Polisomia - Polysomy

Polisomia to stan występujący u wielu gatunków, w tym grzybów, roślin, owadów i ssaków, w którym organizm ma co najmniej jeden chromosom więcej niż normalnie, tj. Może istnieć trzy lub więcej kopii chromosomu zamiast oczekiwanych dwóch kopii . Większość gatunków eukariotycznych jest diploidalnych , co oznacza, że ​​mają dwa zestawy chromosomów, podczas gdy prokarioty są haploidalne i zawierają pojedynczy chromosom w każdej komórce. Aneuploidy mają liczbę chromosomów, która nie jest dokładną wielokrotnością liczby haploidalnej, a polisomia jest rodzajem aneuploidii. Kariotyp jest zestaw chromosomów w organizmie i sufiks - Somy stosuje się nazwę aneuploidowe kariotypów. Nie należy tego mylić z przyrostkiem - ploidia , odnoszącym się do liczby pełnych zestawów chromosomów.

Polisomia jest zwykle spowodowana brakiem dysjunkcji (brak rozdzielenia pary homologicznych chromosomów ) podczas mejozy , ale może być również wynikiem mutacji translokacji (nieprawidłowości chromosomowej spowodowanej rearanżacją części między chromosomami niehomologicznymi). Polisomia występuje w wielu chorobach, w tym w zespole Downa u ludzi, gdzie osoby dotknięte chorobą posiadają trzy kopie ( trisomię ) chromosomu 21 .

Dziedziczenie polisomiczne występuje podczas mejozy, kiedy chiasmata tworzy się między więcej niż dwoma homologicznymi partnerami, tworząc wielowartościowe chromosomy. Autopolyploidy mogą wykazywać polisomiczne dziedziczenie wszystkich grup wiązań, a ich płodność może być zmniejszona z powodu niezrównoważonej liczby chromosomów w gametach. W dziedziczeniu tetrasomicznym cztery kopie grupy sprzężeń zamiast dwóch ( tetrasomia ) są sortowane po dwa.

Rodzaje

Typy polisomii są klasyfikowane na podstawie liczby dodatkowych chromosomów w każdym zestawie, oznaczonych jako diploidalne (2n) z dodatkowym chromosomem o różnej liczbie. Na przykład polisomia z trzema chromosomami nazywana jest trisomią , polisomia z czterema chromosomami nazywana jest tetrasomią itp .:

Liczba chromosomów	Nazwa	Opis	Przykłady
3	trisomia	Trzy kopie chromosomu, 2n + 1	Zespół Downa (trisomia 21), zespół Edwardsa (trisomia 18) lub zespół Pataua (trisomia 13)
4	tetrasomia	Cztery kopie chromosomu, 2n + 2	Tetrasomia 9p , Tetrasomia 18p
5	pentasomia	Pięć kopii chromosomu, 2n + 3	Pentasomia X (XXXXX lub 49, XXXXX)
6	heksasomia	Sześć kopii chromosomu, 2n + 4	Heksasomia mozaikowa 21 lub heksasomia częściowa 15
7	heptasomia	Siedem kopii chromosomu, 2n + 5	Heptasomia 21 w ostrej białaczce szpikowej
8	oktosomia	Osiem kopii chromosomu, 2n + 6	Oktosomia u ryb jesiotra ( Acipenser baerii , A. persicus , A. sinensis i A. transmontanus )
9	nanosomia	Dziewięć kopii chromosomu, 2n + 7	Nanosomia w wrodzonej polidystrofii szkieletu
10	dekazomia	Dziesięć kopii chromosomu, 2n + 8	dekasomia 8 w raku histitycznym

U ssaków

W psach

Polisomia odgrywa rolę w białaczce psów , hemangiopericytoma i guzach tarczycy . Nieprawidłowości chromosomu 13 obserwowano w osteoidalnym chrzęstniakomięsaku psów i mięsaku limfatycznym . Trisomia 13 u psów z mięsakiem limfatycznym wykazuje dłuższy czas trwania pierwszej remisji (lek) i przeżycie, dobrze reagując na leczenie środkami chemioterapeutycznymi . Polisomia chromosomu 13 (polisomia 13) jest istotna w rozwoju raka prostaty i często jest spowodowana przez fuzje centryczne. Ponieważ psi chromosom 13 jest podobny do ludzkiego chromosomu 8q, badania mogą dostarczyć informacji na temat leczenia raka prostaty u ludzi. Polisomia chromosomów 1, 2, 4, 5 i 25 jest również często związana z nowotworami psów. Chromosom 1 może zawierać gen odpowiedzialny za rozwój guza i prowadzić do zmian kariotypu , w tym fuzji centromeru lub fuzji centrycznych. Aneuploidia spowodowana nierozłącznością jest częstą cechą komórek nowotworowych .

W ludziach

Chromosomy płciowe

Niektóre z najczęstszych zaburzeń genetycznych to nieprawidłowości chromosomów płci, ale polisomie rzadko występują. Polisomia chromosomów 49, XXXXY występuje co 1 na 85 000 noworodków płci męskiej. Częstość występowania innych polisomii X ( 48, XXXX , 48, XXXY , 48, XXYY ) jest rzadsza niż 49, XXXXY. Polisomia Y ( 47, XYY ; 48, XYYY; 48, XXYY; 49, XXYYY) występuje u 1 na 975 mężczyzn i może powodować zaburzenia psychiatryczne, społeczne i somatyczne . Polisomia X może powodować upośledzenie umysłowe i rozwojowe oraz wady fizyczne . Zespół Klinefeltera jest przykładem ludzkiej polisomii X z kariotypem 47, XXY. Polisomie chromosomu X mogą być dziedziczone z pojedynczego matczynego (49, polisomie X) lub ojcowskiego (48, polisomie X) chromosomu X. Polisomia chromosomów płci jest spowodowana kolejnymi nierozłączeniami w mejozie I i II .

Chromosom 7

W raku kolczystokomórkowym białko z genu receptora naskórkowego czynnika wzrostu (EGFR) często ulega nadekspresji w połączeniu z polisomią chromosomu 7 , więc chromosom 7 można wykorzystać do przewidywania obecności EGFR w raku płaskonabłonkowym. W raku jelita grubego ekspresja EGFR jest obniżona w wyniku polisomii 7, która ułatwia wykrycie polisomii 7 i może być stosowana do zapobiegania niepotrzebnemu leczeniu raka u pacjentów.

Chromosom 8

Tetrasomia i heksasomia 8 są rzadkie w porównaniu z trisomią 8, która jest najczęstszym objawem kariotypowym w ostrej białaczce szpikowej (AML) i zespołach mielodysplastycznych (MDS). AML MDS lub zaburzenia mieloproliferacyjne (MPD) o wysokiej częstości występowania chorób wtórnych i sześciu miesięcy, wskaźnik przeżycia są związane z polisomię 8 zespołu .

Chromosom 17

Nadekspresję genu HER2 / neu na chromosomie 17 i pewien rodzaj polisomii odnotowano w 8-68% raków piersi . Jeśli gen HER-2 / neu nie ulega amplifikacji w przypadku polisomii, białka mogą ulegać nadekspresji i mogą prowadzić do tumerogenezy . Polisomia 17 może utrudniać interpretację wyników testu HER2 u pacjentów z rakiem. Polisomia chromosomu 17 może nie występować, gdy centromer jest amplifikowany, więc później odkryto, że polisomia 17 jest rzadka. Zostało to odkryte za pomocą porównawczej hybrydyzacji genomowej macierzy , opartej na DNA alternatywy dla klinicznej oceny liczby kopii genu HER2 .

Trisomia 21

Trisomia 21 jest postacią zespołu Downa, która występuje, gdy występuje dodatkowa kopia chromosomu 21. Rezultatem jest stan genetyczny, w którym osoba ma 47 chromosomów zamiast zwykłych 46. Podczas rozwoju komórki jajowej lub plemnika 21. chromosom nie rozdziela się. podczas rozwoju komórki jajowej lub plemnika. Efektem końcowym jest komórka, która ma 24 chromosomy. Ten dodatkowy chromosom może powodować problemy z rozwojem ciała i mózgu.

Tetrasomia 9p

Tetrasomia 9p jest rzadkim stanem, w którym ludzie mają mały dodatkowy chromosom, który zawiera dwie kopie części chromosomu 9, oprócz dwóch normalnych chromosomów 9. Ten stan można zdiagnozować analizując próbkę krwi osoby, ponieważ 9p występuje w wysokich stężeniach we krwi. Ultradźwięki to kolejne narzędzie, które można wykorzystać do identyfikacji tetrasomii 9p u niemowląt przed urodzeniem. USG prenatalne może ujawnić kilka wspólnych cech, w tym: zahamowanie wzrostu, powiększenie komory, rozszczep wargi lub podniebienia oraz wady nerek.

Tetrasomia 18p

Tetrasomia 18p występuje, gdy krótkie ramię 18. chromosomu pojawia się cztery razy, a nie dwukrotnie, w komórkach ciała. Uważa się, że jest to rzadka choroba i zwykle nie jest dziedziczona. Wydaje się, że mechanizm tworzenia 18p jest wynikiem dwóch niezależnych zdarzeń: błędnego podziału centromerowego i nierozłączności. Charakterystyczne cechy tetrasomii 18p obejmują między innymi: opóźnienie wzrostu, skoliozę, nieprawidłowy rezonans magnetyczny mózgu, opóźnienia rozwojowe i zez.

W owadach

Polisomia linii zarodkowej u konika polnego

Linii zarodkowej komórki rozwijają się jaja i plemnika i związany dziedziczone materiał może być przekazywane następnym pokoleniom. Jak pokazano na powiązanym obrazie kariotypu , chromosomy 1–22 są zgrupowane w grupie AG. Populacja samców koników polnych ( Chorthippus binotatus ) z Sierra Nevada (Hiszpania) to mozaiki polisomiczne (pochodzące z komórek dwóch różnych genetycznie typów) posiadające dodatkowy chromosom grupy E (chromosomy 16, 17 i 18) w jądrach. Rodzice, u których wystąpiła polisomia, nie przekazali anomalii chromosomu E żadnemu z potomstwa , więc nie jest to coś, co jest przekazywane przyszłym pokoleniom . Samce koników polnych ( Atractomorpha similis ) z Australii niosą od jednej do dziesięciu dodatkowych kopii chromosomu A9, z których jedna jest najpowszechniejsza w naturalnych populacjach. Większość samców z polisomem wytwarza normalne plemniki . Jednak polisomia może być przenoszona zarówno przez rodziców płci męskiej, jak i żeńskiej, w wyniku nierozłączności .

Polisomia heterochromatyczna w świerszczu

Heterochromatyna zawiera niewielką liczbę genów i gęsto wybarwiające guzki w chromosomach lub wzdłuż chromosomów . Liczba chromosomów świerszcza kretowego waha się od 19 do 23 chromosomów w zależności od części świata, w której się znajdują, w tym w Jerozolimie , Palestynie i Europie . Heterochromiczna polisomia jest widoczna u świerszczy z 23 chromosomami i może być czynnikiem przyczyniającym się do ich ewolucji , szczególnie w obrębie gatunku Gryllotalpa gryllotalpa , wraz z różnymi środowiskami życia i systemami kojarzenia .

Polisomia chromosomu X u muszki owocówki

U muszki owocowej, Drosophila , jeden chromosom X u samca jest prawie taki sam, jak dwa chromosomy X u samicy pod względem wytwarzanego produktu genowego. Mimo to jest mało prawdopodobne, aby metafemale , czyli samice mające trzy chromosomy X, przeżyły. Jest możliwe, że dodatkowy chromosom X zmniejsza ekspresję genów i może wyjaśnić, dlaczego metafemale rzadko przeżywają tę polisomię chromosomu X.

W roślinach

Po zaobserwowaniu polisomii u roślin następuje rearanżacja kariotypu poszczególnych chromosomów. Mechanizm tego typu przegrupowania to „brak dysjunkcji, błędna segregacja w dyploidach lub poliploidach; błędna segregacja od multiwalentów w heterozygotach wymiany”. Przypadki polisomii zidentyfikowano u wielu gatunków roślin, w tym:

• Ornithogalum umbellatum L. ( Liliaceae )
• Iglaki
• Odmiana R570
• Brassica
• Eufrazja
• Paspalum dilatatum

W grzybach

Do tej pory zbadano niewiele grzybów , prawdopodobnie ze względu na małą liczbę chromosomów w grzybach, co określono metodą elektroforezy żelowej w pulsującym polu . Polisomię chromosomu 13 zaobserwowano w szczepach Flor drożdży z gatunku Saccharomyces cerevisiae . Chromosom 13 zawiera loci konkretniej ADH2 i ADH3 loci, które kodują izozymów z dehydrogenazy alkoholowej . Te izoenzymy odgrywają podstawową rolę w biologicznym starzeniu win poprzez utlenianie etanolu. Polisomia chromosomu 13 jest promowana, gdy następuje rozerwanie genu RNA1 drożdży sekwencjami LEU2.

Narzędzia diagnostyczne

Fluorescencyjna hybrydyzacja in situ

Fluorescencyjna hybrydyzacja in situ (FISH) to technika cytogenetyczna , która okazała się przydatna w diagnostyce pacjentów z polisomią. Konwencjonalna cytogenetyka i hybrydyzacja fluorescencyjna in situ (FISH) zostały wykorzystane do wykrycia różnych polisomii, w tym najczęstszych autosomii (trisomia 13, 18, 21), a także polisomii X i Y. Testowanie aneuploidii chromosomalnej z fluorescencyjną hybrydyzacją in situ może wzrosnąć czułość cytologii i poprawiają dokładność diagnostyki raka. Test na raka szyjki macicy , TERC, fluorescencyjny test hybrydyzacji in situ, wykrywa amplifikację genu składnika RNA ludzkiej telomerazy (TERC) i / lub polisomię chromosomu 3 .

Spektralne kariotypowanie

Spectral kariotyping (SKY) polega na badaniu całego kariotypu, używając znaczników fluorescencyjnych i przypisując określony kolor do każdego chromosomu. SKY jest zwykle wykonywane po wykryciu nieprawidłowego chromosomu za pomocą konwencjonalnych technik cytogennych. Analiza FISH jest następnie wykorzystywana do potwierdzenia tożsamości chromosomu.

Giemsa banding (kariotypowanie z prążkiem G)

Kariotypy są powszechnie analizowane przy użyciu prążków Giemsy ( kariotypowanie prążków G) ). Każdy chromosom wykazuje unikalne jasne i ciemne prążki po zdenaturowaniu trypsyną, a polisomie można wykryć, licząc zabarwione chromosomy. Należy przeanalizować kilka komórek, aby wykryć mozaicyzm .

Analiza mikromacierzy

Podmikroskopowe nieprawidłowości chromosomalne, które są zbyt małe, aby można je było wykryć innymi metodami kariotypowania, można zidentyfikować za pomocą analizy mikromacierzy chromosomalnych . Istnieje kilka technik mikromacierzy, które można wykorzystać podczas fazy diagnostyki prenatalnej, a obejmują one macierze SNP i porównawczą hybrydyzację genomową (CGH). CGH jest narzędziem diagnostycznym opartym na DNA, które zostało użyte do wykrycia polisomii 17 w raku piersi. CGH został po raz pierwszy użyty w 1992 roku przez Kallionemi w UC San Francisco. W połączeniu z wynikami badań ultrasonograficznych analiza mikromacierzy może być pomocna w diagnostyce klinicznej nieprawidłowości chromosomalnych.

Prenatalne testy diagnostyczne

Prenatalne i inne techniki diagnostyczne, takie jak ocena immunocytochemiczna (ICC), są zwykle po FISH lub reakcji łańcuchowej polimerazy w celu wykrycia aneuploidii chromosomalnych. Pobieranie krwi matczynej w celu wykrycia komórek płodowych, często stosowane do identyfikacji ryzyka trisomii 18 lub 21, stwarza mniejsze ryzyko w porównaniu z amniopunkcją i kosmówkami kosmówkowymi (CVS). Pobieranie próbek kosmków kosmówkowych wykorzystuje tkankę łożyska do dostarczenia informacji o statusie chromosomów płodu i jest stosowane od lat 70-tych XX wieku. Oprócz CVS, amniopunkcja może być stosowana do uzyskania kariotypu płodu poprzez badanie komórek płodowych w płynie owodniowym. Został wykonany po raz pierwszy w 1952 roku i stał się standardową praktyką w latach 70. Szanse na urodzenie dziecka z polisomią rosną wraz ze wzrostem wieku matki, dlatego bada się kobiety w ciąży powyżej 35 roku życia.

Analiza polimorfizmu długości fragmentów restrykcyjnych (RFLP)

RFLP można wykorzystać do określenia pochodzenia i mechanizmu związanego z polisomią X i innymi heteromorfizmami chromosomów lub chromosomami, które różnią się rozmiarem, kształtem lub właściwościami barwienia. Enzymy restrykcyjne tną DNA w określonym miejscu, a fragmenty DNA, które pozostają, nazywane są polimorfizmami długości fragmentów restrykcyjnych lub RFLP. RFLP pomaga również w identyfikacji genu Huntingtona (HTT), który jest predykcyjny dla autosomalnego zaburzenia o początku w wieku dorosłym zwanego chorobą Huntingtona (HD). Mutacje w chromosomie 4 można wizualizować, gdy RFLP jest stosowany w połączeniu z analizą Southern blot .

Cytometrii przepływowej

Hodowle ludzkich limfocytów można analizować za pomocą cytometrii przepływowej w celu oceny nieprawidłowości chromosomalnych, takich jak poliploidia, hipodiploidia i hiperdiploidia. Cytometry przepływowe mają zdolność analizowania tysięcy komórek na sekundę i są powszechnie używane do izolowania określonych populacji komórek.

Zobacz też

• Chromosom B.
• Duplikacja chromosomów
• Izochromosom
• Chromosom markerowy
• Poliploidia

Bibliografia

Dalsza lektura

1. Gardner, RJM, Grant R. Sutherland i Lisa G. Shaffer. Nieprawidłowości chromosomowe i poradnictwo genetyczne. 4th ed. Oxford: Oxford UP, 2012.
2. Miller, Orlando J. i Eeva Therman. Ludzkie chromosomy. Nowy Jork: Springer, 2001.
3. Schmid, M. i Indrajit Nanda. Chromosomes Today, tom 14. Dordrecht: Kluwer Academic, 2004.
4. Nussbaum, Robert L., Roderick R. McInnes, Huntington F. Willard, Ada Hamosh i Margaret W. Thompson. Thompson & Thompson Genetics in Medicine. 7th ed. Filadelfia: Saunders / Elsevier, 2007.