Aneuploidia: cauze, tipuri și exemple

Aneuploidia este starea celulelor în care au unul sau mai mulți cromozomi în exces sau lipsă, diferindu-se de numărul haploid, diploid sau poliploid al celulelor care formează un organism dintr-o anumită specie.

Într-o celulă aneuploidă, numărul de cromozomi nu aparține unui multiplu perfect al setului haploid, deoarece au pierdut sau au câștigat cromozomi. În general, adăugarea sau pierderea cromozomilor corespunde unui singur cromozom sau unui număr impar de cromozomi, deși uneori pot fi implicați doi cromozomi.

Aneuploidele aparțin modificărilor cromozomiale numerice și sunt cel mai ușor de identificat citologic. Acest dezechilibru cromozomial este puțin susținut de animale, fiind mai frecvent și mai puțin dăunător pentru speciile de plante. Multe malformații congenitale la om sunt cauzate de aneuploidie.

cauze

Pierderea sau amplificarea unuia sau mai multor cromozomi în celulele unui individ se datorează de obicei pierderii de translocație sau procesului de non-disjuncție în timpul meiozei sau mitozei. Ca rezultat, doza de genă a indivizilor este modificată, ceea ce provoacă, la rândul său, defecte fenotipice grave.

Modificările numărului de cromozomi pot să apară în timpul primei sau celei de-a doua divizări a meiozei sau în ambele cazuri în același timp. Ele pot proveni, de asemenea, în timpul divizării mitotice.

Aceste erori în diviziune se desfășoară în meiozei I sau meiozei II, în timpul spermatogenezei și oogenezei, care se întâlnesc și în mitoza în diviziunile timpurii ale zigotului.

În aneuploide, non-disjuncția apare atunci când unul dintre cromozomi cu perechea lor omologă trece la același pol celular sau se adaugă la același gamete. Aceasta se întâmplă probabil datorită divizării prematură a centromerei în timpul primei diviziuni meiotice în meiozei materne.

Când un gamete cu un cromozom suplimentar se leagă de un gamete normal, se produc trisomii (2n + 1). Pe de altă parte, atunci când un gamete este asociat cu un cromozom lipsă și unul normal, se produc monozomii (2n-1).

tip

Aneuploidele apar frecvent la indivizi diploizi. Aceste modificări ale numărului de cromozomi prezintă o mare relevanță clinică pentru specia umană. Acestea includ diferite tipuri, cum ar fi nulisomii, monozomii, trisomii și tetrasomii.

nullisomy

În celulele cu nulisomie, ambii membri ai unei perechi de cromozomi omologi sunt pierduți, fiind reprezentați ca 2n-2 (n este numărul haploid de cromozomi). La om, de exemplu, cu 23 de perechi de cromozomi omologi (n = 23), adică 46 de cromozomi, pierderea unei perechi omoloage ar duce la 44 de cromozomi (22 de perechi).

Un individ nulisomic este de asemenea descris ca unul lipsit de o pereche de cromozomi omologi în completarea lor somatică.

monosomy

Monozomia este ștergerea unui singur cromozom (2n-1) în perechea omologă. La o ființă umană cu monozomie, celula ar avea doar 45 de cromozomi (2n = 45). În monosomie găsim monoizosomia și monotelozomia.

În celulele monoizosomale, cromozomul prezent fără o pereche omologă este un izochromozom. Celulele monotelozomale sau monototecentrice posedă un cromozom telocentric fără perechea sa omologă.

trisomia

În trisomii apare apariția sau adăugarea unui cromozom într-o pereche omologă, adică există trei copii omoloage ale aceluiași cromozom. Este reprezentat ca 2n + 1. La omul cu celule trisomice se găsesc 47 de cromozomi.

Unele condiții foarte studiate, cum ar fi sindromul Down, apar ca urmare a trisomiei cromozomului 21.

Constituirea cromozomului extra permite clasificarea trizomiei în:

• Trisomia primară: Când cromozomul suplimentar este complet.
• Trisomia secundară: Cromozomul suplimentar este un isochromozom.
• Trisomia terțiară: în acest caz, brațele cromozomului rămas aparțin a două cromozomi diferiți ai complementului normal.

tetrasomy

Tetrasomia apare atunci când există adăugarea unei perechi complete de cromozomi omologi. La om, tetrasomia are ca rezultat indivizi cu 48 de cromozomi. Este reprezentat ca 2n + 2. Cromozomii adiționali sunt întotdeauna o pereche omologă, adică vor fi patru copii omoloage ale unui anumit cromozom.

În același individ, se pot produce mai multe mutații aneuploide, rezultând în indivizi dubli trisomici (2n + 1 + 1), dublu monozomi, tetrasomali, etc. Au fost obținute experimental organisme monoclonale sextuple, așa cum este cazul grâului alb ( Triticum aestivum ).

Exemple

Liniile celulare formate după un proces de non-disjuncție a cromozomilor sunt de obicei neviabile. Acest lucru se datorează faptului că multe dintre aceste celule sunt lăsate fără informații genetice care le împiedică să se înmulțească și să dispară.

Pe de altă parte, aneuploidia este un mecanism important al variației intraspecifice. În planta de stramonium ( Datura stramonium ) este un complement haploid de 12 cromozomi, astfel încât sunt posibile 12 trisomale diferite. Fiecare trisomic implică un cromozom diferit, fiecare prezentând un fenotip unic.

În unele plante din genul Clarkia, trisomia acționează de asemenea ca o sursă importantă de variabilitate intraspecifică.

Aneuploidia la om

La om, aproximativ jumătate din avorturile spontane din primul trimestru de sarcină sunt produse printr-o modificare numerică sau structurală a cromozomilor.

Monozomiile autozomale, de exemplu, nu sunt viabile. Multe trisomii, cum ar fi cele ale cromozomului 16, sunt adesea întrerupte și în monozomia cromozomului X sau a sindromului Turner celulele sunt viabile, dar zigotul X0 este avortat prematur.

Aneuploidia cromozomilor sexuali

Cele mai frecvente cazuri de aneuploidii la om sunt legate de cromozomii sexuali. Modificările numărului de cromozomi sunt tolerate într-un mod mai bun decât modificările cromozomilor autozomali.

Aneuploidia afectează numărul de copii ale unei gene, dar nu secvența de nucleotide. Prin modificarea dozei unor gene, concentrațiile produselor genetice sunt modificate la rândul lor. În cazul cromozomilor sexuali, există o excepție de la această relație între numărul de gene și proteina produsă.

La unele mamifere (șoareci și oameni), apare inactivarea cromozomului X, ceea ce permite ca la femele și la bărbați să existe aceeași doză funcțională a genelor legate de respectivul cromozom.

În acest fel, cromozomii X suplimentari sunt inactivați în aceste organisme, făcând posibil ca aneuploidia în aceste cromozomi să fie mai puțin dăunătoare.

Unele boli, cum ar fi sindromul Turner și sindromul Klinefelter, sunt cauzate de aneuploidele la nivelul cromozomilor sexuali.

Sindromul Klinefelter

Persoanele cu această afecțiune sunt fenotipice de sex masculin, cu unele caracteristici efeminate. Prezența unui cromozom extra X la persoanele de sex masculin este cauza acestei boli, acei indivizi având 47 de cromozomi (XXY).

În cazurile de gravitate a acestei afecțiuni, bărbații prezintă voci foarte ascuțite, picioare lungi, puțină dezvoltare a părului și a șoldurilor, precum și a sânilor foarte marunți. În plus, ele sunt sterile și pot avea puțină dezvoltare mentală. În cazurile mai blânde, există un fenotip masculin și o dezvoltare cognitivă normală.

Sindromul Klinefelter apare la aproximativ unul din fiecare 800 de nașteri ale unor indivizi masculi vii.

Turner

Turner sindromul este cauzat de pierderea parțială sau totală a unui cromozom X și apare la femei. Această modificare cromozomală are loc în timpul gametogenezei printr-un proces postzygotic nedisociativ.

Diferitele modificări ale cariotipului produc fenotipuri diferite în sindromul Turner. Atunci când materialul este pierdut din brațul lung al unuia dintre cromozomii X (terminal sau interstițial), la pacienții cu această afecțiune apar defecțiuni ovariene primare sau secundare și dimensiuni reduse. De asemenea, este frecventă prezența limfedemelor și a disgenezei gonadale.

În general, fenotipul femeilor care suferă de această boală este normal, cu excepția situației de statură scurtă. Diagnosticul acestui sindrom depinde, prin urmare, de studiul și de prezența modificării citogenetice.

Această boală apare la aproximativ unul din fiecare nouăsprezece nou-născuți ai sexului feminin, având o frecvență mai mare a avorturilor spontane, adică nu mai mult de 5% din embrionii care se formează cu această alterare reușesc să se dezvolte până la atingerea termenului.

Aneuploidia autosomală

Persoanele născute cu aneuploide în cromozomii autozomali sunt rare. În majoritatea cazurilor în care apare acest tip de mutație, apar avorturi spontane, cu excepția aneuploidiilor autozomilor mici, cum ar fi trisomia cromozomului 21.

Se crede că, deoarece nu există mecanisme de compensare pentru dozele genetice în cromozomii autozomali, modificările în compoziția lor sunt mult mai puțin tolerate de organisme.

Sindromul Down

Dimensiunea redusă a cromozomilor 21 permite prezența copiilor suplimentare ale genelor, fiind mai puțin dăunătoare decât în ​​cazul cromozomilor mai mari. Aceste cromozomi au mai putine gene decat orice alt autozom.

Sindromul Down este cea mai comună aneuploidie autosomală la om. În Statele Unite, aproximativ una din fiecare 700 de nașteri au această condiție.

Se estimează că 95% din cazuri sunt cauzate de non-disjuncție, provocând trisomie liberă 21. Restul de 5% este produs prin translocație, adesea între cromozomii 21 și 14. Prevalența acestei afecțiuni depinde în mare măsură de vârsta maternă la concepție.

Sa constatat că între 85 și 90% din cazuri, prezența trisomiei libere 21 este asociată cu alterarea meiotică maternă. Persoanele care prezintă această afecțiune sunt caracterizate prin hipotonie, hiperextensibilitate și hiporeflectivă.

În plus, au un craniu moderat mic, cu un occiput plat și chilot, nas și urechi mici și o gură cu unghiuri în jos, mici și cu proeminență frecventă a limbii.