Хромосомные перестройки (аберрации)
Хромосомные перестройки (аберрации) — это мутации, связанные с изменением структуры хромосом. Они могут происходить внутри одной хромосомы и между разными хромосомами.
Хромосомные мутации, происходящие в гаметах или в соматических клетках, принципиальных морфологических отличий не имеют. Хромосомные мутации (аберрации) связаны с перемещением генетического материала, изменением размеров хромосом, их структуры, организации и числа. Хромосомные перестройки легко наблюдать, окрашивая хромосомы специальными красителями (Гимза). Хромосомы приобретают поперечную исчерченность с разной шириной окрашенных участков. Рассматривают хромосомные аберрации в соматических клетках на стадии метафазы клеточного цикла.
Перестройки можно поделить на 2 типа:
внутрихромосомные (4 вида);
межхромосомные (2 вида).
Внутрихромосомные перестройки
1) Концевые нехватки (дефишенси) – возникают под действием определенных факторов, в результате хромосома укорачивается, утрачивая концевой участок, при этом уменьшается число генов.
Пример: тяжелое наследственное заболевание – синдром «кошачьего крика» (дефишенси в 5-й хромосоме), умственная отсталость и смерть в раннем возрасте. При утрате концевого участка парная хромосома будет фенотипически проявлять рецессивные аллели, не затронутые аберрацией (если таковые имеются). Одна хромосома становится короче другой. Оторвавшийся фрагмент, без центромеры, теряется.
Иногда оторванный фрагмент содержит центромеру, он может реплицироваться и распределять свои копии при клеточном делении. Известны случаи, когда оторвавшееся плечо с центромерой удваивало себя с ее другого конца. В результате возникает метацентрическая изохромосома.
2) Делеция – подразумевает выпадение внутренней части хромосомы, не захватывающее теломеру.
Примеры аномалий, возникающих при гетерозиготной делеции: нарушение ЦНС, синдактилия. Гомозиготные делеции обычно летальны, но очень короткие могут не нарушать жизнеспособности в гомозиготе.
В кариотипическом наборе все хромосомы парные, если 1 утратила свои внутренний участок и стала короче, коньюгация хромосом данной пары нарушается. Более длинная (нормальная) на участке делеции образует петлю. Петлю видно в микроскоп.
Разрыв хромосомы вызывается различными повреждениями: радиацией, химическими мутагенами, вирусами.
3) Дупликации – «удвоение» (один из участков хромосомы представлен более 1 раза). Можно сказать иначе – кратное повторение 1 и того же участка хромосомы. Известны случаи многократных повторений (мультипликации или ампликации). Повторы могут распологаться:
тандемно ABC ABC ABCDEFG
инвертированно (с повтором) ABCCBADEFG
Дупликации, равно как и делеции, могут возникать в результате неравного кросинговера между сестринскими хроматидами или при рекомбинациях.
Дупликации (повторы), обычно не оказывают такого отрицательного влияния на жизнеспособность как нехватки или делеции.
Экспериментально доказано, что в культуре клеток млекопитающих, устойчивых к химическим повреждающим факторам, например, ионам тяжелых металлов, нередко наблюдается кратность повторения 1 и того же участка генетического материала. При этом устойчивость к препарату можно повысить в 100 тысяч раз.(Исторические курьезы: наследники престола с детства употребляли яд и становились к нему нечувствительными).
В отсутствии повреждающего фактора эти генетические конструкции оказываются нестабильными, их устойчивость быстро теряется.
Дупликации играют существенную роль в эволюции генома, они создают дополнительные участки генетического материала, функция которого может быть изменена в результате мутации и последствий естественного отбора.
4) Инверсии – изменение линейно расположенных генов, в следствии поворота участка хромосомы на 1800. Перевернутый участок может включать центромеру (перицентрическая инверсия), или не включать (парацентрическая). Изменение чередование генов в хромосоме в результате инверсии встречается в природных популяциях наиболее часто. Инверсии – это 1 из способов эволюционного преобразования генетического материала.
перецентрическая
Сравнивая кариотипы человека и шимпанзе, генетики установили, что в хромосомах 4,5,12,17 пар у человека произошли перецентрические инверсии.
Инверсия приводит к новой линейной последовательности генов (изменению порядка их расположения), к изменениям их сцепления, к нарушениям кроссинговера.