمان‌یافته و برای استفاده قابل دسترس نگه می‌دارد.