DUPLIKÁCIA CHROMOZÓMOV: CHARAKTERISTIKY A PRÍKLADY - BIOLÓGIE - 2026

Chromozomálne duplikácia opisuje zlomok DNA, ktorá sa objaví dvakrát ako produkt genetickej rekombinácie. Chromozomálna duplikácia, génová duplikácia alebo amplifikácia je jedným zo zdrojov generovania variability a vývoja živých bytostí.

Chromozomálna duplikácia je typom mutácie, pretože zahŕňa zmenu normálnej sekvencie DNA v chromozomálnej oblasti. Medzi ďalšie mutácie na chromozomálnej úrovni patria chromozomálne inzercie, inverzie, translokácie a delécie.

Chromozomálna alebo chromozomálna duplikácia. S láskavým dovolením: Národný inštitút pre výskum ľudského genómu, prostredníctvom Wikimedia Commons

Chromozomálne duplikácie sa môžu vyskytovať na rovnakom mieste zdroja ako duplikovaný fragment. Toto sú šaržové duplikácie. Šarže duplikátov môžu byť dvoch typov: priame alebo obrátené.

Priame duplikáty sú tie, ktoré opakujú informácie aj orientáciu opakovaného fragmentu. V dávkových invertovaných duplikátoch sú informácie opakované, ale fragmenty sú orientované opačným smerom.

V iných prípadoch môže dôjsť k duplikácii chromozómov na inom mieste alebo dokonca na inom chromozóme. Takto sa vytvorí ektopická kópia sekvencie, ktorá môže fungovať ako substrát pre kríženie a byť zdrojom aberantných rekombinácií. V závislosti od veľkosti môžu byť duplikáciami makro alebo mikro-duplikácie.

Evolučne povedané, duplikácie vytvárajú variabilitu a zmenu. Na individuálnej úrovni však môžu chromozomálne duplikácie viesť k vážnym zdravotným problémom.

Mechanizmus chromozomálnych duplikácií

K duplikáciám dochádza najčastejšie v oblastiach DNA, ktoré majú opakujúce sa sekvencie. Toto sú substráty rekombinačných udalostí, aj keď sa vyskytujú medzi oblasťami, ktoré nie sú úplne homológne.

Tieto rekombinácie sa považujú za nezákonné. Mechanicky závisia od podobnosti sekvencií, ale geneticky sa môžu uskutočňovať medzi nehomologickými chromozómami.

V ľudskej bytosti máme niekoľko typov opakujúcich sa sekvencií. Medzi vysoko opakujúce sa oblasti patrí takzvaná satelitná DNA obmedzená na centroméry (a niektoré heterochromatické oblasti).

Medzi ďalšie, mierne sa opakujúce, patrí napríklad opakovanie šarže, ktoré kódujú ribozomálne RNA. Tieto opakované alebo duplikované oblasti sú lokalizované vo veľmi špecifických miestach zvaných organizujúce oblasti jadier (NOR).

NOR sa u ľudí nachádza v subtelomerických oblastiach piatich rôznych chromozómov. Každý NOR je tvorený stovkami až tisíckami kópií tej istej kódujúcej oblasti v rôznych organizmoch.

Máme však aj ďalšie opakujúce sa oblasti rozptýlené po celom genóme, s rôznym zložením a veľkosťami. Všetci sa môžu rekombinovať a spôsobiť duplikácie. Mnohé z nich sú vlastne produktom ich vlastnej duplikácie, in situ alebo ektopickej. Patria sem okrem iného minisatelity a mikrosatelity.

Chromozomálne duplikácie môžu tiež vzniknúť zriedkavejšie spojením nehomologických koncov. Toto je nehomologický rekombinantný mechanizmus, ktorý je pozorovaný v niektorých prípadoch opravy dvojitého prerušenia DNA.

Chromozomálne duplikácie pri vývoji génov

Ak je gén duplikovaný na rovnakom mieste alebo dokonca na inom, vytvára miesto so sekvenciou a významom. To je zmysluplná sekvencia. Ak to tak zostane, bude to duplikát génu a pôvodného génu.

Nemusí však byť vystavený rovnakému selektívnemu tlaku ako pôvodný gén a môže mutovať. Súčet týchto zmien môže niekedy viesť k vzniku novej funkcie. Teraz bude tento gén tiež novým génom.

Napríklad duplikácia pôvodného miesta globínu viedla k evolúcii k vzniku rodiny globínu. Následné translokácie a následné duplikácie spôsobili, že rodina rástla s novými členmi vykonávajúcimi rovnakú funkciu, ale vhodnými pre rôzne podmienky.

Globínová rodina génov. Yuhrt, Via Wikimedia Commons.

Chromozomálne duplikácie pri vývoji druhov

V organizme vedie duplikácia génu k vytvoreniu kópie nazývanej paralogový gén. Dobre študovaným prípadom je prípad globinových génov uvedených vyššie. Jedným z najznámejších globínov je hemoglobín.

Je veľmi ťažké si predstaviť, že je duplikovaná iba kódujúca oblasť génu. Preto je každý paralogový gén asociovaný s paralogovou oblasťou v organizme, ktorý prechádza duplikáciou.

V priebehu vývoja zohrávali duplikáty chromozómov dôležitú úlohu rôznymi spôsobmi. Na jednej strane duplikujú informácie, ktoré môžu viesť k novým funkciám zmenou génov s predchádzajúcou funkciou.

Na druhej strane, umiestnenie duplikácie do iného genomického kontextu (napríklad iného chromozómu) môže generovať paralog s odlišnou reguláciou. Inými slovami, môže generovať väčšiu adaptívnu kapacitu.

Nakoniec sa výmenné oblasti vytvárajú tiež rekombináciou, ktorá vedie k veľkým genómovým preskupeniam. To by mohlo predstavovať pôvod špekulatívnych udalostí v konkrétnych makroevolučných líniách.

Problémy, ktoré môžu spôsobiť mikroduplikácie u jednotlivca

Pokroky v technológiách budúcej generácie, ako aj chromozómové farbenie a hybridizácia nám teraz umožňujú vidieť nové asociácie. Tieto asociácie zahŕňajú prejav určitých chorôb v dôsledku získania (duplikácie) alebo straty (vymazania) genetických informácií.

Genetické duplikácie sú spojené so zmenou v dávkovaní génov a aberantnými prechodmi. V každom prípade vedú k nerovnováhe genetických informácií, ktorá sa niekedy prejavuje ako choroba alebo syndróm.

Napríklad syndróm Charcot-Marie-Tooth typu 1A je spojený s mikroduplikáciou oblasti, ktorá obsahuje gén PMP22. Tento syndróm je známy aj pod menom dedičné senzorické a motorické neuropatie.

Tieto zmeny sú náchylné k chromozomálnym fragmentom. V skutočnosti oblasť 22q11 nesie početné opakovania s nízkym počtom kópií špecifické pre túto časť genómu.

To znamená z oblasti pásu 11 dlhého ramena chromozómu 22. Tieto duplikácie sú spojené s mnohými genetickými poruchami, vrátane mentálnej retardácie, očných malformácií, mikrocefálie atď.

V prípade rozsiahlejších duplikácií sa môžu vyskytnúť parciálne trizómy, ktoré majú škodlivé účinky na zdravie organizmu.

Referencie

1. Cordovez, JA, Capasso, J., Lingao, MD, Sadagopan, KA, Spaeth, GL, Wasserman, BN, Levin, AV (2014) Očné prejavy mikroduplikácie 22q11,2. Oftalmology, 121: 392-398.
2. Goodenough, UW (1984) Genetics. WB Saunders Co. Ltd, Philadelphia, PA, USA.
3. Griffiths, AJF, Wessler, R., Carroll, SB, Doebley, J. (2015). Úvod do genetickej analýzy (11. vydanie). New York: WH Freeman, New York, NY, USA.
4. Hardison, RC (2012) Vývoj hemoglobínu a jeho génov. Perspektívy Cold Spring Harbor v medicíne 12, doi: 10.1101 / cshperspect.a011627
5. Weise, A., Mrasek, K., Klein, E., Mulatinho, M., Llerena ml., JC, Hardekopf, D., Pekova, S., Bhatt, S., Kosyakova, N., Liehr, T. (2012) Mikrodeletárne a mikroduplikačné syndrómy. Journal of Histochemistry & Cytochemistry 60, doi: 10.1369 / 0022155412440001