Kuva: ”Meioosi: Jakautuvat siitepölyn emosolut (meioottisen jakautumisen lopussa) – Lilium-kasvi. Optinen mikroskooppitekniikka: Kirkas kenttä. Suurennus: 3000x (kuvan leveys 26 cm ~ A4-koko).” by Doc. RNDr. Josef Reischig, CSc. – Tekijän arkisto. Lisenssi: CC BY-SA 3.0
Kromosomien perusrakenne
Kromosomi on geenien kantaja, molekyylien, jotka ovat viime kädessä vastuussa perinnöllisen informaatiokokonaisuuden eteenpäin viemisestä proteiinisynteesiä ja sitä kautta koko solun toimintaa varten.
Jokainen kromosomi koostuu kromatidiparista. Samankaltaiset kromosomit esiintyvät pareittain, ja niitä kutsutaan homologisiksi kromosomeiksi.
Normaalirakenteisessa ihmissolussa on kaksi sarjaa, 23 paria homologisia kromosomeja, eli yhteensä 46 kromosomia. Nämä ovat diploidisia soluja.
Miehen ja naisen sukusoluilla, jotka vastaavat lisääntymisestä, on vain yksi homologisten kromosomien sarja, yhteensä 23 kromosomia, ja niitä kutsutaan haploidisiksi soluiksi.
Keskipiste (centromere) on kromosomin se osa, jossa sisarkromatidit liittyvät yhteen. Kinetokoorin kautta karan kuidut kiinnittyvät sentromeeriin solunjakautumisen aikana.
Sentromeeri absidoi jokaisen kromosomin kahteen haaraan: lyhyttä haaraa kutsutaan ”p”-haaraksi ja pidempää ”q”-haaraksi. (p tarkoittaa ranskaksi ”petit”, joka tarkoittaa pientä.)
Keskipisteen sijainnin perusteella kuvataan erilaisia kromosomityyppejä:
| Tyyppi | Esittely | |
| Metasentrinen | Keskipiste on keskellä; p- ja q-varret ovat yhtä pitkät. | |
| Submetasentrinen | P- ja q-varret ovat lähes yhtä suuret. | |
| Telosentrinen | Telosentrinen | Sentromeeri on lähellä toista päätä; p-varsi on hyvin pieni. |
| Akrosentrinen | P-varsi on pieni, mutta hiukan pidempi telosentrisiin kromosomeihin verrattuna. |
Solunjakautuminen koostuu perintöaineksen jakautumisesta ja sytogeneesistä. Geenimateriaali voi käydä läpi joko mitoosin tai meioosin.
Mitoosi
Mitoosissa yhdestä diploidisesta solusta syntyy kaksi diploidista solua. Näin syntyvät kaksi tytärsolua ovat geneettisesti identtisiä emosolun kanssa.
Taulukossa on esitetty mitoosin eri vaiheet:
| Vaihe | Erittely |
| Välivaihe | Solun jakaantumisessa mitoosivaihe vuorottelee välivaiheen kanssa – ajan, jolloin solu valmistelee itseään jakaantumista varten. Proteiinien, sytoplasman organellien ja geneettisen materiaalin synteesi on tämän vaiheen tunnusmerkki. |
| Profaasi | Kromosomien tiivistyminen ja mitoottisen karan muodostumisen käynnistyminen merkitsevät profaasia. |
| Metafaasi | Kromosomien erottuminen mikrotubulusten kiinnittymisen jälkeen sentromeeriin ja asianmukainen kohdistus metafaasilevyä tai ekvatoriaalilevyä pitkin tapahtuu metafaasissa. Metafaasin tarkistuspisteet varmistavat kromosomien tasaisen jakautumisen solunjakautumisen mitoosivaiheen lopussa. |
| Anaphaasi | Anaphaasi huipentuu identtisten tytärkromosomien muodostumiseen. Tässä vaiheessa sisarkromatideja yhteen sitovat kohesiinit pilkkoutuvat. Mikrotubulukset lyhenevät, minkä seurauksena vastamuodostuneet tytärkromosomit vetäytyvät kohti solun vastakkaisia päitä. |
| Telopaasi | Telopaasi tulee kreikan kielen sanasta ”telos”, joka tarkoittaa loppua, ja telopaasi on solunjakautumisen mitoosivaiheen loppu. Se on monin tavoin käänteinen profaasiin verrattuna. Telofaasin lopussa muodostuu kaksi tytärydintä, joilla on identtiset kromosomit. |
Meioosi
Meioosissa on kaksi vaihetta, vaihe I ja vaihe II.
Vaiheessa I tapahtuu reduktiivinen jakaantuminen. Kromosomien ristiintaittuminen, joka sekin on vaiheen I erityispiirre, johtaa geneettisen aineksen vaihtoon homologisten kromosomien välillä. Meioosin lopputuloksena syntyy neljä geneettisesti erilaista haploidia solua. Kahden haploidisen sukusolun fuusio hedelmöityksen aikana palauttaa alkion diploidisen luonteen.
Meioosin virhe, kuten nondisjunktio, on yksi yleisimmistä syistä keskenmenoihin ja geneettisestä syystä johtuviin sekundaarisiin kehitysvammoihin.
Meioosin I-vaihe voidaan tiivistää seuraavasti:
| Vaihe | Erittely |
| Profaasi I | Tämä on meioosin pisin vaihe. Profaasissa tapahtuu kromosomien risteytyminen, joka johtaa geneettiseen vaihteluun syntyvissä tytärhaploidisoluissa. Profaasi jakautuu seuraaviin vaiheisiin:
|
| Metafaasi I | Homologiset kromosomit siirtyvät metafaasilevyn päällä pitkin metafaasilevyä tässä vaiheessa. |
| Anaphaasi I | Homologiset kromosomit liikkuvat kohti vastakkaisia napoja toissijaisesti kinetokore-mikrotubulusten lyhenemisen seurauksena tässä vaiheessa. |
| Telopaasi I | Tämä vaihe merkitsee ensimmäisen meioottisen jakautumisen päättymistä. Syntyy kaksi emosolusta geneettisesti erilaista tytärsolua, joilla on puolet vähemmän kromosomeja. Kukin kromosomi koostuu yhdestä kromatidiparista. |
Meioosin II-vaihe on samanlainen kuin mitoosi. Siinä sisarkromatidit erkanevat toisistaan ekvatoriaalista tasoa pitkin; näin meioosin lopussa muodostuu neljä haploidia solua.
Tämän normaalia kromosomianatomiaa ja solunjakautumista koskevan perusymmärryksen myötä olemme valmiita etenemään nondisjunktioon.
Nondisjunktion määritelmä
Kahden homologisen kromosomin tai sisarkromatidin asianmukaisen erottumisen epäonnistumista solunjakautumisen aikana kutsutaan nondisjunktioksi.
Historia
Aika todistaa nondisjunktion löytyneen keväällä 1910 Calvin Bridgesin ja Thomas Hunt Morganin toimesta. He havaitsivat poikkeavan kromosomikäyttäytymisen tutkiessaan Drosophila melanogasterin sukupuolikromosomeja.
Nondisjunktion tyypit
| Tyyppi | Erittely |
| Meioottinen nondisjunktio faasi I | Kaikki alkusolusta peräisin olevat haploidit ovat poikkeavia. Esimerkiksi kaikilla primaarisesta siittiöstä peräisin olevilla siittiöillä on yhteensä 22 tai 24 kromosomia tavanomaisen 23 kromosomin sijasta. |
| Meioottinen nondisjunktiovaihe II | Peraarisesta solusta peräisin olevista haploideista vain puolet on epänormaaleja. Esim: Jos nondisjunktio vaikuttaa meioosi II:n läpikäyvään sekundaariseen siittiöön, vain puolet siittiöistä on epänormaaleja. |
| Mitoottinen nondisjunktio | Mitoottinen nondisjunktio johtaa metafaasin tai anafaasin aikana tapahtuvaan spindelin kuitujen katkeamiseen, minkä seurauksena muodostuu trisomisia ja monosomisia tytärsoluja, jotka synnyttävät mosaiikkisia solulinjoja yksilössä. |
Nondisjunktion etiogeneesi
Nondisjunktion taustalla olevat molekyylimekanismit voidaan tiivistää lyhyesti seuraavasti:
| Mekanismi | Esittely | |
| Sukupuolispesifiset eroavaisuudet meioosissa | Maternaaliset munasolut ovat alttiita segregaatiovirheille, sillä munasolujen pysähtyminen meioosin profaasissa I on dokumentoitu. Tästä seuraa, että suurin osa ihmisen aneuploidiaoireyhtymistä on peräisin äidistä. | |
| Kohesiinisiteiden ikään liittyvä menetys | Kohesiini on vastuussa spindelin kuitujen kiinnittymisestä sisarkromatideihin ja niiden myöhemmästä normaalista erottumisesta. Pitkittynyt äidin munasolun pysähtyminen meioosissa johtaa koheesiositeiden katoamiseen; suurempi mahdollisuus virheelliseen karan kinetokoorin ja mikrotubulusten kiinnittymiseen ja siitä johtuviin segregaatiovirheisiin. | |
| Karan kokoonpanon tarkistuspisteen (Spindle Assembly Checkpoint, SAC) toimintahäiriö | Karan kokoonpanon tarkistuspiste (Spindle Assembly Checkpoint, SAC) | SAC varmistaa normaalin kromosomien erottumisen ja kohdistumisen solunjakautumisen anafaasivaiheessa. SAC:n poikkeava toiminta voi johtaa disjunktion puuttumiseen. |
Nondisjunktion diagnostiikka
Nondisjunktio voidaan todeta kliinisesti käyttämällä alla olevan taulukon mukaista testipatteristoa:
| Testi | Esittely |
| Polaarikehodiagnoosi | Käytetään äidistä peräisin olevien kromosomianeuploidioiden toteamiseen. |
| Karyotyypitys | Valomikroskooppia käyttävä tekniikka, jolla tutkitaan lapsivesipunktiolla saatuja syntymättömän sikiön soluja. |
| Blastomeeribiopsia | Menetelmänä on blastomeerien poisto zona pellucidasta, jotta voidaan havaita aneuploidia. Tämä toimenpide ei ole riskitön. |
| Preimplantaatiodiagnostiikka | Käytetään pariskunnissa, joiden suvussa on esiintynyt geneettisiä häiriöitä ja jotka ovat valinneet koeputkihedelmöityksen. |
Nondisjunktion kliiniset vaikutukset
Nondisjunktio johtaa aneuploidiaan eli kromosomien epätasapainotilaan. Yhden kromosomin menetystä kutsutaan monosomiaksi, kun taas yhden kromosomin lisäystä kutsutaan trisomiaksi. Suurin osa näin syntyneistä kromosomipoikkeavuuksista on elämän kanssa yhteensopimattomia, ja ne ovat syynä suurimpaan osaan ensimmäisen raskauskolmanneksen spontaaneista raskaudenkeskeytyksistä.
Nondisjunktion tutkiminen paljastaa yhteyksiä äidin iän lisääntymisen ja rekombinaatiomahdollisuuksien lisääntymisen välillä. Se antaa myös vahvistusta kromosomaaliselle perinnöllisyysteorialle (Bridges 1916).
Knudsonin 2 osuman hypoteesi solujen pahanlaatuisesta transformaatiosta propagoi normaalin solun kaksivaiheisen metamorfoosin olemassaoloa. Ensimmäisen osuman oletetaan olevan synnynnäinen, mutta toinen osuma voi johtua mitoottisesta nondisjunktiosta.
Vähäiset elinkelpoiset syndroomaaliset kromosomipoikkeavuudet voidaan tiivistää seuraavasti:
| Kromosomipoikkeavuus | Erittely |
| Monosomia | Turnerin oireyhtymä (XO) on ainoa elinkelpoinen monosomia, joka on yhteensopiva elämän kanssa ihmisellä. |
| Autosomaalinen aneuploidia | |
| Pataun oireyhtymä (trisomia 13) | Kromosomi 13:n trisomia johtaa Pataun oireyhtymään. Sille on ominaista mikrokefalia, älyllinen kehitysvammaisuus, silmäongelmat, urogenitaaliset ja tuki- ja liikuntaelimistön häiriöt. |
| Edwardsin oireyhtymä (trisomia 18) | Edwardsin oireyhtymälle on ominaista ylimääräisen segmentin osan tai koko kromosomin 18 esiintyminen. Sen tyypillisiä piirteitä ovat kasvun hidastuminen, sydänviat, mikrognatia, vaikea älyllinen jälkeenjääneisyys ja puristetut nyrkit, joissa sormet ovat päällekkäin. |
| Downin oireyhtymä | Trisomia 21 on yksi tavallisimmista kromosomien segregaatiovirheistä ihmisillä. Tunnetusti ”Downin oireyhtymänä” tunnetulle oireyhtymälle on tyypillistä kasvun hidastuminen, älyllinen kehitysvammaisuus sekä lukuisat neurologiset ja kardiovaskulaariset ongelmat. |
| Sukupuolikromosomien aneuploidia | |
| Turnerin oireyhtymä (XO) | Kuten jo mainittiin, tämä on ainoa elämän kanssa sopusoinnussa oleva yksisoluinen kromosomipoikkeavuus ihmisellä. Tälle oireyhtymälle on ominaista lyhyt niskanahka, normaali älykkyys, lyhytkasvuisuus ja suurempi riski näkö- ja kuulo-ongelmiin. |
| Klinefelterin oireyhtymä (XXY) | Tälle oireyhtymälle on ominaista kahden tai useamman X-kromosomin esiintyminen miehillä. Sille on ominaista primaarinen steriiliys, aggressiivinen käyttäytyminen ja usein normaali älykkyys, johon liittyy vähäisiä puhe- ja lukivaikeuksia. |
| Supermies (XYY) | Tälle tilalle on ominaista XYY-genotyyppi, ja sen ilmaantuvuus on noin 1 000:sta syntyneestä miehestä. Monet potilaat ovat fenotyyppisesti normaaleja, mutta heillä on suurempi pituus, satunnaista aggressiivista käyttäytymistä ja oppimisvaikeuksia. Se on seurausta nondisjunktiosta isän meioosin II-vaiheessa. |
| Supernaisten (XXX) | Trisomia X:llä, joita kutsutaan myös supernaisten nimellä, on lieviä neuropsykologisia häiriöitä. Suurin osa näistä on äidin meioosissa tapahtuneen nondisjunktion huipentuma. |
| Uniparentaalinen disomia | Tässä on kyse ainutlaatuisesta yhdistelmästä, jossa nondisjunktio johtaa autosomaaliseen trisomiaan ja sen jälkeen tapahtuvaan parittoman kromosomin häviämiseen, mikä johtaa siihen, että on olemassa kaksi kopiota kromosomista, joka on uniparentaalista alkuperää. Esimerkkejä ovat Prader-Willin oireyhtymä ja Angelmanin oireyhtymä. |
| Mosaikismi-oireyhtymät | Vaikainen sikiöaikainen mitoottinen nondisjunktio johtaa eri solulinjojen samanaikaiseen olemassaoloon samalla yksilöllä. Iton hypomelanoosi on esimerkki tällaisista mosaiikin oireyhtymistä. |
Yhteenveto
Kromosomit koostuvat kromatidipareista. Homologiset kromosomit ovat olemassa pareittain. Homologisten kromosomien tai kromatidien kunnollisen erottumisen epäonnistumista solunjakautumisen aikana kutsutaan nondisjunktioksi.
Nondisjunktio voi tapahtua meioosin vaiheen I tai vaiheen II tai mitoosin aikana.
Nondisjunktion diagnosoimiseksi on käytettävissä monia testejä.
Nondisjunktio johtaa aneuploidiaan. Vaikka useimmat näistä kromosomien segregaatiovirheistä johtavat spontaaneihin abortteihin ensimmäisen raskauskolmanneksen aikana, vain harvat ovat yhteensopivia elämän kanssa ja johtavat vaihteleviin autosomaalisiin ja sukupuolikromosomaalisiin aneuploidisiin oireyhtymiin.
Opiskele lääketieteelliseen kouluun ja lautakuntiin Lecturion avulla.
- USMLE Step 1
- USMLE Step 2
- COMLEX Level 1
- COMLEX Level 2
- ENARM
- NEET
.