การจัดเรียงตัวของโครโมโซมใหม่

โครโมโซมสามารถแตกหักและเชื่อมต่อกันใหม่ในรูปแบบที่แตกต่างไปจากเดิม โดยมีการลบ การเพิ่มซ้ำ การพลิกกลับ หรือการสลับส่วนของโครโมโซม ซึ่งการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างเหล่านี้จะส่งผลต่อปริมาณยีน ทำให้ยีนทำงานผิดปกติ หรือทำให้การถ่ายทอดทางพันธุกรรมสับสน

Definition

การจัดเรียงตัวของโครโมโซมใหม่ (chromosomal rearrangement) คือการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของโครโมโซม โดยที่ส่วนหนึ่งของโครโมโซมถูกลบ เพิ่มซ้ำ พลิกกลับ หรือย้ายไปยังตำแหน่งใหม่ ซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงการจัดเรียงตัวของยีนโดยไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนแปลงจำนวนโครโมโซมทั้งหมด

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมประเภทหลักของการจัดเรียงโครงสร้างใหม่ ได้แก่ การลบ การเพิ่มซ้ำ การพลิกกลับ และการเคลื่อนย้ายตำแหน่งของโครโมโซม ความแตกต่างระหว่างการจัดเรียงตัวใหม่แบบสมดุลและไม่สมดุล การก่อตัวของวงวนการพลิกกลับแบบพาราเซนทริกและเพริเซนทริก และผลกระทบต่อการรวมตัวกันใหม่ ผลที่ตามมาของการเคลื่อนย้ายตำแหน่งแบบสลับกันและแบบโรเบิร์ตโซเนียนต่อการสร้างเซลล์สืบพันธุ์ และลักษณะทางคลินิกที่เกิดขึ้น โดยจะกล่าวถึงการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของโครโมโซม ส่วนการเปลี่ยนแปลงจำนวนโครโมโซมจะครอบคลุมในหัวข้อที่เกี่ยวข้อง

Core questions

• อะไรคือความแตกต่างระหว่างการลบ การเพิ่มซ้ำ การพลิกกลับ และการเคลื่อนย้ายตำแหน่งของโครโมโซม?
• เหตุใดการจัดเรียงตัวใหม่แบบสมดุลจึงมักไม่เป็นอันตรายต่อผู้ถือยีน แต่มีความเสี่ยงต่อลูกหลาน?
• การพลิกกลับยับยั้งการฟื้นตัวของเซลล์สืบพันธุ์ที่เกิดจากการรวมตัวกันใหม่ได้อย่างไร?
• การเคลื่อนย้ายตำแหน่งแบบสลับกันและแบบโรเบิร์ตโซเนียนส่งผลต่อความอยู่รอดของเซลล์สืบพันธุ์อย่างไร?

Key concepts

• การลบและการเพิ่มซ้ำ
• การพลิกกลับแบบพาราเซนทริกและเพริเซนทริก
• การเคลื่อนย้ายตำแหน่งแบบสลับกันและแบบโรเบิร์ตโซเนียน
• การจัดเรียงตัวใหม่แบบสมดุลเทียบกับไม่สมดุล
• ผลกระทบต่อการรวมตัวกันใหม่และการสร้างเซลล์สืบพันธุ์

Mechanisms

การจัดเรียงตัวใหม่เกิดขึ้นเมื่อโครโมโซมแตกหักและปลายที่หักเชื่อมต่อกันอย่างผิดปกติ ซึ่งมักได้รับความช่วยเหลือจากลำดับซ้ำที่จัดเรียงตัวผิดพลาด การพลิกกลับทำให้โครโมโซมเกิดเป็นวงวนในระหว่างการจับคู่ในระยะไมโอซิส เพื่อให้การไขว้เปลี่ยน (crossover) ก่อให้เกิดเซลล์สืบพันธุ์ที่ไม่สมดุล และการเคลื่อนย้ายตำแหน่งสร้างการจัดเรียงตัวที่แยกตัวออกไปเพื่อผลิตเซลล์สืบพันธุ์ที่มีสารพันธุกรรมขาดหายไปหรือเกินมา

Clinical relevance

การจัดเรียงโครงสร้างใหม่ทำให้เกิดกลุ่มอาการที่ชัดเจนผ่านความไม่สมดุลของปริมาณยีน เป็นสาเหตุของการแท้งบุตรซ้ำหลายครั้งในผู้ที่มียีนเคลื่อนย้ายตำแหน่งแบบสมดุล และกระตุ้นให้เกิดมะเร็งเมื่อยีนรวมตัวกันหรือทำงานผิดปกติ เช่นในโครโมโซมฟิลาเดลเฟียของโรคมะเร็งเม็ดเลือดขาวชนิดเรื้อรังแบบไมอีลอยด์

History

การศึกษาเซลล์พันธุศาสตร์ของแมลงหวี่ในยุคแรกเผยให้เห็นการลบ การเพิ่มซ้ำ และการพลิกกลับผ่านลักษณะทางพันธุกรรมและโครโมโซม แมคคลินทอกเชื่อมโยงโครโมโซมที่แตกหักกับความไม่เสถียรทางพันธุกรรม และการระบุการเคลื่อนย้ายตำแหน่งเฉพาะในโรคมะเร็งเม็ดเลือดขาวโดยโรว์ลีย์ในทศวรรษ 1970 ได้ยืนยันว่าการจัดเรียงตัวใหม่เป็นสาเหตุของมะเร็งในมนุษย์

Key figures

• Barbara McClintock
• Alfred Sturtevant
• Janet Rowley

Seminal works

• klug2019

Frequently asked questions

การเคลื่อนย้ายตำแหน่งแบบสมดุลคืออะไร?

การเคลื่อนย้ายตำแหน่งแบบสมดุลคือการสลับส่วนของโครโมโซมระหว่างกันโดยไม่มีการเพิ่มหรือสูญเสียสารพันธุกรรม ดังนั้นผู้ถือยีนมักจะมีสุขภาพดี อย่างไรก็ตาม การจัดเรียงตัวใหม่นี้สามารถผลิตเซลล์สืบพันธุ์ที่ไม่สมดุลได้ ซึ่งเพิ่มความเสี่ยงของการแท้งบุตรหรือการมีบุตรที่ได้รับผลกระทบ

เหตุใดการพลิกกลับจึงลดจำนวนลูกหลานที่เกิดจากการรวมตัวกันใหม่ที่สามารถฟื้นตัวได้?

เมื่อโครโมโซมที่มีการพลิกกลับจับคู่กับโครโมโซมคู่เหมือนปกติ บริเวณนั้นจะเกิดเป็นวงวนเพื่อจัดเรียงตัว และการไขว้เปลี่ยนภายในวงวนจะสร้างเซลล์สืบพันธุ์ที่มีการเพิ่มซ้ำและการลบ ซึ่งมักจะอยู่รอดไม่ได้ ดังนั้นประเภทที่เกิดจากการรวมตัวกันใหม่จึงไม่ค่อยพบ