MONOZÓMY: CHARAKTERISTIKA A PRÍKLADY - BIOLÓGIE - 2025

Monosomie odkazujú na chromozomálne konštitúciu jednotlivcov s jednou chromozómu namiesto normálneho páru v diploidných organizmoch. To znamená, že ak existuje 23 párov chromozómov, existuje monozómia pre jeden z nich, ak je prítomný iba jeden z chromozómov. Jednotlivec s monozómiou bude v tomto prípade namiesto 46 vykazovať 45 chromozómov.

Monozómy môžu byť úplné alebo čiastočné. V prvom prípade chýba celý chromozóm. V druhom prípade delécia iba časti chromozómu určuje čiastočný nedostatok informácií o postihnutom chromozóme.

Karyotyp ženy s iba jedným chromozómom X namiesto dvoch. Nebol poskytnutý žiadny strojovo čitateľný autor. Predpokladaná mačka (na základe nárokov na autorské práva). , prostredníctvom Wikimedia Commons

Pretože monozómia postihuje iba jeden pár chromozómov diploidného druhu, považuje sa za aneuploidiu. Skutočné zmeny ploid alebo euploidie naopak ovplyvňujú úplný počet chromozómov, ktoré definujú druh.

Charakteristiky monozómov

Monozómy môžu ovplyvniť somatické chromozómy alebo pohlavné chromozómy. Jedinou monozómiou pohlavných chromozómov u ľudí je chromozóm X.

Tieto osoby sú ženy s XO a majú tzv. Turnerov syndróm. Neexistujú žiadne monozómy YO, pretože každá ľudská bytosť vyžaduje, aby existoval X chromozóm.

Ženy sú XX a muži XY. V prípade aneuplodie môžu byť ženy tiež XXX (trizómia X) alebo XO (monozómia X). Aneuploidní muži môžu byť XXY (Kleinefelterov syndróm) alebo XYY. Posledné dve sú tiež trizómiou.

Celkové autozomálne monozómy sú často fatálne, pretože vedú k závažným vývojovým defektom. Ďalej sa môže prejaviť akákoľvek (a všetky) mutácie, pretože jedinec bude hemizygózny pre všetky gény solitárneho chromozómu.

Aneuploidné organizmy všeobecne vznikajú fúziou gamét, z ktorých jedna má numerickú chromozomálnu aberáciu. Aneuploidie môžu tiež vznikať zo somatického tkaniva a zdá sa, že zohrávajú dôležitú úlohu pri výskyte a vývoji určitých druhov rakoviny.

Čiastočná monozómia chromozómu 5 u ľudí: syndróm plačacej mačky

Čiastočná (alebo celková) delécia chromozómu 5 v krátkom ramene je príčinou takzvaného syndrómu cri-du-chat. Je známy aj ako syndróm Lejeune, na počesť svojho objaviteľa, francúzskeho výskumníka Jèrôme Lejeune. Vo francúzštine znamená cri-du-chat „plačúcu mačku“.

80% gamét, v ktorých sa vyskytuje delécia, ktorá charakterizuje tento syndróm, je otcovského pôvodu. Väčšina delécií je spontánna a vyskytujú sa de novo počas gametogenézy. V menšinových prípadoch aberantná gameta vzniká z iných typov udalostí, ako sú translokácie alebo nerovnaké chromozomálne segregácie.

Charakteristiky choroby

Kvôli problémom s hrtanom a nervovým systémom odvodeným od stavu postihnuté deti plačú podobne ako malé mačky. Tento typ plaču zmizne, keď je dieťa trochu staršie.

Na fyzickej úrovni môžu mať hlavu, malé čeľuste a veľa slintajú. Najdôležitejšie fyzické príznaky tohto syndrómu však nie sú voľným okom viditeľné. Ide o mozgovú hypopláziu, vrodenú poruchu morfogenézy mozgu.

Po zvyšok svojho života budú mať postihnuté osoby problémy s kŕmením (problémy s saním a prehĺtaním), priberaním na váhe a rastom. Budú mať tiež výraznú motorickú, intelektuálnu a rečovú retardáciu.

Na úrovni správania ľudia s týmto syndrómom zvyčajne vykazujú niektoré poruchy, ktoré zahŕňajú hyperaktivitu, agresivitu a „výbuchy“. Majú tiež tendenciu sa opakovať. Vo veľmi zriedkavých prípadoch môže jedinec prejaviť normálny vzhľad a správanie, s výnimkou ťažkostí s učením.

Liečba choroby

Postihnuté osoby si vyžadujú stálu lekársku starostlivosť, najmä pri terapiách súvisiacich s motorickým a rečovým postihnutím. Ak sa vyskytnú problémy so srdcom, bude pravdepodobne potrebná operácia.

Niektoré gény, ktoré prispievajú k prejavu choroby

Gény v chýbajúcom fragmente, vrátane celého krátkeho ramena chromozómu 5, sú v hemizygóznom stave. To znamená, že iba v jednej kópii z druhého úplného chromozómu páru.

Genetická skladba tohto chromozómu bude preto určovať niektoré z príčin choroby. Niektoré môžu byť vysvetlené nedostatočnou expresiou mutovaného génu. Iné naopak, kvôli účinku dávkovania génov, odvodeného od existencie jedinej kópie génu namiesto dvoch.

Niektoré z génov, ktoré prispievajú k rozvoju choroby pomocou genetického dávkovania, zahŕňajú TERT (na urýchlenie skracovania telomérov). Ľudia postihnutí syndrómom majú nedostatky v udržiavaní telomery. Skracovanie telomérov je spojené s výskytom rôznych chorôb a predčasným starnutím.

Na druhej strane gén SEMA5A v hemizygóznom stave preruší normálny vývoj mozgu u jedincov s deléciami na chromozóme 5. Zdá sa, že hemizygálny stav génu MARCH6 vysvetľuje charakteristický výkrik osôb postihnutých trizómiou.

Celková monozómia chromozómu X: Turnerov syndróm (45, X)

Autozomálne monozómy sú spravidla smrtiace. Zaujímavé však je, že X chromozómová monozómia nie je, pretože veľa embryí XO dokáže prežiť.

Zdá sa, že dôvod spočíva v úlohe chromozómu X pri sexuálnom určovaní cicavcov. Pretože samice tohto druhu sú XX a muži XY, je to nevyhnutný chromozóm. Chromozóm Y je nevyhnutný iba na sexuálne určovanie samcov, nie na ich prežitie.

Chrómóm X nesie takmer 10% genetickej informácie u ľudí. Ich prítomnosť samozrejme nie je alternatívou; je to povinné. Okrem toho je vždy čiastočne prítomný. To znamená, že u mužov existuje iba jedna kópia X.

Ale aj u žien funkčne. Podľa Lyonovej hypotézy (už potvrdenej) sa u žien exprimuje iba jeden z chromozómov X. Druhý je deaktivovaný genetickými a epigenetickými mechanizmami.

V tomto zmysle sú všetky cicavce, samce i samice, hemizygické aj pre ženy X. XO, ale v inom stave, bez problémov.

Prehľad syndrómu

Neexistuje dokázaná príčina syndrómu u 45 žien s karyotypom X. Turnerov syndróm postihuje 1 z 2 500 žijúcich žien.

Preto je to zriedkavá aneuploidia pri porovnaní napríklad s XXY alebo XXX trizómiou. Vo všeobecnosti nie sú tehotenstva XO životaschopné. Odhaduje sa, že 99% tehotenstiev XO končí potratom.

Súvisiace fyzikálne a somatické vlastnosti

Charakteristickým znakom Turnerovho syndrómu je krátka postava. Samice XO sú pri narodení malé, nezažívajú explozívny rast spojený s pubertou a ako dospelí dosahujú výšku maximálne 144 cm.

Medzi ďalšie somatické rysy spojené so syndrómom patrí vrodené srdcové ochorenie, ako aj abnormality obličiek. Ženy postihnuté Turnerovým syndrómom majú zvýšené riziko zápalu stredného ucha, hypertenzie, cukrovky, porúch štítnej žľazy a obezity.

Duševný rozvoj a zručnosti

IQ žien XO je rovnocenné s IQ ich rovesníkov XX. Je však možné, že deficity možno pozorovať v priestorovej orientácii, pri písaní rukou a pri riešení matematických problémov. Nepredstavujú problémy napríklad v aritmetických výpočtoch, ale v počítaní.

Reč je normálna, ale problémy sa môžu vyskytnúť aj pri liečbe zápalu stredného ucha. Predpokladá sa, že mnohé z týchto nedostatkov sú výsledkom zníženej produkcie estrogénu. Motorické zručnosti môžu tiež vykazovať určité oneskorenie.

Liečba symptómov syndrómu

Pokiaľ ide o krátku postavu, ženy s Turnerovým syndrómom môžu dostať injekcie s rekombinantným rastovým hormónom počas detstva. Môžu očakávať, že dosiahnu výšku najmenej 150 cm.

Hormonálna substitučná terapia by sa mala začať vo veku 12 až 15 rokov, aby sa zabezpečil správny prechod na dospievanie a dospelosť. Táto terapia sa vo väčšine prípadov musí predĺžiť, aby sa zabránilo predčasnému koronárnemu ochoreniu srdca a osteoporóze.

Po zvyšok stavu sú lekárske poradenstvo a následné opatrenia nevyhnutné počas vývoja a dospelosti žien s XO. Poradenstvo je tiež dôležité, pretože fyzické nedostatky môžu ovplyvniť váš emocionálny vývoj.

Monozómy v iných organizmoch

Monosomie prvýkrát objavila a nahlásila Barbara McClintocková v roku 1929 z jej práce na kukurici. Rovnako ako v kukurici, monozómy v iných diploidných rastlinách majú väčší účinok ako v polyploidných rastlinách.

Bárbara MClintock v roku 1947. Smithsonian Institution / Science Service; Obnovil Adam Cuerden prostredníctvom Wikimedia Commons.

Strata chromozómu páru v diploidnej rastline spôsobuje genetickú nerovnováhu, ktorá následne mení hladiny enzýmov. Takto môžu byť ovplyvnené všetky metabolické dráhy, na ktorých sa zúčastňujú.

V dôsledku toho sa menia normálne fenotypy jednotlivca. Na druhej strane monosomiká sa ľahko študujú, pretože ich hemizygózny stav uľahčuje genetickú analýzu mutantov.

Tieto rastliny sú veľmi užitočné v základnej vede, napríklad na štúdium udalostí meiózy a segregácie chromozómov. Bolo napríklad pozorované, že nie všetky chromozómy v rôznych monozómoch sa správajú rovnako.

To všetko bude závisieť od existencie homológnych oblastí v chromozómoch, ktoré nemusia byť nevyhnutne oblasti správneho páru. V aplikovanej vede je ľahšie manipulovať s konkrétnou monozomálnou rastlinou ako s nevoľnosťou. Potom môžete prejsť na konvenčné kríže a vytvoriť nové odrody (bez monozómie).

Referencie

1. Alberts, B., Johnson, AD, Lewis, J., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. (2014) Molecular Biology of Cell (6. vydanie). WW Norton & Company, New York, NY, USA.
2. Álvarez-Nava, F., Lanes, R. (2018) Epigenetics in Turnerov syndróm. Clinical Epigenetics, 10. doi: 10.1186 / s13148-018-0477-0
3. Demaliaj, E., Cerekja, A., Piazze, J. (2012) Kapitola 7: Aneuploidie pohlavných chromozómov. In: Storchova, Z. (ed.), Aneuploidia v zdraví a chorobe. InTech, Rijeka, Chorvátsko. ISBN: 978-953-51-0608-1.
4. Nguyen, JM, Qualmann, KJ, Okashah, R., Reilly, A., Alexejev, MF, Campbell, DJ (2015) Vymazanie 5p: súčasné znalosti a budúce smery. American Journal of Medical Genetics, časť C: Semináre Medical Genetics, 169: 224-238.
5. Goodenough, UW (1984) Genetics. WB Saunders Co. Ltd, Philadelphia, PA, USA.
6. Griffiths, AJF, Wessler, R., Carroll, SB, Doebley, J. (2015). Úvod do genetickej analýzy (11. vydanie). New York: WH Freeman, New York, NY, USA.
7. Yadav, MC, 1,2 ∗, Sachan, JKS, Sarkar, KR (2009) Monosomická analýza odhaľuje duplicitné chromozomálne segmenty v genóme kukurice. Journal of Genetics, 88: 331-335.