ความผิดปกติของโครโมโซม

ความผิดปกติของโครโมโซมคือความผิดปกติที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงจำนวนหรือโครงสร้างของโครโมโซมที่มีขนาดใหญ่พอที่จะส่งผลกระทบต่อยีนหลายยีนพร้อมกัน ซึ่งรวมถึงการเปลี่ยนแปลงเชิงตัวเลข เช่น ทริโซมีและโมโนโซมี (ภาวะแอนยูพลอยดี) และการเปลี่ยนแปลงเชิงโครงสร้าง เช่น การขาดหายไป การเพิ่มขึ้น การเคลื่อนย้ายตำแหน่ง และการกลับทิศทาง เนื่องจากโดยทั่วไปแล้วความผิดปกติเหล่านี้มักจะส่งผลต่อปริมาณยีนหลายยีนพร้อมกัน จึงมักก่อให้เกิดกลุ่มอาการที่ส่งผลต่อหลายระบบที่สามารถระบุได้ หรือการแท้งบุตร

Definition

ความผิดปกติของโครโมโซมคือการเปลี่ยนแปลงในจำนวนปกติ (เช่น ทริโซมี, โมโนโซมี) หรือโครงสร้าง (เช่น การขาดหายไป, การเพิ่มขึ้น, การเคลื่อนย้ายตำแหน่ง, การกลับทิศทาง) ของโครโมโซมหนึ่งหรือหลายโครโมโซม ซึ่งมักจะรบกวนปริมาณยีนหลายยีนและก่อให้เกิดโรคหรือความผิดปกติในการพัฒนา

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมการเปลี่ยนแปลงของโครโมโซมสองประเภทหลัก ได้แก่ เชิงตัวเลขและเชิงโครงสร้าง กลไกหลักของความผิดปกติเหล่านี้ (ส่วนใหญ่คือการไม่แยกตัวของโครโมโซมในระยะไมโอซิส และการรวมตัวใหม่หรือการซ่อมแซมที่ผิดปกติ) และวิธีที่ความไม่สมดุลของโครโมโซมนำไปสู่โรค หัวข้อนี้จะพิจารณาความผิดปกติของโครโมโซมในฐานะหัวข้อทางพยาธิวิทยา ไม่ใช่แนวทางสำหรับการเลือกการตรวจคัดกรองก่อนคลอด หรือการจัดการกลุ่มอาการใดๆ โดยเฉพาะ

Core questions

• ความผิดปกติเชิงตัวเลข (ภาวะแอนยูพลอยดี) แตกต่างจากความผิดปกติเชิงโครงสร้างอย่างไรในด้านกลไกและผลลัพธ์?
• เหตุใดการไม่แยกตัวของโครโมโซมในระยะไมโอซิสจึงเป็นสาเหตุหลักของภาวะแอนยูพลอยดี และเหตุใดความถี่ของภาวะนี้จึงเพิ่มขึ้นตามอายุของมารดา?
• เมื่อใดที่การจัดเรียงโครงสร้างใหม่จะสมดุลและไม่มีอาการทางคลินิก เทียบกับเมื่อใดที่ไม่สมดุลและก่อให้เกิดโรค?
• ความไม่สมดุลของปริมาณยีนส่งผลให้เกิดฟีโนไทป์ที่ส่งผลต่อหลายระบบได้อย่างไร?

Key concepts

• ภาวะแอนยูพลอยดี (ทริโซมี, โมโนโซมี)
• การไม่แยกตัวของโครโมโซม
• ภาวะโพลีพลอยดี
• การขาดหายไปและการเพิ่มขึ้น
• การเคลื่อนย้ายตำแหน่งแบบสลับกันและการเคลื่อนย้ายตำแหน่งแบบโรเบิร์ตโซเนียน
• การจัดเรียงใหม่ที่สมดุลเทียบกับไม่สมดุล
• ความไม่สมดุลของปริมาณยีน
• ภาวะโมเสก

Mechanisms

ความผิดปกติเชิงตัวเลขมักเกิดจากการไม่แยกตัว (nondisjunction) ซึ่งคือการที่โครโมโซมคู่เหมือนหรือซิสเตอร์โครมาทิดไม่แยกออกจากกันในระหว่างการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส ทำให้เกิดเซลล์สืบพันธุ์ที่มีโครโมโซมเกินหรือขาดไป ส่วนความผิดพลาดหลังการปฏิสนธิจะทำให้เกิดภาวะโมเสก (mosaicism) ความผิดปกติเชิงโครงสร้างเกิดจากการแตกหักของโครโมโซมและการซ่อมแซมหรือการรวมตัวใหม่ที่ผิดปกติ ทำให้เกิดการขาดหายไป การเพิ่มขึ้น การกลับทิศทาง และการเคลื่อนย้ายตำแหน่ง การจัดเรียงใหม่ที่สมดุลจะรักษาสารพันธุกรรมทั้งหมดไว้และมักจะไม่มีอาการทางคลินิกในผู้พาหะ แต่สามารถสร้างเซลล์สืบพันธุ์ที่ไม่สมดุลได้ ส่วนการจัดเรียงใหม่ที่ไม่สมดุลจะเปลี่ยนแปลงปริมาณยีน ฟีโนไทป์มักจะสะท้อนถึงการแสดงออกที่มากเกินไปหรือน้อยเกินไปของยีนหลายยีนพร้อมกันในส่วนที่ได้รับผลกระทบ ดังที่เน้นย้ำในการวิเคราะห์ผลกระทบทางฟีโนไทป์ของการเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง

Clinical relevance

ความผิดปกติของโครโมโซมเป็นสาเหตุหลักของการแท้งบุตรที่ได้รับการวินิจฉัยในช่วงไตรมาสแรกของการตั้งครรภ์ และเป็นสาเหตุของกลุ่มอาการแต่กำเนิดหลายชนิดที่ได้รับการระบุลักษณะอย่างชัดเจน การตรวจพบความผิดปกติเหล่านี้เป็นหน้าที่หลักของห้องปฏิบัติการเซลล์พันธุศาสตร์ ข้อมูลนี้อธิบายชีววิทยาพื้นฐานเพื่อการอ้างอิง ไม่ได้มีวัตถุประสงค์เพื่อชี้นำการคัดกรอง การวินิจฉัย หรือการจัดการทางคลินิกสำหรับบุคคลใดๆ

Epidemiology

ความผิดปกติของโครโมโซมพบได้ในกรณีการแท้งบุตรที่เกิดขึ้นเองในช่วงไตรมาสแรกของการตั้งครรภ์ส่วนใหญ่ และในทารกแรกเกิดที่มีชีวิตประมาณเปอร์เซ็นต์เล็กน้อยเมื่อรวมการเปลี่ยนแปลงที่สมดุลและไม่สมดุลเข้าด้วยกัน ทริโซมี 21 (ดาวน์ซินโดรม) เป็นภาวะแอนยูพลอยดีของออโตโซมที่พบบ่อยที่สุดที่เข้ากันได้กับการมีชีวิตอยู่ ส่วนภาวะแอนยูพลอยดีของโครโมโซมเพศแต่ละชนิดมีความรุนแรงน้อยกว่า ความสัมพันธ์ระหว่างอายุของมารดากับการไม่แยกตัวของโครโมโซมเป็นลักษณะทางระบาดวิทยาที่สอดคล้องกัน

History

เซลล์พันธุศาสตร์ของมนุษย์เริ่มต้นขึ้นเมื่อ Tjio และ Levan ได้ยืนยันในปี 1956 ว่ามนุษย์มีโครโมโซม 46 แท่ง ภายในไม่กี่ปี ทริโซมี 21 ก็ถูกระบุว่าเป็นสาเหตุของดาวน์ซินโดรม และมีการอธิบายภาวะแอนยูพลอยดีของโครโมโซมเพศที่สำคัญ เทคนิคการสร้างแถบสี (banding techniques) และต่อมาคือการทำแผนที่โครโมโซมด้วยไมโครอะเรย์ ได้ช่วยเพิ่มความละเอียดในการตรวจจับความผิดปกติของโครโมโซมอย่างต่อเนื่อง

Key figures

• Joe Hin Tjio
• Albert Levan
• Jerome Lejeune

Seminal works

• tjio-levan-1956
• weischenfeldt-2013
• roizen-2003

Frequently asked questions

ความแตกต่างระหว่างความผิดปกติของโครโมโซมเชิงตัวเลขและเชิงโครงสร้างคืออะไร?

ความผิดปกติเชิงตัวเลขเป็นการเปลี่ยนแปลงจำนวนของโครโมโซมทั้งหมด (เช่น ทริโซมี 21 ซึ่งมีโครโมโซม 21 สามแท่ง) ในขณะที่ความผิดปกติเชิงโครงสร้างเป็นการเปลี่ยนแปลงสถาปัตยกรรมของโครโมโซมหนึ่งหรือหลายโครโมโซมผ่านการขาดหายไป การเพิ่มขึ้น การเคลื่อนย้ายตำแหน่ง หรือการกลับทิศทาง ในขณะที่จำนวนอาจยังคงเท่าเดิม

เหตุใดการเคลื่อนย้ายตำแหน่งแบบสมดุลจึงสามารถก่อให้เกิดปัญหาได้ แม้ว่าผู้พาหะจะแข็งแรงดี?

การเคลื่อนย้ายตำแหน่งแบบสมดุลจะรักษาสารพันธุกรรมทั้งหมดให้เป็นปกติ ดังนั้นผู้พาหะจึงมักไม่ได้รับผลกระทบ แต่ในระหว่างการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส มันสามารถสร้างเซลล์สืบพันธุ์ที่มีปริมาณสารโครโมโซมที่ไม่สมดุล เพิ่มโอกาสในการแท้งบุตรหรือมีบุตรที่ได้รับผลกระทบ