การผกผันและการเคลื่อนย้ายตำแหน่ง

การผกผัน (inversion) และการเคลื่อนย้ายตำแหน่ง (translocation) เป็นการจัดเรียงโครงสร้างใหม่ที่เปลี่ยนทิศทางหรือย้ายตำแหน่งส่วนของโครโมโซมโดยไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนแปลงปริมาณสารพันธุกรรมทั้งหมด การผกผันจะกลับทิศทางของส่วนหนึ่งภายในโครโมโซมเดียวกัน ในขณะที่การเคลื่อนย้ายตำแหน่งจะย้ายส่วนหนึ่งไปยังตำแหน่งโครโมโซมใหม่ ซึ่งมักเกิดจากการแลกเปลี่ยนระหว่างโครโมโซมสองแท่ง ทั้งสองกรณีมักจะสมดุลและไม่มีอาการทางคลินิกในพาหะ แต่ทั้งสองสามารถมีผลกระทบสำคัญต่อการทำงานของยีนและโครโมโซมที่ส่งต่อไปยังลูกหลานได้

Definition

การผกผันคือการจัดเรียงโครงสร้างใหม่ที่ส่วนของโครโมโซมถูกตัดออกและใส่กลับเข้าไปใหม่ในทิศทางที่กลับกันภายในโครโมโซมเดียวกัน; การเคลื่อนย้ายตำแหน่งคือการจัดเรียงใหม่ที่ส่วนหนึ่งถูกย้ายไปยังตำแหน่งโครโมโซมที่แตกต่างกัน โดยทั่วไปเกิดจากการแลกเปลี่ยนซึ่งกันและกันระหว่างโครโมโซมที่ไม่เหมือนกันสองแท่ง หรือโดยการรวมกันของโครโมโซมอะโครเซนทริกสองแท่ง (การเคลื่อนย้ายตำแหน่งแบบ Robertsonian)

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมคำจำกัดความของการผกผัน (pericentric และ paracentric) และการเคลื่อนย้ายตำแหน่ง (reciprocal และ Robertsonian) กลไกที่ทำให้เกิด การทำงานของพวกมันในระหว่างการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส และเหตุใดพาหะที่มีการจัดเรียงสมดุลจึงยังคงสามารถสร้างเซลล์สืบพันธุ์ที่ไม่สมดุลได้ หัวข้อนี้จะพิจารณาการจัดเรียงเหล่านี้ในฐานะหัวข้อทางเซลล์พันธุศาสตร์ภายใต้การจัดเรียงโครงสร้างโครโมโซม และไม่ใช่คำแนะนำทางคลินิก

Core questions

• ส่วนใดที่ถูกเปลี่ยนทิศทางหรือย้ายตำแหน่ง และย้ายไปที่ใด?
• การจัดเรียงใหม่เป็นการแลกเปลี่ยนซึ่งกันและกัน (reciprocal), แบบ Robertsonian, แบบ pericentric หรือแบบ paracentric?
• มันรบกวนยีนหรือสร้างการรวมกันที่ผิดปกติที่จุดแตกหักหรือไม่?
• มันแยกตัวอย่างไรในระหว่างการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส และเซลล์สืบพันธุ์ใดที่สามารถเกิดขึ้นได้?

Key concepts

• การเคลื่อนย้ายตำแหน่งแบบ Reciprocal
• การเคลื่อนย้ายตำแหน่งแบบ Robertsonian
• การผกผันแบบ Pericentric และ paracentric
• การรบกวนยีนที่จุดแตกหักและการรวมกันของยีน
• พาหะสมดุล
• การแยกตัวแบบไมโอซิสและเซลล์สืบพันธุ์ที่ไม่สมดุล
• วงผกผันและการยับยั้งการไขว้เปลี่ยน

Mechanisms

การผกผันและการเคลื่อนย้ายตำแหน่งเกิดขึ้นเมื่อโครโมโซมเกิดการแตกหักสองสายที่เชื่อมต่อกันใหม่ในรูปแบบใหม่ การรวมกันใหม่ระหว่างลำดับที่คล้ายกันและการซ่อมแซมที่ผิดพลาด ดังที่ Hastings และคณะได้ทบทวนไว้ สามารถเชื่อมจุดแตกหักที่ปกติไม่ได้อยู่ด้วยกันได้ เมื่อจุดแตกหักอยู่ภายในหรือใกล้กับยีน พวกมันสามารถรบกวนยีนหรือนำส่วนของยีนสองส่วนมาอยู่ใกล้กันเพื่อสร้างยีนลูกผสม แม้ว่าพาหะที่มีการจัดเรียงสมดุลจะมีสารพันธุกรรมครบถ้วน แต่โครโมโซมที่จัดเรียงใหม่จะจับคู่กันผิดปกติในระหว่างการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส — โดยการสร้างวงผกผัน (inversion loops) หรือควอดริวาเลนต์ (quadrivalents) — เพื่อให้การไขว้เปลี่ยน (crossover) หรือการแยกตัวที่ไม่สมดุลสามารถสร้างเซลล์สืบพันธุ์ที่มีส่วนที่ซ้ำกันหรือขาดหายไปได้ ในโรคมะเร็ง เหตุการณ์หายนะเพียงครั้งเดียวสามารถสร้างการจัดเรียงใหม่จำนวนมากพร้อมกัน ซึ่งเป็นกระบวนการที่ Stephens และคณะเรียกว่า chromothripsis

Clinical relevance

การผกผันและการเคลื่อนย้ายตำแหน่งที่สมดุลมักถูกระบุในระหว่างการประเมินภาวะแท้งบุตรซ้ำ ภาวะมีบุตรยาก หรือการกำเนิดของเด็กที่มีโครโมโซมที่ไม่สมดุล และการเคลื่อนย้ายตำแหน่งที่มีจุดแตกหักจำเพาะเป็นสิ่งที่พบได้บ่อยในมะเร็งบางชนิด ข้อมูลนี้อธิบายว่าการจัดเรียงเหล่านี้ถูกจัดประเภทอย่างไรและทำงานอย่างไรในระหว่างการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส; เป็นแหล่งข้อมูลอ้างอิงและไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการตัดสินใจเกี่ยวกับการสืบพันธุ์ การวินิจฉัย หรือการรักษาของแต่ละบุคคล

Epidemiology

การเคลื่อนย้ายตำแหน่งแบบ reciprocal และ Robertsonian ที่สมดุล ร่วมกับการผกผัน เป็นหนึ่งในสิ่งที่พบได้บ่อยที่สุดในประชากรทั่วไป และพาหะจำนวนมากมีสุขภาพดีและถูกตรวจพบจากการประวัติการสืบพันธุ์หรือการศึกษาครอบครัวเท่านั้น ความถี่ที่แน่นอนจะแตกต่างกันไปตามประชากรที่ศึกษาและความละเอียดของวิธีการทางเซลล์พันธุศาสตร์

History

การผกผันและการเคลื่อนย้ายตำแหน่งเป็นหนึ่งในการจัดเรียงโครงสร้างแรกๆ ที่อธิบายไว้ในเซลล์พันธุศาสตร์แบบคลาสสิก โดยการเคลื่อนย้ายตำแหน่งแบบ Robertsonian ตั้งชื่อตามการรวมกันของโครโมโซมอะโครเซนทริกที่ระบุลักษณะในช่วงต้นของชีววิทยาโครโมโซม การศึกษาที่ใช้การจัดลำดับในภายหลัง ซึ่ง Alkan และคณะได้ทบทวนไว้ และเป็นตัวอย่างโดยการค้นพบ chromothripsis ของ Stephens และคณะ ได้เปิดเผยการจัดเรียงที่ซับซ้อนและรวมกลุ่มกันนอกเหนือจากการแลกเปลี่ยนซึ่งกันและกันแบบง่ายๆ ที่เห็นครั้งแรกภายใต้กล้องจุลทรรศน์

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

ความแตกต่างระหว่างการผกผันและการเคลื่อนย้ายตำแหน่งคืออะไร?

การผกผันจะกลับทิศทางของส่วนหนึ่งภายในโครโมโซมเดียว ในขณะที่การเคลื่อนย้ายตำแหน่งจะย้ายส่วนหนึ่งไปยังตำแหน่งโครโมโซมที่แตกต่างกัน โดยทั่วไปเกิดจากการแลกเปลี่ยนระหว่างโครโมโซมสองแท่งที่แตกต่างกัน

เหตุใดพาหะสุขภาพดีที่มีการเคลื่อนย้ายตำแหน่งแบบสมดุลจึงสามารถมีบุตรที่ได้รับผลกระทบได้?

เนื่องจากโครโมโซมที่จัดเรียงใหม่จับคู่และแยกตัวผิดปกติในระหว่างการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส พาหะที่มีการจัดเรียงสมดุลจึงสามารถสร้างเซลล์สืบพันธุ์ที่มีส่วนที่ซ้ำกันหรือขาดหายไปได้ ซึ่งนำไปสู่โครโมโซมที่ไม่สมดุลในลูกหลาน แม้ว่าพาหะจะมีปริมาณสารพันธุกรรมปกติก็ตาม