Инверсии и транслокации

Инверсии и транслокации представляют собой структурные перестройки, которые изменяют ориентацию или перемещают сегменты хромосом без обязательного изменения общего количества генетического материала. Инверсия изменяет ориентацию сегмента внутри одной хромосомы, тогда как транслокация перемещает сегмент в новое хромосомное положение, часто путем обмена между двумя хромосомами. Обе эти перестройки часто являются сбалансированными и клинически бессимптомными у носителей, однако они могут иметь важные последствия для функции генов и для хромосом, передаваемых потомству.

Definition

Инверсия — это структурная перестройка, при которой хромосомный сегмент вырезается и повторно вставляется в обратной ориентации в ту же хромосому; транслокация — это перестройка, при которой сегмент переносится в другое хромосомное положение, классически путем реципрокного обмена между двумя негомологичными хромосомами или путем слияния двух акроцентрических хромосом (робертсоновская транслокация).

Scope

Эта тема охватывает определения инверсий (перицентрических и парацентрических) и транслокаций (реципрокных и робертсоновских), механизмы их возникновения, их поведение во время мейоза и причины, по которым сбалансированные носители могут тем не менее производить несбалансированные гаметы. Она рассматривает эти перестройки как цитогенетическую тему в рамках структурных хромосомных перестроек, а не как клиническое руководство.

Core questions

• Какой сегмент переориентирован или перемещен, и куда?
• Является ли перестройка реципрокной, робертсоновской, перицентрической или парацентрической?
• Нарушает ли она ген или создает аномальное слияние в точках разрыва?
• Как она сегрегирует в мейозе, и какие гаметы могут образоваться?

Key concepts

• Реципрокная транслокация
• Робертсоновская транслокация
• Перицентрическая и парацентрическая инверсия
• Нарушение гена в точке разрыва и слияние генов
• Сбалансированный носитель
• Мейотическая сегрегация и несбалансированные гаметы
• Инверсионная петля и подавление кроссинговера

Mechanisms

Инверсии и транслокации возникают, когда хромосомы получают двухцепочечные разрывы, которые затем соединяются в новой конфигурации; рекомбинация между схожими последовательностями и ошибочная репарация, как показано в обзоре Гастингса и коллег, могут соединять точки разрыва, которые в норме не находятся рядом. Когда точки разрыва попадают внутрь или рядом с генами, они могут нарушить ген или объединить части двух генов, создавая химерный ген. Хотя сбалансированный носитель имеет нормальный набор генетического материала, перестроенные хромосомы аномально спариваются в мейозе — образуя инверсионные петли или квадриваленты — так что кроссинговер или несбалансированное расхождение могут привести к образованию гамет, несущих дуплицированные или делетированные сегменты. При раке единичные катастрофические события могут вызывать большое количество перестроек одновременно, процесс, который Стивенс и коллеги назвали хромотрипсисом.

Clinical relevance

Сбалансированные инверсии и транслокации часто выявляются при обследовании по поводу повторяющихся потерь беременности, бесплодия или рождения ребенка с несбалансированным хромосомным набором, а транслокации со специфическими точками разрыва являются частыми находками при некоторых видах рака. Эта статья описывает, как классифицируются эти перестройки и как они ведут себя в мейозе; она является справочным ресурсом, а не основой для индивидуальных репродуктивных, диагностических или лечебных решений.

Epidemiology

Сбалансированные реципрокные и робертсоновские транслокации, наряду с инверсиями, являются одними из наиболее часто встречающихся структурных изменений в общей популяции, и многие носители здоровы и выявляются только по репродуктивному анамнезу или семейным исследованиям. Точные частоты варьируются в зависимости от изучаемой популяции и разрешения цитогенетического метода.

History

Инверсии и транслокации были одними из первых структурных перестроек, описанных в классической цитогенетике, при этом робертсоновская транслокация названа в честь слияния акроцентрических хромосом, охарактеризованного на ранних этапах изучения биологии хромосом. Более поздние исследования, основанные на секвенировании, рассмотренные Алканом и коллегами и проиллюстрированные находками хромотрипсиса Стивенса и коллег, выявили сложные и кластерные перестройки, выходящие за рамки простых реципрокных обменов, впервые увиденных под микроскопом.

Key figures

• W. R. B. Robertson
• James R. Lupski
• Peter J. Campbell

Seminal works

• hastings-2009
• stephens-2011
• alkan-2011

Frequently asked questions

В чем разница между инверсией и транслокацией?

Инверсия изменяет ориентацию сегмента внутри одной хромосомы, тогда как транслокация перемещает сегмент в другое хромосомное положение, обычно путем обмена между двумя разными хромосомами.

Почему здоровый носитель сбалансированной транслокации может иметь детей с патологиями?

Поскольку перестроенные хромосомы аномально спариваются и сегрегируют во время мейоза, сбалансированный носитель может производить гаметы, несущие дуплицированные или делетированные сегменты, что приводит к несбалансированному набору у потомства, даже если сам носитель имеет нормальное количество генетического материала.