KROMOSOMDUPLIKATION: EGENSKABER OG EKSEMPLER - BIOLOGI - 2025

En kromosom duplikation beskriver en brøkdel af DNA, der vises to gange som et produkt af genetisk rekombination. Kromosom duplikation, gentuplikation eller amplifikation er en af ​​kilderne til generering af variation og udvikling i levende væsener.

En kromosomal duplikation er en type mutation, da den involverer en ændring i den normale sekvens af DNA i et kromosomalt område. Andre mutationer på det kromosomale niveau inkluderer kromosomale insertioner, inversioner, translokationer og deletioner.

Kromosomal eller kromosom duplikation. Høflighed: National Human Genome Research Institute, via Wikimedia Commons

Kromosomale duplikationer kan forekomme på det samme kildepunkt som det duplikerede fragment. Dette er batchduplikationer. Batch-duplikater kan være af to typer: direkte eller omvendt.

Direkte duplikater er dem, der gentager både informationen og orienteringen af ​​det gentagne fragment. I batch-inverterede duplikatfragmenter gentages informationen, men fragmenterne er orienteret i modsatte retninger.

I andre tilfælde kan kromosomduplikation forekomme på et andet sted eller endda på et andet kromosom. Dette genererer en ektopisk kopi af sekvensen, der kan fungere som et underlag til crossover og være en kilde til afvigende rekombinationer. Afhængig af den involverede størrelse, kan duplikationerne være makro- eller mikroduplikationer.

Evolutionelt set genererer duplikationer variation og ændring. På individuelt niveau kan kromosomale duplikationer dog føre til alvorlige sundhedsmæssige problemer.

Mekanisme for kromosomale duplikationer

Duplikationer forekommer hyppigst i regioner af DNA, der har gentagne sekvenser. Disse er underlag til rekombinationsbegivenheder, selvom de forekommer mellem regioner, der ikke er perfekt homologe.

Disse rekombinationer siges at være uekte. Mekanisk er de afhængige af sekvenslighed, men genetisk kan de udføres mellem ikke-homologe kromosomer.

I mennesket har vi flere typer gentagne sekvenser. De meget gentagne inkluderer dem såkaldt satellit-DNA, begrænset til centromererne (og nogle heterokromatiske regioner).

Andre, moderat gentagne, inkluderer for eksempel batch-gentagelser, der koder for ribosomale RNA'er. Disse gentagne eller duplikerede regioner er placeret i meget specifikke steder kaldet nucleolusorganiserende regioner (NOR).

NORs, hos mennesker, er placeret i de subelomere regioner i fem forskellige kromosomer. Hver NOR på sin side består af hundreder til tusinder af kopier af den samme kodende region i forskellige organismer.

Men vi har også andre gentagne regioner spredt over genomet med forskellig sammensætning og størrelser. Alle kan rekombineres og give anledning til duplikationer. Faktisk er mange af dem produktet af deres egen duplikering, in situ eller ektopisk. Disse inkluderer blandt andet minisatellitter og mikrosatellitter.

Kromosomale duplikationer kan også opstå, mere sjældent, ved sammenføjning af ikke-homologe ender. Dette er en ikke-homolog rekombinationsmekanisme, der observeres i nogle DNA-reparationsbegivenheder med dobbeltbånd.

Kromosomale duplikationer i udviklingen af ​​gener

Når et gen duplikeres på samme sted eller endda på et andet, skaber det et locus med sekvens og betydning. Det vil sige en meningsfuld sekvens. Hvis det forbliver på den måde, vil det være et duplikatgen fra og fra dets modergen.

Men det er måske ikke udsat for det samme selektive pres som modergenet og kan mutere. Summen af ​​disse ændringer kan undertiden føre til udseendet af en ny funktion. Allerede vil genet også være et nyt gen.

Kopiering af det forfædres globin-locus førte for eksempel i evolutionen til fremkomsten af ​​globin-familien. Efterfølgende translokationer og successive duplikationer fik familien til at vokse med nye medlemmer, der udførte den samme funktion, men egnede til forskellige forhold.

Globusfamilien af ​​gener. Yuhrt, via Wikimedia Commons.

Kromosomale duplikationer i udviklingen af ​​arter

I en organisme fører duplikationen af ​​et gen til genereringen af ​​en kopi kaldet et paralogent gen. Et godt undersøgt tilfælde er det ovenfor nævnte globingener. En af de mest kendte globiner er hæmoglobin.

Det er meget vanskeligt at forestille sig, at kun det kodende område af et gen er duplikeret. Derfor er hvert paralogue-gen forbundet med en paralogue-region i organismen, der gennemgår duplikation.

I løbet af udviklingen har kromosomale duplikationer spillet en vigtig rolle på forskellige måder. På den ene side duplikerer de informationen, der kan give anledning til nye funktioner ved at ændre gener med en tidligere funktion.

På den anden side kan placering af duplikationen i en anden genomisk kontekst (f.eks. Et andet kromosom) generere en paralog med forskellig regulering. Med andre ord kan det skabe større tilpasningsevne.

Endelig oprettes udvekslingsregioner også ved rekombination, der fører til store genomiske omarrangementer. Dette kunne igen repræsentere oprindelsen af ​​speciation-begivenheder i især makroevolutionære linjer.

De problemer, som mikroduktion kan forårsage hos et individ

Fremskridt inden for næste generations sekventeringsteknologier såvel som kromosomfarvning og hybridisering giver os nu mulighed for at se nye foreninger. Disse foreninger inkluderer manifestation af visse sygdomme på grund af forøgelse (duplikering) eller tab (sletning) af genetisk information.

Genetiske duplikationer er forbundet med en ændring i gendosering og med afvigende crossovers. Under alle omstændigheder fører de til en ubalance af genetisk information, som undertiden manifesterer sig som en sygdom eller syndrom.

Charcot-Marie-Tooth syndrom type 1A er for eksempel forbundet med mikroduktion af regionen, der inkluderer PMP22-genet. Syndromet er også kendt under navnet arvelig sensorisk og motorisk neuropati.

Der er kromosomale fragmenter tilbøjelige til disse ændringer. Faktisk bærer 22q11-regionen adskillige gentagne antal kopierummer, der er specifikke for den del af genomet.

Det vil sige fra området med bånd 11 i den lange arm af kromosom 22. Disse duplikationer er forbundet med adskillige genetiske lidelser, herunder mental retardering, okulære misdannelser, mikrocephaly osv.

I tilfælde af mere omfattende duplikationer kan der forekomme partielle trisomier med skadelige virkninger på organismenes helbred.

Referencer

1. Cordovez, JA, Capasso, J., Lingao, MD, Sadagopan, KA, Spaeth, GL, Wasserman, BN, Levin, AV (2014) Okulære manifestationer af 22q11.2 mikroduktion. Oftalmologi, 121: 392-398.
2. Goodenough, UW (1984) Genetik. WB Saunders Co. Ltd, Philadelphia, PA, USA.
3. Griffiths, AJF, Wessler, R., Carroll, SB, Doebley, J. (2015). En introduktion til genetisk analyse (11. udgave). New York: WH Freeman, New York, NY, USA.
4. Hardison, RC (2012) Evolution af hæmoglobin og dets gener. Cold Spring Harbour Perspectives in Medicine 12, doi: 10.1101 / cshperspect.a011627
5. Weise, A., Mrasek, K., Klein, E., Mulatinho, M., Llerena Jr., JC, Hardekopf, D., Pekova, S., Bhatt, S., Kosyakova, N., Liehr, T. (2012) Mikrodeletions- og mikroduplikationssyndromer. Journal of Histochemistry & Cytochemistry 60, doi: 10.1369 / 0022155412440001