ДУБЛИРАНЕ НА ХРОМОЗОМИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПРИМЕРИ - БИОЛОГИЯ - 2025

А хромозомно дублиране описва част от ДНК, която се появява два пъти като продукт на генетична рекомбинация. Хромозомното дублиране, дублиране на ген или амплификация е един от източниците за генериране на променливост и еволюция в живите същества.

Хромозомното дублиране е вид мутация, тъй като включва промяна в нормалната последователност на ДНК в хромозомния регион. Други мутации на хромозомно ниво включват хромозомни вмъквания, инверсии, транслокации и делеции.

Хромозомно или хромозомно дублиране. С любезното съдействие: Национален институт за изследване на човешкия геном, чрез Wikimedia Commons

Хромозомни дублирания могат да се появят в същия източник на сайта като дублирания фрагмент. Това са партийните дублирания. Дублиращите партиди могат да бъдат от два вида: директни или обърнати.

Директните дубликати са тези, които повтарят както информацията, така и ориентацията на повтарящия се фрагмент. В пакетно обърнати дублиращи се фрагменти информацията се повтаря, но фрагментите са ориентирани в противоположни посоки.

В други случаи хромозомното дублиране може да се появи на друго място или дори на друга хромозома. Това генерира извънматочно копие на последователността, която може да функционира като субстрат за кросоувър и да бъде източник на аберрантни рекомбинации. В зависимост от размера, дублирането може да бъде макро- или микро-дублиране.

Еволюционно казано, дублирането генерира променливост и промяна. На индивидуално ниво обаче хромозомните дублирания могат да доведат до сериозни здравословни проблеми.

Механизъм на хромозомни дублирания

Дупликациите се появяват най-често в региони на ДНК, които имат повтарящи се последователности. Това са субстрати от рекомбинационни събития, дори ако се случват между региони, които не са напълно хомоложни.

За тези рекомбинации се казва, че са нелегитимни. Механично те зависят от сходството на последователността, но генетично те могат да бъдат проведени между нехомоложни хромозоми.

В човешкото същество имаме няколко типа повтарящи се последователности. Силно повтарящите се включват така наречената сателитна ДНК, ограничена до центромери (и някои хетерохроматични области).

Други, умерено повтарящи се, включват например партидата, повтаряща този код за рибозомни РНК. Тези повтарящи се или дублирани региони са разположени в много специфични места, наречени региони за организиране на нуклеоли (NORs).

НОР, при хората, са разположени в субтеломерните области на пет различни хромозоми. Всеки NOR от своя страна се състои от стотици до хиляди копия от един и същ кодиращ регион в различни организми.

Но имаме и други повтарящи се области, разпръснати из целия геном, с разнообразен състав и размери. Всички могат да комбинират и да доведат до дублиране. Всъщност много от тях са продукт на собственото им дублиране, in situ или извънматочно. Те включват, наред с други, минисателити и микросателити.

Хромозомните дублирания могат да възникнат и по-рядко от съединяването на нехомологични краища. Това е нехомологичен механизъм на рекомбинация, който се наблюдава при някои събития за възстановяване на двойни ленти на ДНК.

Хромозомни дублирания в еволюцията на гените

Когато ген се дублира на едно и също място или дори на друго място, той създава локус със последователност и значение. Тоест, смислена последователност. Ако остане по този начин, той ще бъде дублиращ се ген и от неговия родителски ген.

Но той може да не е подложен на същото селективно налягане като родителския ген и може да мутира. Сумата от тези промени понякога може да доведе до появата на нова функция. Вече генът ще бъде и нов ген.

Дублирането на локуса на прародините на предците, например, доведе до еволюцията до появата на семейство глобини. Последващи премествания и последователни дублирания накараха семейството да расте с нови членове, изпълняващи същата функция, но подходящи за различни условия.

Глобиновото семейство на гени. Yuhrt, Via Wikimedia Commons.

Хромозомни дублирания в еволюцията на видовете

В организъм дублирането на ген води до генерирането на копие, наречено паралог ген. Добре проучен случай е този на глобиновите гени, споменати по-горе. Един от най-известните глобини е хемоглобинът.

Много е трудно да си представим, че само кодиращата област на ген се дублира. Следователно, всеки ген на паралог е свързан с паралогичен регион в организма, който се подлага на дублиране.

В хода на еволюцията хромозомните дублирания са играли важна роля по различни начини. От една страна, те дублират информацията, която може да породи нови функции чрез промяна на гени с предишна функция.

От друга страна, поставянето на дублирането в друг геномен контекст (друга хромозома, например) може да генерира паралог с различна регулация. С други думи, той може да генерира по-голям капацитет за адаптиране.

И накрая, регионите на обмен също се създават чрез рекомбинация, която води до големи геномни пренареждания. Това от своя страна би могло да представи произхода на спецификационните събития в конкретни макроеволюционни линии.

Проблемите, които микродупликациите могат да причинят у индивид

Напредъкът в следващите поколения технологии за секвениране, както и хромозомно оцветяване и хибридизация, сега ни позволяват да видим нови асоциации. Тези асоциации включват проявата на определени заболявания, дължащи се на печалба (дублиране) или загуба (изтриване) на генетична информация.

Генетичните дублирания са свързани с промяна в дозата на гените и с отклоняващи се кръстосания. Във всеки случай те водят до дисбаланс на генетичната информация, който понякога се проявява като болест или синдром.

Синдромът на Charcot-Marie-Tooth тип 1A, например, е свързан с микродупликация на региона, който включва гена PMP22. Синдромът е известен и под името наследствена сензорна и двигателна невропатия.

Има хромозомни фрагменти, предразположени към тези промени. В действителност, регионът 22q11 носи многобройни малки копия на броя повторения, специфични за тази част от генома.

Тоест, от областта на лента 11 на дългата рама на хромозома 22. Тези дублирания са свързани с множество генетични разстройства, включително умствена изостаналост, очни малформации, микроцефалия и др.

В случаите на по-обширни дублирания могат да се появят частични тризомии, които имат вредно въздействие върху здравето на организма.

Препратки

1. Cordovez, JA, Capasso, J., Lingao, MD, Sadagopan, KA, Spaeth, GL, Wasserman, BN, Levin, AV (2014) Очни прояви на микродупликация 22q11.2. Офталмология, 121: 392-398.
2. Goodenough, UW (1984) Генетика. WB Saunders Co. Ltd, Филаделфия, Пенсилвания, САЩ.
3. Griffiths, AJF, Wessler, R., Carroll, SB, Doebley, J. (2015). Въведение в генетичния анализ (11 изд.). Ню Йорк: WH Freeman, Ню Йорк, Ню Йорк, САЩ.
4. Hardison, RC (2012) Еволюция на хемоглобина и неговите гени. Перспективи за студеното пролетно пристанище в медицината 12, дои: 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) Синдроми на микроделеция и микродупликация. Списание за хистохимия и цитохимия 60, doi: 10.1369 / 0022155412440001