Хромосомные перестройки

Хромосомы могут разрываться и воссоединяться в новых конфигурациях, удаляя, дублируя, инвертируя или обменивая сегменты, и эти структурные изменения влияют на дозу генов, нарушают их функцию или изменяют наследование.

Definition

Хромосомная перестройка — это структурное изменение в хромосоме, при котором сегмент удаляется, дублируется, инвертируется или перемещается в новое место, изменяя расположение генов без обязательного изменения общего числа хромосом.

Scope

Эта тема охватывает основные классы структурных перестроек, а именно делеции, дупликации, инверсии и транслокации, различие между сбалансированными и несбалансированными перестройками, образование парацентрических и перицентрических инверсионных петель и их влияние на рекомбинацию, последствия реципрокных и робертсоновских транслокаций для формирования гамет, а также возникающие клинические фенотипы. Она рассматривает изменения в структуре хромосом; изменения в числе хромосом рассматриваются в смежной теме.

Core questions

• Чем отличаются делеции, дупликации, инверсии и транслокации?
• Почему сбалансированные перестройки часто безвредны для носителя, но рискованны для потомства?
• Как инверсии подавляют восстановление рекомбинантных гамет?
• Как реципрокные и робертсоновские транслокации влияют на жизнеспособность гамет?

Key concepts

• Делеции и дупликации
• Парацентрические и перицентрические инверсии
• Реципрокные и робертсоновские транслокации
• Сбалансированные и несбалансированные перестройки
• Влияние на рекомбинацию и формирование гамет

Mechanisms

Перестройки возникают, когда хромосомы разрываются, а разорванные концы аномально воссоединяются, часто при содействии повторяющихся последовательностей, которые неправильно выравниваются; инверсии заставляют хромосомы образовывать петли во время мейотического спаривания, так что кроссинговеры приводят к образованию несбалансированных гамет, а транслокации создают конфигурации, которые сегрегируют, производя гаметы с недостающим или избыточным материалом.

Clinical relevance

Структурные перестройки вызывают четко определенные синдромы из-за дисбаланса дозы генов, являются причиной многих повторяющихся выкидышей у носителей сбалансированных транслокаций и способствуют развитию рака, когда они сливают или активируют гены, как, например, при филадельфийской хромосоме при хроническом миелоидном лейкозе.

History

Ранняя цитогенетика Drosophila выявила делеции, дупликации и инверсии по их генетическим и хромосомным признакам; МакКлинток связала разорванные хромосомы с генетической нестабильностью, а идентификация Роули специфических транслокаций при лейкемии в 1970-х годах установила, что перестройки являются движущей силой развития рака у человека.

Key figures

• Barbara McClintock
• Alfred Sturtevant
• Janet Rowley

Seminal works

• klug2019

Frequently asked questions

Что такое сбалансированная транслокация?

Сбалансированная транслокация представляет собой обмен сегментами между хромосомами без приобретения или потери генетического материала, поэтому носитель обычно здоров; однако такая перестройка может приводить к образованию несбалансированных гамет, повышая риск выкидыша или рождения детей с патологиями.

Почему инверсии уменьшают количество образующихся рекомбинантных потомков?

Когда хромосома, несущая инверсию, спаривается со своим нормальным гомологом, область образует петлю для выравнивания, и кроссинговеры внутри петли генерируют гаметы с дупликациями и делециями, которые обычно нежизнеспособны, поэтому рекомбинантные типы редко обнаруживаются.