Skip to main content
Global

13.2: الأساس الكروموسومي للاضطرابات الوراثية

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    196467

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

    المهارات اللازمة للتطوير

    • وصف كيفية إنشاء رسم كاريوغرام
    • اشرح كيف يؤدي عدم الانفصال إلى اضطرابات في عدد الكروموسومات
    • قارن الاضطرابات الناجمة عن اختلال الصيغة الصبغية
    • وصف كيفية حدوث الأخطاء في بنية الكروموسوم من خلال الانعكاسات وعمليات النقل

    يمكن أن تنشأ الاضطرابات الوراثية عندما تتصرف الكروموسومات بشكل غير طبيعي أثناء الانقسام الاختزالي يمكن تقسيم اضطرابات الكروموسومات إلى فئتين: التشوهات في عدد الكروموسومات وعمليات إعادة الترتيب الهيكلي للكروموسومات. نظرًا لأن حتى الأجزاء الصغيرة من الكروموسومات يمكن أن تشمل العديد من الجينات، فإن الاضطرابات الكروموسومية مثيرة بشكل مميز وغالبًا ما تكون قاتلة.

    تحديد الكروموسومات

    تشكل العزلة والمراقبة المجهرية للكروموسومات أساس علم الوراثة الخلوية وهي الطريقة الأساسية التي يكتشف بها الأطباء تشوهات الكروموسومات في البشر. النمط النووي هو عدد الكروموسومات ومظهرها، ويتضمن طولها ونمط النطاقات وموضعها المركزي. للحصول على عرض للنمط النووي للفرد، يقوم علماء الخلايا بتصوير الكروموسومات ثم قص ولصق كل كروموسوم في مخطط أو رسم بياني، يُعرف أيضًا باسم إيديوغرام (الشكل\(\PageIndex{1}\)).

    هذا هو النمط النووي لأنثى بشرية. هناك 22 زوجًا متجانسًا من الكروموسومات وكروموسوم X.
    الشكل\(\PageIndex{1}\): هذا النمط النووي لأنثى بشرية. لاحظ أن الكروموسومات المتماثلة لها نفس الحجم، ولها نفس المواضع المركزية وأنماط النطاقات. سيكون لدى الذكر البشري زوج كروموسوم XY بدلاً من زوج XX الموضح. (مصدر: أندرياس بلوزر وآخرون)

    في نوع معين، يمكن التعرف على الكروموسومات من خلال عددها وحجمها وموضعها المركزي ونمط النطاقات. في النمط النووي البشري، يتم تنظيم الأوتوسومات أو «كروموسومات الجسم» (جميع الكروموسومات غير الجنسية) بشكل عام بترتيب تقريبي للحجم من الأكبر (الكروموسوم 1) إلى الأصغر (الكروموسوم 22). الكروموسومات X و Y ليست كائنات ذاتية. ومع ذلك، فإن الكروموسوم 21 أقصر بالفعل من الكروموسوم 22. تم اكتشاف هذا بعد تسمية متلازمة داون باسم التثلث الصبغي 21، مما يعكس كيف ينتج هذا المرض عن امتلاك كروموسوم 21 إضافي (إجمالي ثلاثة). ولعدم الرغبة في تغيير اسم هذا المرض المهم، احتفظ الكروموسوم 21 بترقيمها، على الرغم من وصف أقصر مجموعة من الكروموسومات. يمكن تصنيف «أذرع» الكروموسوم البارزة من أي من طرفي السنترومير على أنها قصيرة أو طويلة، اعتمادًا على أطوالها النسبية. يتم اختصار الذراع القصير p (لـ «petite»)، بينما يتم اختصار الذراع الطويل q (لأنه يتبع «p» أبجديًا). يتم تقسيم كل ذراع بشكل إضافي والإشارة إليه برقم. باستخدام نظام التسمية هذا، يمكن وصف المواقع الموجودة على الكروموسومات باستمرار في الأدبيات العلمية.

    الاتصال الوظيفي: يستخدم علماء الوراثة التصوير النووي لتحديد الانحرافات الكروموسومية

    على الرغم من أن مندل يُشار إليه على أنه «والد علم الوراثة الحديث»، إلا أنه أجرى تجاربه دون استخدام أي من الأدوات التي يستخدمها علماء الوراثة اليوم بشكل روتيني. إحدى هذه التقنيات الخلوية القوية هي التنميط النووي، وهي طريقة يمكن من خلالها التعرف على الصفات التي تتميز بتشوهات الكروموسومات من خلية واحدة. لمراقبة النمط النووي للفرد، يتم جمع خلايا الشخص (مثل خلايا الدم البيضاء) أولاً من عينة دم أو أنسجة أخرى. في المختبر، يتم تحفيز الخلايا المعزولة لبدء الانقسام بنشاط. ثم يتم تطبيق مادة كيميائية تسمى الكولشيسين على الخلايا لإيقاف الكروموسومات المكثفة في الميتاتاز. ثم يتم تصنيع الخلايا لتنتفخ باستخدام محلول منخفض التوتر بحيث تنتشر الكروموسومات عن بعضها البعض. أخيرًا، يتم الاحتفاظ بالعينة في أداة تثبيت وتطبيقها على شريحة.

    يقوم عالم الوراثة بعد ذلك بتلوين الكروموسومات بواحدة من عدة أصباغ لتصور أنماط النطاقات المميزة والقابلة للتكرار لكل زوج من الكروموسومات بشكل أفضل. بعد التلوين، يتم عرض الكروموسومات باستخدام الفحص المجهري للمجال الساطع. الاختيار الشائع للبقع هو بقعة Giemsa. ينتج عن تلطيخ Giemsa ما يقرب من 400-800 شريط (من الحمض النووي الملفوف بإحكام والبروتينات المكثفة) مرتبة على طول جميع أزواج الكروموسومات الـ 23؛ يمكن لعالم الوراثة المتمرس تحديد كل فرقة. بالإضافة إلى أنماط النطاقات، يتم تحديد الكروموسومات بشكل أكبر على أساس الحجم والموقع المركزي. للحصول على التصوير الكلاسيكي للنمط النووي الذي يتم فيه محاذاة أزواج الكروموسومات المتماثلة بالترتيب العددي من الأطول إلى الأقصر، يحصل عالم الوراثة على صورة رقمية ويحدد كل كروموسوم ويرتب الكروموسومات يدويًا في هذا النمط (الشكل\(\PageIndex{1}\)).

    في أبسط صوره، قد يكشف الرسم الكروموسومي عن تشوهات وراثية يكون فيها لدى الفرد عدد كبير جدًا أو قليل جدًا من الكروموسومات لكل خلية. ومن الأمثلة على ذلك متلازمة داون، التي يتم تحديدها من خلال نسخة ثالثة من الكروموسوم 21، ومتلازمة تيرنر، التي تتميز بوجود كروموسوم X واحد فقط في النساء بدلاً من الاثنين العاديين. يمكن لعلماء الوراثة أيضًا تحديد عمليات الحذف الكبيرة أو الإدخالات للحمض النووي. على سبيل المثال، يتم تحديد متلازمة جاكوبسن - التي تتضمن ملامح الوجه المميزة بالإضافة إلى عيوب القلب والنزيف - عن طريق حذف الكروموسوم 11. وأخيرًا، يمكن للنمط النووي تحديد الانتقالات التي تحدث عندما ينفصل جزء من المادة الوراثية عن كروموسوم ويعود إلى كروموسوم آخر أو بجزء مختلف من نفس الكروموسوم. تتسبب عمليات النقل في بعض أنواع السرطان، بما في ذلك سرطان الدم النقوي المزمن.

    خلال حياة مندل، كان الميراث مفهومًا تجريديًا لا يمكن استنتاجه إلا من خلال أداء الصلبان ومراقبة السمات التي يعبر عنها النسل. من خلال مراقبة الرسم النووي، يمكن لعلماء الوراثة اليوم تصور التركيب الكروموسومي للفرد لتأكيد أو التنبؤ بالتشوهات الجينية في النسل، حتى قبل الولادة.

    الاضطرابات في عدد الكروموسوم

    من بين جميع الاضطرابات الكروموسومية، فإن التشوهات في عدد الكروموسومات هي الأكثر وضوحًا من خلال الرسم الكروموسومي. تشمل اضطرابات عدد الكروموسومات تكرار أو فقدان الكروموسومات بأكملها، بالإضافة إلى التغييرات في عدد المجموعات الكاملة من الكروموسومات. تحدث بسبب عدم الانفصال، والذي يحدث عندما تفشل أزواج الكروموسومات المتماثلة أو الكروماتيدات الشقيقة في الانفصال أثناء الانقسام الاختزالي. يمكن أن يتسبب التشابك العصبي غير المتماثل أو غير المكتمل، أو خلل في جهاز المغزل الذي يسهل هجرة الكروموسومات، في عدم الانفصال. يزداد خطر حدوث عدم الانفصال مع تقدم عمر الوالدين.

    يمكن أن يحدث عدم الانفصال أثناء الانقسام الاختزالي الأول أو الثاني، مع نتائج مختلفة (الشكل\(\PageIndex{2}\)). إذا فشلت الكروموسومات المتماثلة في الانفصال أثناء الانقسام الاختزالي الأول، فإن النتيجة هي وجود مشيجين يفتقران إلى هذا الكروموسوم المحدد واثنين من الأمشاج مع نسختين من الكروموسوم. إذا فشلت الكروماتيدات الشقيقة في الانفصال أثناء الانقسام الاختزالي الثاني، فإن النتيجة هي مشيج واحد يفتقر إلى هذا الكروموسوم، واثنين من الأمشاج العادية بنسخة واحدة من الكروموسوم، ومشيج واحد بنسختين من الكروموسوم.

    آرت كونيكشن

    يُظهر هذا الرسم التوضيحي عدم الانفصال الذي يحدث أثناء الانقسام الاختزالي الأول، ويحدث عدم الانفصال أثناء الانقسام الاختزالي الأول عندما يفشل زوج متماثل في الانفصال، وينتج عنه جيمشيجان مع كروموسومات n+1، واثنين من الأمشاج بكروموسومات n − 1. قد يحدث عدم الانفصال أثناء الانقسام الاختزالي الثاني عندما تفشل الكروماتيدات الشقيقة في الانفصال، وينتج عن ذلك مشيج واحد يحتوي على كروموسومات n+1، ومشيج واحد يحتوي على كروموسومات n − 1، واثنين من الأمشاج العادية.
    الشكل\(\PageIndex{2}\): يحدث عدم الانفصال عندما تفشل الكروموسومات المتماثلة أو الكروماتيدات الشقيقة في الانفصال أثناء الانقسام الاختزالي، مما يؤدي إلى عدد غير طبيعي من الكروموسومات. قد يحدث عدم الانفصال أثناء الانقسام الاختزالي الأول أو الانقسام الاختزالي الثاني.

    أي من العبارات التالية حول عدم الانفصال صحيحة؟

    1. ينتج عن عدم الانفصال فقط الأمشاج ذات الكروموسومات n+1 أو n-1.
    2. ينتج عن عدم الانفصال الذي يحدث أثناء الانقسام الاختزالي الثاني 50 في المائة من الأمشاج العادية.
    3. ينتج عن عدم الانفصال أثناء الانقسام الاختزالي الأول 50 في المائة من الأمشاج العادية.
    4. يؤدي عدم الانفصال دائمًا إلى أربعة أنواع مختلفة من الأمشاج.

    اختلال الصيغة الصبغية

    يُطلق على الفرد الذي لديه العدد المناسب من الكروموسومات لنوعه اسم euploid؛ في البشر، يتوافق التمثيل الصبغي مع 22 زوجًا من الأوتوسومات وزوج واحد من الكروموسومات الجنسية. يوصف الفرد الذي لديه خطأ في رقم الكروموسوم بأنه غير صبغي، وهو مصطلح يتضمن مونوسومي (فقدان كروموسوم واحد) أو التثلث الصبغي (اكتساب كروموسوم خارجي). دائمًا ما تفشل الزيجوت البشرية أحادية الذرة التي تفتقد أي نسخة واحدة من الأوتوسوم في التطور حتى الولادة لأنها تفتقر إلى الجينات الأساسية. هذا يؤكد أهمية «جرعة الجينات» في البشر. تفشل معظم التثلث الصبغي الوراثي أيضًا في التطور حتى الولادة؛ ومع ذلك، يمكن أن يؤدي تكرار بعض الكروموسومات الأصغر (13 أو 15 أو 18 أو 21 أو 22) إلى بقاء النسل لعدة أسابيع إلى سنوات عديدة. يعاني الأفراد التريسومي من نوع مختلف من عدم التوازن الجيني: زيادة في جرعة الجينات. يمكن للأفراد الذين لديهم كروموسوم إضافي تجميع وفرة من المنتجات الجينية المشفرة بواسطة هذا الكروموسوم. يمكن أن تؤدي هذه الجرعة الإضافية (150 بالمائة) من جينات معينة إلى عدد من التحديات الوظيفية وغالبًا ما تمنع التطور. التثلث الصبغي الأكثر شيوعًا بين الولادات القابلة للحياة هو الكروموسوم 21، الذي يتوافق مع متلازمة داون. يتميز الأفراد المصابون بهذا الاضطراب الوراثي بقصر القامة وتقزم الأرقام، وتمييز الوجه الذي يشمل الجمجمة العريضة واللسان الكبير، والتأخر الكبير في النمو. ترتبط الإصابة بمتلازمة داون بعمر الأم؛ فالنساء الأكبر سنًا أكثر عرضة للحمل بأجنة تحمل النمط الجيني التثلث الصبغي 21 (الشكل\(\PageIndex{3}\)).

    يوضح هذا الرسم البياني خطر الإصابة بمتلازمة داون في الجنين مع زيادة عمر الأم. تزداد المخاطر بشكل كبير بعد سن الأم 35.
    الشكل\(\PageIndex{3}\): تزداد نسبة وجود جنين مصاب بالتثلث الصبغي 21 بشكل كبير مع عمر الأم.

    رابط إلى التعلم

    تخيل إضافة كروموسوم يؤدي إلى متلازمة داون في محاكاة الفيديو هذه.

    تعدد الصبغيات

    يُطلق على الفرد الذي يحتوي على أكثر من العدد الصحيح من مجموعات الكروموسومات (اثنتان للأنواع ثنائية الصيغة الصبغية) اسم متعدد الصبغيات. على سبيل المثال، قد يؤدي إخصاب بويضة غير طبيعية ثنائية الصبغيات بحيوان منوي طبيعي أحادي الصبغيات إلى إنتاج زيجوت ثلاثي الصبغيات. تعتبر الحيوانات متعددة الصبغيات نادرة للغاية، مع وجود أمثلة قليلة فقط بين الديدان المفلطحة والقشريات والبرمائيات والأسماك والسحالي. تعتبر الحيوانات متعددة الصبغيات عقيمة لأن الانقسام الاختزالي لا يمكن أن يستمر بشكل طبيعي وبدلاً من ذلك ينتج في الغالب خلايا ابنة غير صبغية لا يمكنها إنتاج زيجوت قابلة للحياة. نادرًا ما يمكن أن تتكاثر الحيوانات متعددة الصبغيات جنسيًا عن طريق التحلل الصبغي، حيث تنقسم البويضة غير المخصبة بشكل مزدوج لإنتاج ذرية. في المقابل، يعد تعدد الصبغيات شائعًا جدًا في المملكة النباتية، وتميل النباتات متعددة الصبغيات إلى أن تكون أكبر وأكثر قوة من التمائم في أنواعها (الشكل\(\PageIndex{4}\)).

    تظهر الصورة زنبق برتقالي
    الشكل\(\PageIndex{4}\): كما هو الحال مع العديد من النباتات متعددة الصبغيات، فإن زنبق النهار البرتقالي ثلاثي الصبعات (Hemerocallis fulva) كبير وقوي بشكل خاص، وينمو أزهارًا بمعدل ثلاثة أضعاف عدد بتلات نظرائه ثنائي الصبغيات. (تصوير: ستيف كارج)

    عدم انفصال الكروموسوم الجنسي في البشر

    يُظهر البشر آثارًا ضارة كبيرة مع التثلث الصبغي الوراثي والأونوزومات الأحادية. لذلك، قد يبدو من غير المنطقي أن الإناث والذكور يمكنهم العمل بشكل طبيعي، على الرغم من حمل أعداد مختلفة من الكروموسوم X. بدلاً من اكتساب أو فقدان الأوتوسومات، ترتبط الاختلافات في عدد الكروموسومات الجنسية بتأثيرات خفيفة نسبيًا. يحدث هذا جزئيًا بسبب عملية جزيئية تسمى تعطيل X. في وقت مبكر من التطور، عندما تتكون أجنة الثدييات الأنثوية من بضعة آلاف من الخلايا فقط (بالنسبة إلى تريليونات في المولود الجديد)، يتم تعطيل كروموسوم X واحد في كل خلية عن طريق التكثيف بإحكام في بنية هادئة (خاملة) تسمى جسم بار. تكون فرصة تعطيل الكروموسوم X (المشتق من الأم أو الأب) في كل خلية عشوائية، ولكن بمجرد حدوث التعطيل، ستحصل جميع الخلايا المشتقة من ذلك على نفس الكروموسوم X غير النشط أو جسم Barr. من خلال هذه العملية، تعوض الإناث عن جرعتها الجينية المزدوجة من الكروموسوم X. في ما يسمى بقطط «السلحفاة»، يُلاحظ تعطيل X الجنيني كتنوع لوني (الشكل\(\PageIndex{5}\)). ستعبر الإناث غير المتجانسة في جين لون المعطف المرتبط بـ X عن أحد لونين مختلفين للمعطف على مناطق مختلفة من الجسم، وهو ما يتوافق مع أي كروموسوم X معطل في سلف الخلية الجنينية لتلك المنطقة.

    تظهر الصورة قطة السلحفاة ذات الفراء البرتقالي والأسود.
    الشكل\(\PageIndex{5}\): في القطط، يوجد جين لون المعطف على الكروموسوم X. في التطور الجنيني للقطط الإناث، يتم تعطيل أحد الكروموسومات X بشكل عشوائي في كل خلية، مما يؤدي إلى نمط صدف السلحفاة إذا كانت القطة تحتوي على أليلين مختلفين للون المعطف. القطط الذكور، التي تحتوي على كروموسوم X واحد فقط، لا تظهر أبدًا لون معطف السلحفاة. (تصوير: مايكل بوديجا)

    يقوم الفرد الذي يحمل عددًا غير طبيعي من الكروموسومات X بتعطيل جميع الكروموسومات X باستثناء كروموسوم واحد في كل خلية من خلاياها. ومع ذلك، حتى الكروموسومات X المعطلة تستمر في التعبير عن بعض الجينات، ويجب إعادة تنشيط الكروموسومات X من أجل النضج السليم لمبيض الإناث. ونتيجة لذلك، عادة ما ترتبط تشوهات الكروموسومات X بعيوب عقلية وجسدية خفيفة، بالإضافة إلى العقم. إذا كان الكروموسوم X غائبًا تمامًا، فلن يتطور الفرد في الرحم.

    تم وصف العديد من الأخطاء في رقم الكروموسوم الجنسي. الأفراد الذين لديهم ثلاثة كروموسومات X، تسمى Triplo-X، هم من الإناث بشكل ظاهري ولكنهم يعبرون عن تأخيرات في النمو وانخفاض الخصوبة. يتوافق النمط الجيني XXY، المقابل لنوع واحد من متلازمة كلاينفيلتر، مع الأفراد الذكور بشكل ظاهري الذين لديهم خصيتين صغيرتين وثديين متضخمين وشعر منخفض في الجسم. توجد أنواع أكثر تعقيدًا من متلازمة كلاينفيلتر حيث يكون لدى الفرد ما يصل إلى خمسة كروموسومات X. في جميع الأنواع، يخضع كل كروموسوم X باستثناء واحد للتعطيل للتعويض عن الجرعة الجينية الزائدة. يمكن رؤية هذا على أنه العديد من أجسام Barr في كل نواة خلية. متلازمة تيرنر، التي تتميز بالنمط الجيني X0 (أي كروموسوم جنسي واحد فقط)، تتوافق مع أنثى ذات نمط ظاهري ذات قامة قصيرة وجلد مكشوف في منطقة الرقبة وضعف السمع والقلب والعقم.

    التكرارات والحذف

    بالإضافة إلى فقدان أو اكتساب كروموسوم كامل، قد يتكرر جزء الكروموسومات أو يُفقد. غالبًا ما ينتج عن الازدواجية والحذف ذرية التي تبقى على قيد الحياة ولكنها تظهر تشوهات جسدية وعقلية. قد تندمج شرائح الكروموسومات المكررة مع الكروموسومات الموجودة أو قد تكون حرة في النواة. Cri-du-chat (من الفرنسية تعني «صرخة القطة») هي متلازمة مرتبطة بتشوهات الجهاز العصبي والميزات الجسدية التي يمكن التعرف عليها والتي تنتج عن حذف معظم 5p (الذراع الصغير للكروموسوم 5) (الشكل\(\PageIndex{6}\)). يُصدر الأطفال المصابون بهذا النمط الجيني صرخة مميزة عالية النبرة يعتمد عليها اسم الاضطراب.

    تظهر الصور صبيًا مصابًا بمتلازمة كري دو شات. في الأجزاء (أ) و (ب) و (ج) و (د) من الصورة، يبلغ من العمر عامين وأربعة أعوام وتسعة أعوام و12 عامًا على التوالي.
    الشكل\(\PageIndex{6}\): يظهر هذا الشخص المصاب بمتلازمة cri-du-chat في عمر عامين وأربعة وتسعة أعوام و12 عامًا. (تصوير: باولا سيروتي مايناردي)

    إعادة الترتيب الهيكلي للكروموسو

    قام علماء الخلايا بتمييز العديد من عمليات إعادة الترتيب الهيكلية في الكروموسومات، لكن انقلابات الكروموسومات وانتقالها هي الأكثر شيوعًا. يتم تحديد كلاهما أثناء الانقسام الاختزالي من خلال الاقتران التكيفي للكروموسومات المعاد ترتيبها مع مثيلاتها السابقة للحفاظ على محاذاة الجينات المناسبة. إذا لم يتم توجيه الجينات المنقولة على اثنين من المتجانسين بشكل صحيح، فقد يؤدي حدث إعادة التركيب إلى فقدان الجينات من كروموسوم واحد واكتساب الجينات على الآخر. هذا من شأنه أن ينتج الأمشاج اللاصبغية.

    انعكاسات الكروموسومات

    انعكاس الكروموسوم هو انفصال جزء من الكروموسوم ودورانه بزاوية 180 درجة وإعادة إدخاله. قد تحدث الانعكاسات في الطبيعة نتيجة القص الميكانيكي، أو من عمل العناصر القابلة للنقل (تسلسلات الحمض النووي الخاصة القادرة على تسهيل إعادة ترتيب شرائح الكروموسومات بمساعدة الإنزيمات التي تقطع وتلصق تسلسلات الحمض النووي). ما لم تعطل التسلسل الجيني، فإن الانعكاسات تؤدي فقط إلى تغيير اتجاه الجينات ومن المحتمل أن تكون لها تأثيرات خفيفة أكثر من الأخطاء اللاصبغية. ومع ذلك، يمكن أن يؤدي تغيير التوجه الجيني إلى تغييرات وظيفية لأن منظمات التعبير الجيني يمكن أن تخرج عن موضعها فيما يتعلق بأهدافها، مما يتسبب في مستويات شاذة من منتجات الجينات.

    يمكن أن يكون الانعكاس محيطيًا ويتضمن السنترومير أو الباراسنتريك ويحدث خارج السنترومير (). يمكن للانقلاب حول المركز غير المتماثل حول السنترومير أن يغير الأطوال النسبية لأذرع الكروموسوم، مما يجعل من السهل التعرف على هذه الانعكاسات.

    يُظهر الرسم التوضيحي الانعكاسات المحيطية والبارامركزية. في هذا المثال، يكون ترتيب الجينات في الكروموسوم الطبيعي هو ABCDEF، مع وجود السنترومير بين الجينات C و D. في الانعكاس حول المركز يكون الترتيب هو ABDCEF. في مثال الانعكاس الباراسنتري، يكون ترتيب الجينات الناتج هو ABCDFE.
    الشكل\(\PageIndex{7}\): تشمل الانعكاسات المحيطية السنترومير، والانعكاسات البارامركزية لا تشمل ذلك. يمكن للانعكاس المحيطي أن يغير الأطوال النسبية لأذرع الكروموسوم؛ ولا يمكن للانعكاس الباراسنتري أن يغير ذلك.

    عندما يخضع أحد الكروموسوم المتماثل للانقلاب ولكن الآخر لا يحدث ذلك، يتم وصف الفرد بأنه انعكاس غير متجانس الزيجوت. للحفاظ على التشابك من نقطة إلى نقطة أثناء الانقسام الاختزالي، يجب أن يشكل أحد المتجانسين حلقة، ويجب أن يتشكل المتماثل الآخر حولها. على الرغم من أن هذا الهيكل يمكن أن يضمن محاذاة الجينات بشكل صحيح، إلا أنه يجبر أيضًا المتجانسات على التمدد ويمكن أن يرتبط بمناطق التشابك العصبي غير الدقيق (الشكل\(\PageIndex{8}\)).

    يُظهر هذا الرسم التوضيحي الاقتران العكسي الذي يحدث عندما يخضع أحد الكروموسوم للانقلاب بينما لا يخضع الآخر للانعكاس. لكي تحدث محاذاة الكروموسومات أثناء الانقسام الاختزالي، يجب أن يشكل أحد الكروموسوم حلقة مقلوبة بينما يتوافق الآخر حوله.
    الشكل\(\PageIndex{8}\): عندما يخضع أحد الكروموسوم للانقلاب ولكن الآخر لا يحدث ذلك، يجب أن يشكل أحد الكروموسوم حلقة مقلوبة للحفاظ على التفاعل من نقطة إلى نقطة أثناء التشابك العصبي. يعد الاقتران العكسي هذا ضروريًا للحفاظ على محاذاة الجينات أثناء الانقسام الاختزالي والسماح بإعادة التركيب.

    اتصال التطور: انعكاس الكروموسوم 18

    لا تؤدي جميع عمليات إعادة الترتيب الهيكلية للكروموسومات إلى إنتاج أفراد غير قابلين للحياة أو ضعفاء أو عقيمين. في حالات نادرة، يمكن أن يؤدي هذا التغيير إلى تطور نوع جديد. في الواقع، يبدو أن الانعكاس حول المركز في الكروموسوم 18 قد ساهم في تطور البشر. هذا الانعكاس غير موجود في أقرب أقربائنا الوراثيين، الشمبانزي. يختلف البشر والشمبانزي وراثيًا من خلال الانعكاسات حول المركز على العديد من الكروموسومات ومن خلال اندماج اثنين من الكروموسومات المنفصلة في الشمبانزي التي تتوافق مع الكروموسوم الثاني في البشر.

    يُعتقد أن انعكاس الكروموسوم 18 حول المركز قد حدث في البشر الأوائل بعد اختلافهم عن سلف مشترك مع الشمبانزي منذ ما يقرب من خمسة ملايين سنة. اقترح الباحثون الذين وصفوا هذا الانعكاس أنه تم تكرار ما يقرب من 19000 قاعدة من النيوكليوتيد في 18p، وتم عكس المنطقة المكررة وإعادة إدخالها على الكروموسوم 18 لإنسان أجداد.

    تشير المقارنة بين جينات الإنسان والشمبانزي في منطقة هذا الانعكاس إلى أن جينين - ROCK1 و USP14 - المتاخمين لكروموسوم الشمبانزي 17 (الذي يتوافق مع الكروموسوم البشري 18) يتمركزان بشكل أبعد على الكروموسوم البشري 18. يشير هذا إلى أن إحدى نقاط الانعكاس حدثت بين هذين الجينين. ومن المثير للاهتمام أن البشر والشمبانزي يعبرون عن USP14 بمستويات مميزة في أنواع معينة من الخلايا، بما في ذلك الخلايا القشرية والخلايا الليفية. ربما أدى انعكاس الكروموسوم 18 في أجداد الإنسان إلى إعادة وضع جينات معينة وإعادة ضبط مستويات تعبيرها بطريقة مفيدة. نظرًا لأن كلا من ROCK1 و USP14 يشفران الإنزيمات الخلوية، فإن التغيير في تعبيرها يمكن أن يغير الوظيفة الخلوية. من غير المعروف كيف ساهم هذا الانعكاس في تطور الإنسان، ولكن يبدو أنه عامل مهم في تباعد البشر عن الرئيسيات الأخرى. 1

    عمليات النقل

    يحدث الانتقال عندما ينفصل جزء من الكروموسوم ويعود إلى كروموسوم مختلف غير متماثل. يمكن أن تكون عمليات النقل حميدة أو لها آثار مدمرة اعتمادًا على كيفية تغيير مواقع الجينات فيما يتعلق بالتسلسلات التنظيمية. والجدير بالذكر أن عمليات نقل محددة ارتبطت بالعديد من أنواع السرطان والفصام. تنجم عمليات النقل المتبادل عن تبادل مقاطع الكروموسومات بين اثنين من الكروموسومات غير المتجانسة بحيث لا يكون هناك كسب أو فقدان للمعلومات الجينية (الشكل\(\PageIndex{9}\)).

    يُظهر الرسم التوضيحي انتقالًا متبادلًا يتم فيه نقل الحمض النووي من كروموسوم إلى آخر. لا يتم الحصول على أي معلومات وراثية أو فقدها في هذه العملية.
    الشكل\(\PageIndex{9}\): يحدث الانتقال المتبادل عندما يتم نقل جزء من الحمض النووي من كروموسوم إلى كروموسوم آخر غير متماثل. (الائتمان: تعديل العمل من قبل مؤسسة البحوث الوطنية للجينوم البشر/الولايات المتحدة الأمريكية)

    ملخص

    يجعل عدد الكروموسومات وحجمها وشكلها ونمطها النطاقي من السهل التعرف عليها في الرسم الكروموسومي ويسمح بتقييم العديد من التشوهات الكروموسومية. عادةً ما تكون الاضطرابات في عدد الكروموسومات، أو اختلال الصيغة الصبغية، قاتلة للجنين، على الرغم من أن بعض الأنماط الجينية الثلاثية قابلة للحياة. بسبب تعطيل الأشعة السينية، عادةً ما يكون للانحرافات في الكروموسومات الجنسية تأثيرات ظاهرية أكثر اعتدالًا. تتضمن حالات اختلال الصيغة الصبغية أيضًا الحالات التي يتم فيها تكرار أو حذف أجزاء من الكروموسوم. يمكن أيضًا إعادة ترتيب هياكل الكروموسومات، على سبيل المثال عن طريق الانعكاس أو النقل. يمكن أن يؤدي كل من هذه الانحرافات إلى تأثيرات المظهرية الإشكالية. نظرًا لأنها تجبر الكروموسومات على افتراض هياكل غير طبيعية أثناء الانقسام الاختزالي، غالبًا ما ترتبط الانعكاسات وعمليات النقل بانخفاض الخصوبة بسبب احتمالية عدم الانفصال.

    اتصالات فنية

    الشكل\(\PageIndex{2}\): أي من العبارات التالية حول عدم الانفصال صحيحة؟

    1. ينتج عن عدم الانفصال فقط الأمشاج ذات الكروموسومات n+1 أو n-1.
    2. ينتج عن عدم الانفصال الذي يحدث أثناء الانقسام الاختزالي الثاني 50 في المائة من الأمشاج العادية.
    3. ينتج عن عدم الانفصال أثناء الانقسام الاختزالي الأول 50 في المائة من الأمشاج العادية.
    4. يؤدي عدم الانفصال دائمًا إلى أربعة أنواع مختلفة من الأمشاج.
    إجابة

    ب.

    الحواشي

    1. 1 Violaine Goidts et al.، «الازدواجية القطاعية المرتبطة بالانعكاس البشري للكروموسوم 18: مثال آخر لتأثير الازدواجية القطاعية على النمط النووي وتطور الجينوم في الرئيسيات»، علم الوراثة البشرية. 115 (2004): 116-122

    مسرد المصطلحات

    اختلال الصيغة الصبغية
    شخص لديه خطأ في رقم الكروموسوم؛ يتضمن عمليات حذف وتكرار مقاطع الكروموسوم
    الأوتوسوم
    أي من الكروموسومات غير الجنسية
    انعكاس الكروموسوم
    انفصال ذراع الكروموسوم ودورانه بزاوية 180 درجة وإعادة إدخاله
    أمجد
    فرد لديه العدد المناسب من الكروموسومات لنوعه
    كاريوغرام
    صورة فوتوغرافية لنمط نووي
    النمط النووي
    عدد كروموسومات الفرد ومظهرها؛ بما في ذلك الحجم وأنماط النطاقات وموضع السنترومير
    أحادية
    بخلاف ذلك، النمط الجيني ثنائي الصبغي الذي يكون فيه كروموسوم واحد مفقودًا
    عدم الانفصال
    فشل المتجانسات المشبكية في الانفصال تمامًا والانتقال إلى أقطاب منفصلة أثناء الانقسام الخلوي الأول للانقسام الاختزالي
    باراسنتريك
    الانعكاس الذي يحدث خارج السنترومير
    حول المركز
    الانعكاس الذي يشمل السنترومير
    متعدد الصبغيات
    فرد لديه عدد غير صحيح من مجموعات الكروموسومات
    النقل
    عملية ينفصل من خلالها جزء واحد من الكروموسوم ويعود إلى كروموسوم مختلف غير متماثل
    التثلث الصبغي
    بخلاف ذلك، النمط الجيني ثنائي الصبغيات الذي يتكرر فيه كروموسوم واحد كامل
    تعطيل X
    تكثيف الكروموسومات X في أجسام Barr أثناء التطور الجنيني عند الإناث للتعويض عن الجرعة الجينية المزدوجة