Obraz: „Mejoza: Dzielące się komórki macierzyste pyłku (pod koniec podziału mejotycznego) – roślina Lilium. Technika mikroskopii optycznej: Jasne pole. Powiększenie: 3000x (dla szerokości obrazu 26 cm ~ format A4).” autorstwa Doc. RNDr. Josef Reischig, CSc. – Archiwum autora. Licencja: CC BY-SA 3.0
Podstawowa struktura chromosomów
Chromosom jest nośnikiem genów, cząsteczek ostatecznie odpowiedzialnych w przenoszeniu dziedzicznego zestawu informacji o syntezie białek, a w konsekwencji o funkcjonowaniu całej komórki.
Każdy chromosom składa się z pary chromatyd. Podobne chromosomy istnieją w parach i są określane jako chromosomy homologiczne.
Normalna strukturalna komórka ludzka niesie dwa zestawy, 23 pary chromosomów homologicznych, co stanowi 46 chromosomów w sumie. Są to komórki diploidalne.
Komórki gamety męskiej i żeńskiej odpowiedzialne za reprodukcję mają tylko jeden zestaw chromosomów homologicznych, suma wynosi 23 i jest określana jako komórki haploidalne.
Centromer jest częścią chromosomu, gdzie chromatydy siostrzane są połączone. Przez kinetochore, włókna wrzeciona dołączyć na centromer podczas cell division.
Centromer abscinds każdy chromosom w dwa ramiona: krótkie ramię nazywa „p” i dłuższy jeden „q” ramię. (p jak „petit” w języku francuskim, co oznacza mały.)
W oparciu o położenie centromeru opisano różne typy chromosomów:
| Typ | Wyjaśnienie |
| Metacentryczny | Centromer znajduje się w środku; ramiona p i q są równej długości. |
| Submetacentryczny | P i q ramiona są prawie równe. |
| Telocentryczne | Centromer jest obecny blisko jednego końca; ramię p jest bardzo małe. |
| Akrocentryczne | Ramię P jest małe, ale nieco dłuższe w porównaniu z chromosomami telocentrycznymi. |
Podział komórki składa się z podziału materiału genetycznego i cytogenezy. Materiał genetyczny może ulegać mitozie lub mejozie.
Mitoza
W mitozie jedna diploidalna komórka daje początek dwóm diploidalnym komórkom. Powstałe w ten sposób dwie komórki-córki są genetycznie identyczne z komórką macierzystą.
Tabela przedstawia poszczególne etapy mitozy:
| Faza | Wyjaśnienie |
| Interfaza | W podziale komórki faza mitotyczna przeplata się z interfazą – czasem, w którym komórka przygotowuje się do podziału. Charakterystyczna dla tej fazy jest synteza białek, organelli cytoplazmatycznych i materiału genetycznego. |
| Profazy | Kondensacja chromosomów i inicjacja tworzenia wrzeciona mitotycznego wyznaczają profazę. |
| Metafaza | W metafazie następuje rozdzielenie chromosomów po przyłączeniu mikrotubul przy centromerach i prawidłowe ułożenie wzdłuż płytki metafazowej lub płytki równikowej. Punkty kontrolne metafazy zapewniają równe rozmieszczenie chromosomów na końcu mitotycznej fazy podziału komórki. |
| Anafaza | Anafaza kończy się utworzeniem identycznych chromosomów potomnych. Kohezyny, które wiążą siostrzane chromatydy razem są rozszczepiane w tej fazie. Mikrotubule skracają się, co powoduje pociąganie nowo powstałych chromosomów ku przeciwległym końcom komórki. |
| Telofaza | Pochodząca od greckiego słowa „telos” oznaczającego koniec, telofaza jest końcem mitotycznej fazy podziału komórki. Jest ona pod wieloma względami odwróceniem profazy. Na końcu telofazy powstają dwa jądra potomne z identycznym zestawem chromosomów. |
Mejoza
W mejozie wyróżnia się dwie fazy, a mianowicie fazę I i fazę II.
Podział redukcyjny zachodzi w fazie I. Krzyżowanie chromosomów, również unikalna cecha fazy I, prowadzi do wymiany materiału genetycznego między chromosomami homologicznymi. Efektem końcowym mejozy jest powstanie czterech genetycznie odrębnych komórek haploidalnych. Fuzja dwóch haploidalnych gamet podczas zapłodnienia przywraca diploidalną naturę zarodka.
Błąd w mejozie jak nondysjunkcja jest jedną z najczęstszych przyczyn poronień i zaburzeń rozwojowych wtórnych do przyczyny genetycznej.
Fazę I mejozy można podsumować w następujący sposób:
| Faza | Wyjaśnienie |
| Faza I | Jest to najdłuższa faza mejozy. W profazie zachodzi krzyżowanie chromosomów prowadzące do zmienności genetycznej w powstających komórkach haploidalnych. Faza profazy dzieli się na następujące etapy:
|
| Metafaza I | Homologiczne pary chromosomów poruszają się w tym etapie wzdłuż płytki metafazowej. |
| Anafaza I | Homologiczne chromosomy przesuwają się w kierunku przeciwległych biegunów wtórnie do skrócenia mikrotubul kinetochorowych w tej fazie. |
| Telofaza I | Ten etap wyznacza koniec pierwszego podziału mejotycznego. Powstają dwie komórki córki genetycznie odrębne od komórki matki z połową liczby chromosomów. Każdy chromosom składa się z pary chromatyd. |
Faza II mejozy jest identyczna jak mitoza. Polega ona na rozdzieleniu chromatyd siostrzanych wzdłuż płaszczyzny równikowej; w ten sposób na końcu mejozy powstają cztery haploidalne komórki.
Mając ten podstawowy wgląd w normalną anatomię chromosomalną i podział komórki, jesteśmy w stanie przejść do nondysjunkcji.
Definicja nondysjunkcji
Nieudana próba właściwego rozdzielenia dwóch chromosomów homologicznych lub chromatyd siostrzanych podczas podziału komórki jest określana jako nondysjunkcja.
Historia
Czas świadczy o odkryciu nondysjunkcji wiosną 1910 roku przez Calvina Bridgesa i Thomasa Hunta Morgana. Znaleźli oni aberracyjne zachowanie chromosomalne podczas badania chromosomów płciowych Drosophila melanogaster.
Typy nondysjunkcji
| Typ | Wyjaśnienie |
| Faza I nondysjunkcji mejotycznej | Wszystkie haploidy pochodzące z komórki pierwotnej są nieprawidłowe. Na przykład wszystkie plemniki pochodzące z pierwotnego spermatocytu będą miały w sumie 22 lub 24 chromosomy, a nie zwykłe 23. |
| Faza II nondysjunkcji mejotycznej | Tylko połowa haploidów pochodzących z komórki pierwotnej będzie nieprawidłowa. Na przykład: Jeśli nondysjunkcja dotyczy wtórnego spermatocytu przechodzącego mejozę II, tylko połowa plemników będzie nieprawidłowa. |
| Nondysjunkcja mitotyczna | W wyniku przerwania włókien wrzeciona podczas metafazy lub anafazy, nondysjunkcja mitotyczna powoduje powstawanie trisomicznych i monosomicznych komórek potomnych, które dają początek mozaikowym liniom komórkowym u osobnika. |
Etiogeneza nondysjunkcji
Molekularne mechanizmy stojące za nondysjunkcją można krótko podsumować w następujący sposób:
| Mechanizm | Wyjaśnienie |
| Seks-swoiste różnice w mejozie | Oocyty ojcowskie są podatne na występowanie błędów segregacji, ponieważ istnieje udokumentowane zatrzymanie oocytów w fazie I mejozy. Jako następstwo, fakt pozostaje, że większość ludzkich zespołów aneuploidii są matczyne derived. |
| Zależna od wieku utrata więzi Cohesin | Cohesin jest odpowiedzialny za przywiązanie włókien wrzeciona do chromatyd siostrzanych i późniejsze normalne oddzielenie tego samego. Przedłużające się zatrzymanie oocytu matki w mejozie prowadzi do utraty więzów kohezynowych; zwiększa się możliwość nieprawidłowego przyłączenia kinetochor-mikrotubul wrzeciona z wynikającymi z tego błędami segregacyjnymi. |
| Nieprawidłowe funkcjonowanie wrzecionowego punktu kontrolnego (SAC) | SAC zapewnia prawidłowe rozdzielenie i wyrównanie chromosomów podczas anafazy podziału komórki. Nieprawidłowe funkcjonowanie SAC może prowadzić do nondysjunkcji. |
Diagnostyka nondysjunkcji
Nondysjunkcję można zidentyfikować klinicznie, stosując baterię testów przedstawionych w poniższej tabeli:
| Test | Wyjaśnienie |
| Diagnostyka ciałka żółtego | Używana do wykrywania aneuploidii chromosomalnych pochodzenia matczynego. |
| Kariotypowanie | Technika wykorzystująca mikroskopię świetlną do badania komórek nienarodzonego płodu uzyskanych w wyniku amniopunkcji. |
| Biopsja blastomerów | Polega na usunięciu blastomerów z zony pellucida w celu wykrycia aneuploidii. Procedura ta nie jest pozbawiona ryzyka. |
| Preimplantacyjna diagnostyka genetyczna | Używana u par z rodzinnym wywiadem w kierunku zaburzeń genetycznych, które decydują się na zapłodnienie in vitro. |
Kliniczne implikacje braku sprzężenia
Nadmierne sprzężenie skutkuje aneuploidią – stanem nierównowagi chromosomalnej. Utrata pojedynczego chromosomu określana jest jako monosomia, natomiast zysk pojedynczego chromosomu określany jest jako trisomia. Większość tak powstałych aberracji chromosomalnych jest niezgodna z życiem i jest powodem większości spontanicznych aborcji w pierwszym trymestrze ciąży.
Badanie nondysjunkcji ujawnia powiązania między rosnącym wiekiem matki a zwiększonymi szansami na rekombinację. Zapewnia również potwierdzenie chromosomalnej teorii dziedziczności (Bridges 1916).
Knudson 2 hipoteza hit dla złośliwej transformacji komórek propaguje istnienie 2-stopniowej metamorfozy normalnej komórki. Podczas gdy pierwsze uderzenie ma być wrodzone, drugie uderzenie może być spowodowane przez nondysjunkcję mitotyczną.
Kilka wykonalnych zespołowych aberracji chromosomalnych można podsumować w następujący sposób:
| Aberracja chromosomalna | Wyjaśnienie |
| Monosomia | Zespół Turnera (XO) jest jedyną wykonalną monosomią zgodną z życiem u ludzi. |
| Autosomalna aneuploidia | |
| Zespół Patau (trisomia 13) | Trisomia chromosomu 13 powoduje zespół Patau. Charakteryzuje się on mikrocefalią, niepełnosprawnością intelektualną, problemami ocznymi, zaburzeniami układu moczowo-płciowego i mięśniowo-szkieletowego. |
| Zespół Edwardsa (trisomia 18) | Zespół Edwardsa charakteryzuje się obecnością dodatkowego segmentu-części lub całości chromosomu 18. Charakteryzuje się opóźnieniem wzrostu, wadami serca, mikrognatyzmem, znacznym upośledzeniem umysłowym i zaciśniętymi pięściami z zachodzącymi na siebie palcami. |
| Zespół Downa | Trisomia 21 jest jednym z najczęstszych błędów segregacji chromosomalnej u ludzi. Znany powszechnie jako „zespół Downa”, charakteryzuje się opóźnieniem wzrostu, niepełnosprawnością intelektualną oraz licznymi problemami neurologicznymi i sercowo-naczyniowymi. |
| Aneuploidia chromosomów płciowych | |
| Zespół Turnera (XO) | Jak już wspomniano, jest to jedyna monosomia zdolna do życia u ludzi. Charakteryzuje się krótką szyją, normalną inteligencją, niskim wzrostem oraz zwiększonym ryzykiem problemów ze wzrokiem i słuchem. |
| Zespół Klinefeltera (XXY) | Zespół ten charakteryzuje się obecnością 2 lub więcej chromosomów X u mężczyzn. Charakteryzuje się pierwotną bezpłodnością, agresywnym zachowaniem i często normalną inteligencją z niewielkimi trudnościami w mowie i czytaniu. |
| Supermales (XYY) | Charakteryzowany przez genotyp XYY, stan ten występuje z częstością około 1 na 1000 urodzeń męskich. Wielu pacjentów jest fenotypowo normalnych z większym wzrostem, sporadycznymi zachowaniami agresywnymi i trudnościami w nauce. Jest to wynik nondysjunkcji w II fazie mejozy ojcowskiej. |
| Superfemales (XXX) | Trisomia X, określana również jako superfemales, charakteryzuje się łagodnymi zaburzeniami neuropsychologicznymi. Większość z nich jest kulminacją nondysjunkcji w mejozie matki. |
| Dysomia jednorodzicielska | Jest to unikalne połączenie nondysjunkcji prowadzącej do trisomii autosomalnej i późniejszej utraty niesparowanego chromosomu, co prowadzi do istnienia 2 kopii chromosomu pochodzenia jednorodzicielskiego. Przykłady obejmują zespół Pradera-Williego i zespół Angelmana. |
| Zespoły mozaicyzmu | Niedysjunkcja mitotyczna we wczesnym okresie płodowym prowadzi do jednoczesnego istnienia różnych linii komórkowych u tego samego osobnika. Hypomelanosis of Ito jest ilustracją takich zespołów mozaicyzmu. |
Podsumowanie
Chromosomy składają się z par chromatyd. Chromosomy homologiczne występują w parach. Niepowodzenie prawidłowego rozdzielenia chromosomów homologicznych lub chromatyd podczas podziału komórki określa się mianem nondysjunkcji.
Nondysjunkcja może wystąpić podczas mejozy fazy I lub II, lub mitozy.
Dostępnych jest wiele testów pozwalających zdiagnozować nondysjunkcję.
Nondysjunkcja skutkuje aneuploidią. Podczas gdy większość z tych błędów segregacji chromosomalnej prowadzi do spontanicznych poronień w pierwszym trymestrze, nieliczne są zgodne z życiem i prowadzą do zmiennych autosomalnych i płciowych chromosomalnych zespołów aneuploidalnych.
Ucz się do szkoły medycznej i rad nadzorczych z Lecturio.
- USMLE Step 1
- USMLE Step 2
- COMLEX Level 1
- COMLEX Level 2
- ENARM
- NEET
.