Vlastnosti a příklady duplikací chromozomů



Jeden chromozomální duplikace popisuje frakci DNA, která se objevuje dvakrát jako produkt genetické rekombinace. Duplikace chromozomů, duplikace genů nebo amplifikace je jedním ze zdrojů vzniku variability a evoluce v živých bytostech.

Duplikace chromozomů je typem mutace, protože zahrnuje změnu v normální sekvenci DNA v chromozomální oblasti. Další mutace na úrovni chromozomů zahrnují inzerce, inverze, translokace a chromosomální delece.

Duplikace chromosomů se může vyskytovat ve stejném zdrojovém místě duplikovaného fragmentu. Jedná se o duplikace v dávkách. Duplikáty v tandě mohou být dvou typů: přímé nebo obrácené.

Přímé duplikáty jsou takové, které opakují informace i orientaci opakovaného fragmentu. V duplikovaných fragmentech invertovaných v dávce se informace opakují, ale fragmenty jsou orientovány v opačných směrech.

V jiných případech může dojít k chromozomální duplikaci na jiném místě nebo dokonce na jiném chromozomu. To vytváří ektopickou kopii sekvence, která může fungovat jako substrát pro zesítění a být zdrojem aberantních rekombinací. V závislosti na velikosti mohou být duplikace makro- nebo mikro-duplikace.

Evolutně řečeno, duplikace vytvářejí variabilitu a změnu. Na úrovni jedince však mohou chromozomální duplikace způsobit vážné zdravotní problémy.

Index

  • 1 Mechanismus chromozomálních duplikací
  • 2 Chromozomální duplikace ve vývoji genů
  • 3 Duplikace chromozomů ve vývoji druhů
  • 4 Problémy, které mohou mikroduplikace způsobit u jedince
  • 5 Odkazy

Mechanismus chromozomálních duplikací

Duplikace se vyskytují častěji v oblastech DNA, které mají opakované sekvence. Jedná se o substrát rekombinačních událostí, i když jsou ověřeny mezi oblastmi, které nejsou dokonale homologní.

Říká se, že tyto rekombinace jsou nelegitimní. Mechanicky závisí na podobnosti sekvence, ale geneticky mohou být prováděny mezi nehomologními chromozomy..

V lidské bytosti máme několik typů opakovaných sekvencí. Mezi vysoce opakované patří tzv. Satelitní DNA, omezená na centromery (a některé heterochromatické oblasti)..

Jiné, mírně se opakující, zahrnují například ty, které se opakují v tandemu, které kódují ribozomální RNA. Tyto opakované nebo duplikované oblasti jsou umístěny ve velmi specifických lokalitách nazývaných oblasti organizující nukleolus (NOR).

NOR u lidí se nachází v subtelomerních oblastech pěti různých chromozomů. Každá NOR se na druhé straně skládá ze stovek až tisíců kopií stejné kódující oblasti v různých organismech.

Máme však i další opakující se oblasti rozptýlené po celém genomu s různým složením a velikostí. Všichni mohou rekombinovat a vést k duplikacím. Ve skutečnosti, mnoho z nich je produktem jejich vlastní duplikace, in situ nebo ektopický. Mezi ně patří mimo jiné minisatelity a mikrosatelity.

Duplikace chromozomů mohou také vznikat, vzácněji, ze spojení ne-homologních konců. Jedná se o nehomologní rekombinační mechanismus, který je pozorován v některých opravách dvojitých pásem DNA.

Chromozomální duplikace ve vývoji genů

Když je gen duplikován na stejném místě nebo dokonce v jiném místě, vytvoří lokus se sekvencí a významem. To znamená sekvenci s významem. Pokud to tak zůstane, bude to duplikovaný gen a jeho předchůdce.

Nesmí však podléhat stejnému selektivnímu tlaku mateřského genu a může mutovat. Součet těchto změn může někdy vést ke vzniku nové funkce. Gen bude také novým genem.

Například zdvojení lokusu předků globinu vedlo v evoluci ke vzniku rodiny globinů. Následné translokace a následné duplikace způsobily, že rodina roste s novými členy, kteří plní stejnou funkci, ale jsou vhodné pro různé podmínky.

Chromozomální duplikace ve vývoji druhů

V organismu vede duplikace genu ke generování kopie nazvané paralogový gen. Dobře studovaným případem je případ globinových genů uvedených výše. Jedním z nejznámějších globinů je hemoglobin.

Je velmi obtížné si představit, že pouze kódující oblast genu se zdvojnásobí. Proto je každý paralogový gen asociován s paralogickou oblastí v organismu, která má duplikaci.

V průběhu evoluce hrají chromosomální duplikace významnou roli různými způsoby. Na jedné straně duplikují informace, které mohou způsobit vznik nových funkcí změnou genů s předchozí funkcí.

Na druhou stranu, umístění duplikace do jiného genomového kontextu (například jiného chromozomu) může generovat paralog s odlišnou regulací. To znamená, že může vytvářet větší adaptivní kapacitu.

Konečně jsou také vytvořeny oblasti výměny pomocí rekombinace, které vedou k velkému přeskupení genomů. To by zase mohlo představovat vznik speciačních událostí v jednotlivých makroevolučních řadách.

Problémy, které mikroduplikace mohou způsobit u jedince

Pokroky v technologiích sekvenování nové generace, barvení chromozomů a hybridizaci nám nyní umožňují vidět nové asociace. Tyto asociace zahrnují projev některých onemocnění v důsledku zisku (duplikace) nebo ztráty (vypuštění) genetické informace.

Genetická duplikace je spojena se změnou dávkování genů as aberantními křížovými vazbami. V každém případě vedou k nerovnováze genetické informace, která se někdy projevuje jako onemocnění nebo syndrom.

Například Charcot-Marie-Toothův syndrom typu 1A je spojen s mikroduplikací oblasti, která zahrnuje gen PMP22. Syndrom je také známý jako dědičná motorická a senzorická neuropatie..

K těmto změnám jsou náchylné chromozomální fragmenty. Ve skutečnosti oblast 22q11 nese mnoho opakování při nízkém počtu kopií specifických pro tuto část genomu.

To znamená z oblasti pásma 11 dlouhého ramena chromozomu 22. Tyto duplikace jsou spojeny s četnými genetickými poruchami, včetně mentální retardace, očních malformací, mikrocefalie atd..

V případě rozsáhlejších duplikací lze dosáhnout výskytu částečných trisomií se škodlivými účinky na zdraví organismu..

Odkazy

  1. Cordovez, J.A., Capasso, J., Lingao, M.D., Sadagopan, K.A., Spaeth, G. L., Wasserman, B. N., Levin, A.V. (2014) Oční projevy mikroduplikace 22q11.2. Ophthalmology, 121: 392-398.
  2. Goodenough, U. W. (1984) Genetics. W. B. Saunders Co. Ltd., Philadelphia, PA, USA.
  3. Griffiths, A. J. F., Wessler, R., Carroll, S.B., Doebley, J. (2015). Úvod do genetické analýzy (11. vydání). New York: W. H. Freeman, New York, NY, USA.
  4. Hardison, R. C. (2012) Evoluce hemoglobinu a jeho genů. Cold Spring Harbor 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) Mikrodelece a mikroduplikační syndromy. Journal of Histochemistry & Cytochemistry 60, doi: 10.1369 / 0022155412440001