โครงสร้างโครโมโซมและคาริโอไทป์

โครโมโซมแต่ละแท่งบรรจุโมเลกุล DNA ขนาดใหญ่เพียงโมเลกุลเดียวให้อยู่ในโครงสร้างที่กะทัดรัดและเป็นระเบียบ การจัดเรียงชุดโครโมโซมทั้งหมดของแต่ละบุคคลเป็นคาริโอไทป์จะเผยให้เห็นจำนวน ขนาด และแถบสีได้อย่างรวดเร็ว

Definition

โครงสร้างโครโมโซมคือการจัดระเบียบ DNA และโปรตีนของโครโมโซมให้เป็นหน่วยที่บรรจุและทำงานได้ และคาริโอไทป์คือการจัดเรียงชุดโครโมโซมทั้งหมดของแต่ละบุคคลอย่างเป็นระบบตามขนาดและรูปแบบแถบสี

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมการบรรจุ DNA แบบลำดับชั้นรอบฮิสโตนเป็นนิวคลีโอโซมและโครมาตินระดับสูงขึ้น จุดเด่นเชิงหน้าที่ของโครโมโซมรวมถึงเซนโทรเมียร์และเทโลเมียร์ ความแตกต่างระหว่างยูโครมาตินและเฮเทอโรโครมาติน การเตรียมและการอ่านคาริโอไทป์ การย้อมแถบโครโมโซมและระบบการตั้งชื่อ และวิธีการทางเซลล์พันธุศาสตร์ระดับโมเลกุล เช่น การผสมพันธุ์แบบฟลูออเรสเซนต์ในแหล่งกำเนิด (fluorescence in situ hybridization) โดยจะกล่าวถึงสถาปัตยกรรมและการระบุโครโมโซม ส่วนการเคลื่อนที่ของโครโมโซมระหว่างการแบ่งเซลล์จะกล่าวถึงในหัวข้อที่เกี่ยวข้อง

Core questions

• โมเลกุล DNA ที่มีความยาวเป็นเมตรถูกบรรจุลงในโครโมโซมขนาดเล็กได้อย่างไร?
• บทบาทของเซนโทรเมียร์และเทโลเมียร์ในโครโมโซมคืออะไร?
• คาริโอไทป์ถูกเตรียมและอ่านเพื่อระบุโครโมโซมแต่ละแท่งได้อย่างไร?
• การย้อมแถบและวิธีการทางเซลล์พันธุศาสตร์ระดับโมเลกุลเผยให้เห็นรายละเอียดของโครโมโซมได้อย่างไร?

Key concepts

• นิวคลีโอโซมและการบรรจุโครมาติน
• เซนโทรเมียร์และเทโลเมียร์
• ยูโครมาตินเทียบกับเฮเทอโรโครมาติน
• การเตรียมคาริโอไทป์และการย้อมแถบโครโมโซม
• การผสมพันธุ์แบบฟลูออเรสเซนต์ในแหล่งกำเนิด

Mechanisms

DNA จะพันรอบฮิสโตนออคตาเมอร์ประมาณสองรอบเพื่อสร้างนิวคลีโอโซม นิวคลีโอโซมจะขดตัวเป็นเส้นใยที่หนาขึ้น และในระหว่างการแบ่งเซลล์ เส้นใยเหล่านี้จะควบแน่นต่อไปเป็นโครโมโซมที่มองเห็นได้ เซนโทรเมียร์ทำหน้าที่ยึดจุดเกาะของเส้นใยสปินเดิล และเทโลเมียร์จะปิดและปกป้องปลายโครโมโซม ในขณะที่การย้อมแถบและโพรบที่มีป้ายกำกับจะทำให้สามารถแยกแยะแต่ละบริเวณได้

Clinical relevance

การอ่านโครงสร้างโครโมโซมเป็นพื้นฐานของการทำคาริโอไทป์ทางคลินิกและการทดสอบ FISH ซึ่งใช้ในการตรวจหาความผิดปกติของจำนวนโครโมโซม (aneuploidies) การขาดหายไป (deletions) และการจัดเรียงใหม่ (rearrangements) ในการวินิจฉัยก่อนคลอดและมะเร็ง และชีววิทยาของเทโลเมียร์เชื่อมโยงกับการแก่ของเซลล์และความผิดปกติทางพันธุกรรมบางอย่าง

History

เฟลมมิงได้อธิบายโครมาตินและการแบ่งเซลล์แบบไมโทซิสในทศวรรษ 1880 ทจิโอและเลวานได้กำหนดจำนวนโครโมโซมของมนุษย์ว่ามีสี่สิบหกแท่งในปี 1956 เทคนิคการย้อมแถบในต้นทศวรรษ 1970 ทำให้สามารถระบุโครโมโซมแต่ละแท่งได้อย่างเฉพาะเจาะจง และแบบจำลองนิวคลีโอโซมของการบรรจุโครมาตินได้ถูกกำหนดขึ้นในปลายทศวรรษนั้น

Key figures

• Walther Flemming
• Joe Hin Tjio
• Roger Kornberg

Seminal works

• klug2019

Frequently asked questions

หน้าที่ของเทโลเมียร์คืออะไร?

เทโลเมียร์คือส่วนปลายที่ซ้ำกันของโครโมโซมที่ทำหน้าที่ปกป้องโครโมโซมจากการเสื่อมสภาพและการรวมตัวกับโครโมโซมอื่น ๆ และยังช่วยลดการสูญเสียลำดับปลายที่เกิดขึ้นในแต่ละรอบของการจำลองแบบ

ทำไม DNA จึงถูกบรรจุด้วยโปรตีนฮิสโตน?

DNA ในเซลล์มนุษย์เดี่ยวมีความยาวประมาณสองเมตรและต้องบรรจุอยู่ในนิวเคลียสขนาดเล็ก การพันรอบฮิสโตนเป็นนิวคลีโอโซมและการขดตัวต่อไปจะช่วยให้มันกะทัดรัดอย่างมากในขณะที่ยังคงจัดระเบียบและเข้าถึงได้สำหรับการใช้งาน