Funkcje i przykłady duplikacji chromosomów

Jeden duplikacja chromosomów opisuje frakcję DNA, która pojawia się dwukrotnie jako produkt rekombinacji genetycznej. Duplikacja chromosomów, duplikacja genów lub amplifikacja jest jednym ze źródeł generowania zmienności i ewolucji w żywych istotach.

Duplikacja chromosomów jest rodzajem mutacji, ponieważ wiąże się ze zmianą normalnej sekwencji DNA w regionie chromosomalnym. Inne mutacje na poziomie chromosomów obejmują insercje, inwersje, translokacje i delecje chromosomalne.

Duplikacje chromosomalne mogą występować w tym samym miejscu źródłowym duplikatu fragmentu. Są to duplikaty w partiach. Duplikaty w tandzie mogą być dwojakiego rodzaju: bezpośrednie lub odwrócone.

Bezpośrednie duplikaty to te, które powtarzają zarówno informacje, jak i orientację powtarzanego fragmentu. W duplikatach fragmentów odwróconych partiami informacja jest powtarzana, ale fragmenty są zorientowane w przeciwnych kierunkach.

W innych przypadkach duplikacja chromosomów może wystąpić w innym miejscu lub nawet na innym chromosomie. Generuje to ektopową kopię sekwencji, która może funkcjonować jako substrat do sieciowania i być źródłem nieprawidłowych rekombinacji. W zależności od rozmiaru, duplikacje mogą być makro- lub mikro duplikacjami.

Mówiąc wyraźnie, duplikacje generują zmienność i zmianę. Jednak na poziomie osobnika duplikacje chromosomalne mogą powodować poważne problemy zdrowotne.

Indeks

• 1 Mechanizm duplikacji chromosomów
• 2 Duplikacje chromosomowe w ewolucji genów
• 3 Duplikacje chromosomowe w ewolucji gatunków
• 4 Problemy, które mikroduplikacje mogą powodować u jednostki
• 5 referencji

Mechanizm duplikacji chromosomów

Powielanie występuje częściej w obszarach DNA, które mają powtarzające się sekwencje. Są to substraty zdarzeń rekombinacji, nawet jeśli są weryfikowane między regionami, które nie są całkowicie homologiczne.

Mówi się, że te rekombinacje są nielegalne. Mechanistycznie zależą od podobieństwa sekwencji, ale genetycznie mogą być przeprowadzane między chromosomami niehomologicznymi.

W człowieku mamy kilka typów powtarzających się sekwencji. Bardzo powtarzalne obejmuje tak zwany satelitarny DNA, ograniczony do centromerów (i niektórych regionów heterochromatycznych).

Inne, średnio powtarzalne, obejmują na przykład te powtarzane w tandemie, że kod rybosomalnego RNA. Te powtarzające się lub powielane regiony znajdują się w bardzo specyficznych miejscach zwanych regionami organizującymi jąderka (NOR).

NOR u ludzi znajduje się w subtelomerowych regionach pięciu różnych chromosomów. Z drugiej strony każdy NOR składa się z setek do tysięcy kopii tego samego regionu kodującego w różnych organizmach.

Ale mamy także inne powtarzalne regiony rozproszone w całym genomie, o różnym składzie i rozmiarach. Wszyscy mogą się łączyć i powodować duplikacje. W rzeczywistości wiele z nich jest produktem ich własnej duplikacji, in situ lub ektopowej. Obejmują one między innymi minizatelity i mikrosatelity.

Duplikacje chromosomowe mogą także powstać, rzadziej, ze związku niehomologicznych końców. Jest to mechanizm nie homologicznej rekombinacji, który obserwuje się w niektórych zdarzeniach naprawczych pęknięć DNA o podwójnym paśmie.

Duplikacje chromosomowe w ewolucji genów

Gdy gen jest duplikowany w tym samym miejscu lub nawet w innym, tworzy locus o sekwencji i znaczeniu. To jest sekwencja ze znaczeniem. Jeśli tak pozostanie, będzie to duplikat genu i jego poprzednika.

Ale może nie podlegać takiej samej presji selekcyjnej genu macierzystego i może się mutować. Suma tych zmian może czasami prowadzić do pojawienia się nowej funkcji. Gen będzie również nowym genem.

Na przykład powielanie pradawnego miejsca globiny doprowadziło do ewolucji rodziny globin. Kolejne translokacje i kolejne duplikacje powodowały, że rodzina rosła wraz z nowymi członkami spełniającymi tę samą funkcję, ale odpowiednimi do różnych warunków.

Duplikacje chromosomowe w ewolucji gatunków

W organizmie duplikacja genu prowadzi do wygenerowania kopii zwanej genem paralogowym. Dobrze zbadanym przypadkiem są wspomniane powyżej geny globiny. Jednym z najbardziej znanych globin jest hemoglobina.

Bardzo trudno wyobrazić sobie, że tylko region kodujący genu podwoi się. Dlatego każdy gen paralogowy jest powiązany z regionem paralogicznym w organizmie, który doświadcza duplikacji.

W trakcie ewolucji duplikacje chromosomów odgrywały istotną rolę na różne sposoby. Z jednej strony powielają informacje, które mogą spowodować powstanie nowych funkcji poprzez zmianę genów z poprzednią funkcją.

Z drugiej strony umieszczenie duplikacji w innym kontekście genomicznym (na przykład innym chromosomie) może wygenerować paralog z inną regulacją. Oznacza to, że może generować większą zdolność adaptacyjną.

Wreszcie, powstają również regiony wymiany przez rekombinację, które prowadzą do dużych rearanżacji genomowych. To z kolei może reprezentować pochodzenie zdarzeń specjacji w poszczególnych liniach makroewolucyjnych.

Problemy, które mikroduplikacje mogą powodować u jednostki

Postępy w technologii sekwencjonowania nowej generacji, jak również barwienie chromosomów i hybrydyzacja, pozwalają nam teraz zobaczyć nowe skojarzenia. Związki te obejmują manifestację pewnych chorób z powodu zysku (duplikacji) lub utraty (skreślenia) informacji genetycznej.

Duplikaty genetyczne wiążą się ze zmianą dawkowania genów i nieprawidłowymi wiązaniami krzyżowymi. W każdym razie prowadzą do nierównowagi informacji genetycznej, która czasami objawia się jako choroba lub syndrom.

Na przykład zespół Charcota-Marie-Tootha typu 1A jest związany z mikroduplikacją regionu, który obejmuje gen PMP22. Zespół jest również znany jako dziedziczna neuropatia ruchowa i czuciowa..

Są fragmenty chromosomalne podatne na te zmiany. W rzeczywistości region 22q11 niesie liczne powtórzenia przy niskich liczbach kopii specyficznych dla tej części genomu.

Oznacza to, że z obszaru pasma 11 długiego ramienia chromosomu 22. Te duplikacje są związane z licznymi zaburzeniami genetycznymi, w tym z upośledzeniem umysłowym, wadami oka, mikrocefalią itp..

W przypadku bardziej rozległych duplikacji można uzyskać pojawienie się częściowych trisomii, co ma szkodliwy wpływ na zdrowie organizmu.

Referencje

1. Cordovez, J.A., Capasso, J., Lingao, M.D., Sadagopan, K.A., Spaeth, G.L., Wasserman, B. N., Levin, A.V. (2014) Objawy oczne mikroduplikacji 22q11.2. Ophthalmology, 121: 392-398.
2. Goodenough, U. W. (1984) Genetics. W. B. Saunders Co. Ltd, Filadelfia, PA, USA.
3. Griffiths, A.J.F., Wessler, R., Carroll, S.B., Doebley, J. (2015). An Introduction to Genetic Analysis (11 wyd.). Nowy Jork: W. H. Freeman, Nowy Jork, NY, USA.
4. Hardison, R. C. (2012) Ewolucja hemoglobiny i jej genów. Cold Spring Harbor Perspectives in Medicine 12, doi: 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) Zespoły mikrodelecji i mikroduplikacji. Journal of Histochemistry & Cytochemistry 60, doi: 10.1369 / 0022155412440001