Skip to main content
Global

7.3: שגיאות במיוזה

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    208846

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    הפרעות תורשתיות יכולות להתעורר כאשר הכרומוזומים מתנהגים בצורה לא תקינה במהלך המיוזה. ניתן לחלק את הפרעות הכרומוזומים לשתי קטגוריות: חריגות במספר הכרומוזומים וסידורים מבניים של הכרומוזומים. מכיוון שאפילו מקטעים קטנים של כרומוזומים יכולים להשתרע על גנים רבים, הפרעות כרומוזומליות הן דרמטיות אופייניות ולעתים קרובות קטלניות.

    הפרעות במספר הכרומוזומים

    הבידוד והתצפית המיקרוסקופית בכרומוזומים מהווים את הבסיס לציטוגנטיקה והיא השיטה העיקרית שבאמצעותה רופאים מזהים הפרעות כרומוזומליות בבני אדם. קריוטיפ הוא המספר והמראה של הכרומוזומים, כולל אורכם, דפוס הפסים ומיקום הצנטרומרים. כדי לקבל מבט על הקריוטיפ של הפרט, ציטולוגים מצלמים את הכרומוזומים ולאחר מכן חותכים ומדביקים כל כרומוזום בתרשים, או קריוגרמה (איור). \(\PageIndex{1}\)

    זהו קריוטיפ של נקבה אנושית. ישנם 22 זוגות הומולוגיים של כרומוזומים וזוג כרומוזומי X.
    איור\(\PageIndex{1}\): קריוגרמה זו מציגה את הכרומוזומים של תא חיסון אנושי נשי במהלך מיטוזה. (קרדיט: אנדראס בולצר ואח ')

    קריירה בפעולה: גנטיקאים משתמשים בקריוגרמות לזיהוי סטיות כרומוזומליות

    הקריוטיפ הוא שיטה שבאמצעותה ניתן לזהות תכונות המאופיינות בחריגות כרומוזומליות מתא בודד. כדי לצפות בקריוטיפ של אדם, תאי האדם (כמו תאי דם לבנים) נאספים תחילה מדגימת דם או מרקמה אחרת. במעבדה, התאים המבודדים מעוררים להתחיל להתחלק באופן פעיל. לאחר מכן מוחל חומר כימי על התאים כדי לעצור מיטוזה במהלך המטאפאזה. לאחר מכן התאים מקובעים לשקופית.

    לאחר מכן הגנטיקאי מכתים כרומוזומים באחד מכמה צבעים כדי להמחיש טוב יותר את דפוסי הפסים המובהקים והניתנים לשחזור של כל זוג כרומוזומים. לאחר הצביעה, הכרומוזומים נצפים באמצעות מיקרוסקופיה של שדה בהיר. ציטוגנטיקאי מנוסה יכול לזהות כל להקה. בנוסף לדפוסי הפסים, כרומוזומים מזוהים עוד יותר על בסיס גודל ומיקום הצנטרומרים. כדי לקבל את התיאור הקלאסי של הקריוטיפ שבו זוגות כרומוזומים הומולוגיים מיושרים בסדר מספרי מהארוך לקצר ביותר, הגנטיקאי משיג תמונה דיגיטלית, מזהה כל כרומוזום ומסדר ידנית את הכרומוזומים לתבנית זו (איור). \(\PageIndex{1}\)

    בבסיסו הבסיסי ביותר, הקריוגרמה עשויה לחשוף חריגות גנטיות שבהן לאדם יש יותר מדי או מעט מדי כרומוזומים לכל תא. דוגמאות לכך הן תסמונת דאון, המזוהה על ידי עותק שלישי של כרומוזום 21, ותסמונת טרנר, המאופיינת בנוכחות כרומוזום X אחד בלבד אצל נשים במקום שניים. גנטיקאים יכולים גם לזהות מחיקות גדולות או הוספות של DNA. לדוגמה, תסמונת ג'ייקובסן, הכוללת תווי פנים ייחודיים כמו גם מומים בלב ודימום, מזוהה על ידי מחיקה בכרומוזום 11. לבסוף, הקריוטיפ יכול לאתר טרנסלוקציות, המתרחשות כאשר קטע של חומר גנטי נשבר מכרומוזום אחד ומתחבר מחדש לכרומוזום אחר או לחלק אחר של אותו כרומוזום. טרנסלוקציות מעורבות בסוגי סרטן מסוימים, כולל לוקמיה מיאלוגנית כרונית.

    על ידי התבוננות בקריוגרמה, גנטיקאים יכולים למעשה לדמיין את ההרכב הכרומוזומלי של אדם כדי לאשר או לחזות חריגות גנטיות בצאצאים עוד לפני הלידה.

    אי-ניתוקים, כפילויות ומחיקות

    מבין כל ההפרעות הכרומוזומליות, הפרעות במספר הכרומוזומים ניתנות לזיהוי בקלות רבה ביותר מקריוגרמה. הפרעות של מספר כרומוזום כוללים שכפול או אובדן של כרומוזומים שלמים, כמו גם שינויים במספר קבוצות שלמות של כרומוזומים. הם נגרמים על ידי אי-ניתוק, המתרחש כאשר זוגות של כרומוזומים הומולוגיים או כרומטידות אחיות אינם מצליחים להיפרד במהלך המיוזה. הסיכון לאי-ניתוק עולה עם גיל ההורים.

    אי-ניתוק יכול להתרחש במהלך מיוזה I או II, עם תוצאות שונות (איור\(\PageIndex{2}\)). אם כרומוזומים הומולוגיים לא מצליחים להיפרד במהלך מיוזה I, התוצאה היא שני גמטות חסרות הכרומוזום הזה ושני גמטות עם שני עותקים של הכרומוזום. אם כרומטידות אחיות לא מצליחות להיפרד במהלך מיוזה II, התוצאה היא גמטה אחת שחסרה את הכרומוזום הזה, שתי גמטות תקינות עם עותק אחד של הכרומוזום וגמטה אחת עם שני עותקים של הכרומוזום.

    איור זה מראה אי-ניתוק במהלך מיוזה I ומיוזה II. אי-ניתוק במהלך מיוזה I מתרחש כאשר זוג הומולוגי לא מצליח להיפרד, ומביא לשני גמטות עם כרומוזומים n+ 1, ושני גמטות עם כרומוזומים n - 1. אי-ניתוק במהלך מיוזה II מתרחש כאשר כרומטידות אחיות אינן מצליחות להיפרד, ומביא לגמטה אחת עם כרומוזומים n+ 1, גמטה אחת עם כרומוזומים n - 1 ושני גמטות תקינות.
    איור\(\PageIndex{2}\): בעקבות מיוזה, לכל גמטה יש עותק אחד של כל כרומוזום. אי-ניתוק מתרחש כאשר כרומוזומים הומולוגיים (מיוזה I) או כרומטידות אחיות (מיוזה II) אינם מצליחים להיפרד במהלך המיוזה.

    אדם עם המספר המתאים של כרומוזומים למין שלו נקרא euploid; בבני אדם, euploidy מתאים 22 זוגות של אוטוזומים וזוג אחד של כרומוזומי מין. אדם עם שגיאה במספר הכרומוזומים מתואר כאנופלואיד, מונח הכולל מונוזומיה (אובדן כרומוזום אחד) או טריזומיה (רווח של כרומוזום זר). זיגוטות אנושיות מונוזומיות חסרות עותק אחד של אוטוזום תמיד לא מצליחות להתפתח ללידה מכיוון שיש להן רק עותק אחד של גנים חיוניים. רוב הטריזומיות האוטוזומליות גם אינן מצליחות להתפתח עד הלידה; עם זאת, כפילויות של חלק מהכרומוזומים הקטנים יותר (13, 15, 18, 21 או 22) יכולות לגרום לצאצאים ששורדים מספר שבועות עד שנים רבות. אנשים טריזומיים סובלים מסוג אחר של חוסר איזון גנטי: עודף במינון הגנים. תפקודי התא מכוילים לכמות התוצר הגנטי המיוצר על ידי שני עותקים (מינונים) של כל גן; הוספת עותק שלישי (מנה) משבשת איזון זה. הטריזומיה הנפוצה ביותר היא זו של כרומוזום 21, מה שמוביל לתסמונת דאון. לאנשים הסובלים מהפרעה תורשתית זו יש מאפיינים פיזיים אופייניים ועיכובים התפתחותיים בצמיחה ובקוגניציה. שכיחות תסמונת דאון מתואמת עם גיל האם, כך שנשים מבוגרות נוטות יותר ללדת ילדים עם תסמונת דאון (איור\(\PageIndex{3}\)).

    גרף זה מראה את הסיכון לתסמונת דאון בעובר לפי גיל האם. הסיכון עולה באופן דרמטי מעבר לגיל האם של 35.
    איור\(\PageIndex{3}\): השכיחות של עובר עם טריזומיה 21 עולה באופן דרמטי עם גיל האם.

    מושג בפעולה

    דמיינו את התוספת של כרומוזום שמוביל לתסמונת דאון בסימולציית וידאו זו.

    בני אדם מציגים השפעות מזיקות דרמטיות עם טריזומיות אוטוזומליות ומונוזומיות. לכן, זה עשוי להיראות מנוגד לאינטואיציה שנקבות וזכרים אנושיים יכולים לתפקד כרגיל, למרות שהם נושאים מספרים שונים של כרומוזום X. בין השאר, זה קורה בגלל תהליך שנקרא X inactivation. בשלב מוקדם בהתפתחות, כאשר עוברי יונקים נקבות מורכבים מכמה אלפי תאים בלבד, כרומוזום X אחד בכל תא אינו פעיל על ידי עיבוי למבנה הנקרא גוף בר. הגנים בכרומוזום X הלא פעיל אינם באים לידי ביטוי. כרומוזום ה- X המסוים (נגזר אימהי או אבהית) שאינו פעיל בכל תא הוא אקראי, אך ברגע שההשבתה מתרחשת, לכל התאים שירדו מאותו תא יהיה אותו כרומוזום X לא פעיל. בתהליך זה, הנקבות מפצות על המינון הגנטי הכפול שלהן של כרומוזום X.

    בחתולים שנקראים "קליפת צב", אי-אקטיבציה של X נצפתה כגיוון צבע מעיל (איור). \(\PageIndex{4}\) נקבות הטרוזיגוטיות לגן צבע מעיל מקושר X יבטאו אחד משני צבעי מעיל שונים על פני אזורים שונים בגופן, המתאימים לכל כרומוזום X שאינו פעיל באב התא העוברי של אותו אזור. כשתראה חתול צב, תדע שהוא חייב להיות נקבה.

    תמונה של חתול צב.
    איור\(\PageIndex{4}\): השבתה עוברית של אחד משני כרומוזומי X שונים המקודדים לצבעי פרווה שונים מולידה את הפנוטיפ של קליפת הצב אצל חתולים. (קרדיט: מייקל בודגה)

    באדם הנושא מספר לא תקין של כרומוזומי X, מנגנונים תאיים יבטלו את כל X מלבד אחד בכל אחד מהתאים שלה. כתוצאה מכך, הפרעות כרומוזומליות X קשורות בדרך כלל למומים נפשיים ופיזיים קלים, כמו גם לסטריליות. אם כרומוזום X נעדר לחלוטין, הפרט לא יתפתח.

    מספר טעויות במספר כרומוזומי המין אופיינו. אנשים עם שלושה כרומוזומי X, הנקראים Triplo-X, נראים נקביים אך מבטאים עיכובים התפתחותיים והפחתת פוריות. תוסף הכרומוזום XXY, המתאים לסוג אחד של תסמונת קלינפלטר, תואם אנשים גברים עם אשכים קטנים, שדיים מוגדלים ושיער גוף מופחת. כרומוזום ה- X הנוסף עובר אי-אקטיבציה כדי לפצות על המינון הגנטי העודף. תסמונת טרנר, המאופיינת כהשלמה כרומוזום X0 (כלומר, רק כרומוזום מין יחיד), מתאימה לאדם נקבה עם קומה קצרה, עור רשת באזור הצוואר, ליקויי שמיעה ולב וסטריליות.

    אדם עם יותר מהמספר הנכון של קבוצות כרומוזומים (שניים למינים דיפלואידים) נקרא פוליפלואיד. לדוגמה, הפריה של ביצית דיפלואידית לא תקינה עם זרע הפלואידי תקין תניב זיגוטה טריפלואידית. בעלי חיים פוליפלואידים הם נדירים ביותר, עם דוגמאות בודדות בלבד בקרב התולעים השטוחות, הסרטנים, הדו-חיים, הדגים והלטאות. בעלי חיים טריפלואידים הם סטריליים מכיוון שמיוזה אינה יכולה להתקדם כרגיל עם מספר אי זוגי של קבוצות כרומוזומים. לעומת זאת, פוליפלואידיות נפוצה מאוד בממלכת הצמחים, וצמחים פוליפלואידים נוטים להיות גדולים וחזקים יותר מאשר euploids של המין שלהם.

    סידורים מבניים של כרומוזומים

    ציטולוגים אפיינו סידורים מבניים רבים בכרומוזומים, כולל כפילויות חלקיות, מחיקות, היפוכים וטרנסלוקציות. כפילויות ומחיקות מייצרות לעתים קרובות צאצאים ששורדים אך מפגינים הפרעות פיזיות ונפשיות. Cri-du-chat (מצרפתית בשם "בכי החתול") היא תסמונת הקשורה לחריגות במערכת העצבים ותכונות פיזיות ניתנות לזיהוי הנובעות ממחיקה של רוב הזרוע הקטנה של כרומוזום 5 (איור). \(\PageIndex{5}\) תינוקות עם גנוטיפ זה פולטים זעקה אופיינית גבוהה שעליה מבוסס שם ההפרעה.

    בתמונה נראה ילד עם תסמונת קרי-דו-צ'ט בארבעה גילאים שונים (גילאי שנתיים, ארבע, תשע ושתים עשרה).
    איור\(\PageIndex{5}\): אדם זה עם תסמונת קרי-דו-צ'ט מוצג בגילאים שונים: (א) גיל שנתיים, (ב) גיל ארבע, (ג) גיל תשע ו- (ד) גיל 12. (קרדיט: פאולה סרוטי מיינרדי)

    ניתן לזהות היפוכים וטרנסלוקציות של כרומוזומים על ידי התבוננות בתאים במהלך מיוזה מכיוון שכרומוזומים הומולוגיים עם סידור מחדש באחד מהזוג חייבים להתעוות כדי לשמור על יישור גנים מתאים ולהתאים ביעילות במהלך פרופאזה I.

    היפוך כרומוזום הוא הניתוק, סיבוב של 180 מעלות והכנסה מחדש של חלק מכרומוזום (איור). \(\PageIndex{6}\) אלא אם כן הם משבשים רצף גנים, היפוכים רק משנים את כיוון הגנים וסביר להניח שיש להם השפעות קלות יותר מאשר טעויות אנופלואידיות.

    אבולוציה בפעולה: היפוך כרומוזום 18

    לא כל הסידורים המבניים של הכרומוזומים מייצרים אנשים לא ברי קיימא, לקויים או עקרים. במקרים נדירים, שינוי כזה יכול לגרום להתפתחות של מין חדש. למעשה, נראה כי היפוך בכרומוזום 18 תרם להתפתחות בני האדם. היפוך זה אינו קיים אצל קרובינו הגנטיים הקרובים ביותר, השימפנזים.

    ההערכה היא כי היפוך כרומוזום 18 התרחש בבני אדם מוקדמים בעקבות התבדלותם מאב קדמון משותף עם שימפנזים לפני כחמישה מיליון שנה. חוקרים הציעו כי קטע ארוך של DNA שוכפל בכרומוזום 18 של אב קדמון לבני אדם, אך במהלך הכפילות הוא הפוך (הוכנס לכרומוזום בכיוון הפוך.

    השוואה בין גנים אנושיים ושימפנזים באזור היפוך זה מצביעה על כך ששני גנים - ROCK1 ו- USP14 - רחוקים יותר זה מזה בכרומוזום 18 האנושי מאשר בכרומוזום השימפנזה המקביל. זה מצביע על כך שאחת מנקודות השבירה של ההיפוך התרחשה בין שני הגנים הללו. מעניין שבני אדם ושימפנזים מבטאים USP14 ברמות שונות בסוגי תאים ספציפיים, כולל תאי קליפת המוח ופיברובלסטים. אולי היפוך כרומוזום 18 באדם קדמון מיקם מחדש גנים ספציפיים ואיפס את רמות הביטוי שלהם בצורה שימושית. מכיוון שגם ROCK1 וגם USP14 מקודדים לאנזימים, שינוי בביטוי שלהם יכול לשנות את תפקוד התא. לא ידוע כיצד היפוך זה תרם לאבולוציה ההומינידית, אך נראה שהוא גורם משמעותי בהתבדלות בני אדם מפרימטים אחרים. 1

    טרנסלוקציה מתרחשת כאשר קטע של כרומוזום מתנתק ומתחבר מחדש לכרומוזום אחר, לא הומולוגי. טרנסלוקציות יכולות להיות שפירות או בעלות השפעות הרסניות, תלוי באופן שבו עמדות הגנים משתנות ביחס לרצפים רגולטוריים. יש לציין כי טרנסלוקציות ספציפיות נקשרו למספר סוגי סרטן ולסכיזופרניה. טרנסלוקציות הדדיות נובעות מחילופי מקטעי כרומוזומים בין שני כרומוזומים לא הומולוגיים כך שאין רווח או אובדן של מידע גנטי (איור). \(\PageIndex{6}\)

    חלק א 'מראה היפוך בכרומוזום. מוצגים שני כרומוזומים זהים, למעט קטע קטן שהפך בכרומוזום השני. חלק ב 'מראה טרנסלוקציה הדדית, שבה DNA מועבר מכרומוזום אחד למשנהו. שום מידע גנטי לא מתקבל או הולך לאיבוד בתהליך.
    איור\(\PageIndex{6}\): היפוך (א) מתרחש כאשר קטע כרומוזום נשבר מהכרומוזום, הופך את הכיוון שלו ואז מתחבר מחדש במיקום המקורי. א (ב) טרנסלוקציה הדדית מתרחשת בין שני כרומוזומים לא הומולוגיים ואינה גורמת לאיבוד או שכפול של מידע גנטי כלשהו. (קרדיט: שינוי העבודה על ידי המכון הלאומי לחקר הגנום האנושי (ארה"ב)

    סיכום המדור

    המספר, הגודל, הצורה ודפוס הרצועות של הכרומוזומים הופכים אותם לזיהוי בקלות בקריוגרמה ומאפשרים הערכה של הפרעות כרומוזומליות רבות. הפרעות במספר הכרומוזומים, או אנופלואידיות, הן בדרך כלל קטלניות לעובר, אם כי כמה גנוטיפים טריזומיים קיימים. בגלל השבתת X, לסטיות בכרומוזומי המין יש בדרך כלל השפעות מתונות יותר על אדם. Aneuploidies כוללים גם מקרים שבהם מקטעים של כרומוזום משוכפלים או נמחקים. מבנים כרומוזומים עשויים גם להיות מסודרים מחדש, למשל על ידי היפוך או טרנסלוקציה. שתי הסטיות הללו עלולות לגרום להשפעות שליליות על ההתפתחות או על המוות. מכיוון שהם מאלצים את הכרומוזומים לקבל זיווגים מעוותים במהלך מיוזה I, היפוכים וטרנסלוקציות קשורים לעתים קרובות להפחתת פוריות בגלל הסבירות לאי ניתוק.

    הערות שוליים

    1. 1 V Goidts, et al., "שכפול מגזרי הקשור להיפוך הספציפי לאדם של כרומוזום 18: דוגמה נוספת להשפעה של כפילויות מגזריות על קריוטיפ והתפתחות הגנום בפרימטים", גנטיקה אנושית, 115 (2004) :116—22.

    רשימת מילים

    אנופלואיד
    אדם עם שגיאה במספר הכרומוזומים; כולל מחיקות וכפילויות של מקטעי כרומוזום
    אוטוזום
    כל אחד מהכרומוזומים שאינם מין
    היפוך כרומוזום
    הניתוק, סיבוב של 180 מעלות והכנסה מחדש של זרוע כרומוזום
    אופלואיד
    אדם עם המספר המתאים של כרומוזומים למין שלו
    קריוגרמה
    התמונה הצילומית של קריוטיפ
    קריוטיפ
    המספר והמראה של כרומוזומי הפרט, כולל הגודל, דפוסי הפסים ומיקום הצנטרומר
    מונוזומיה
    גנוטיפ דיפלואידי אחרת שבו חסר כרומוזום אחד
    אי-הפרדה
    הכישלון של הומולוגים סינפסיים להיפרד לחלוטין ולנדוד לקטבים נפרדים במהלך חלוקת התא הראשונה של המיוזה
    פוליפלואיד
    אדם עם מספר שגוי של ערכות כרומוזומים
    טרנסלוקציה
    התהליך שבו קטע אחד של כרומוזום מתנתק ומתחבר מחדש לכרומוזום אחר, לא הומולוגי
    טריזומיה
    גנוטיפ דיפלואידי אחר שבו כרומוזום שלם אחד משוכפל
    ביטול X
    עיבוי כרומוזומי X לגופי בר במהלך התפתחות עוברית אצל נקבות כדי לפצות על המינון הגנטי הכפול

    תורמים וייחוסים