CHROMOSOMOVÁ DUPLIKACE: VLASTNOSTI A PŘÍKLADY - BIOLOGIE - 2025

Chromosomální duplikace popisuje zlomek DNA, která se objeví dvakrát jako produkt genetické rekombinace. Chromozomální duplikace, genová duplikace nebo amplifikace je jedním ze zdrojů generování variability a vývoje živých bytostí.

Chromozomální duplikace je druh mutace, protože zahrnuje změnu v normální sekvenci DNA v chromozomální oblasti. Mezi další mutace na chromozomální úrovni patří chromozomální inzerce, inverze, translokace a delece.

Chromozomální nebo chromozomální duplikace. S laskavým svolením: Národní institut pro výzkum lidského genomu, prostřednictvím Wikimedia Commons

Chromozomální duplikace se mohou vyskytovat na stejném zdrojovém místě jako duplikovaný fragment. Toto jsou šarže duplikace. Šarže duplikátů mohou být dvou typů: přímé nebo obrácené.

Přímé duplikáty jsou ty, které opakují jak informaci, tak orientaci opakovaného fragmentu. V dávkových invertovaných duplikátech se informace opakuje, ale fragmenty jsou orientovány v opačných směrech.

V jiných případech může dojít k duplicitě chromozomů na jiném místě nebo dokonce na jiném chromozomu. Tím se vytvoří ektopická kopie sekvence, která může fungovat jako substrát pro křížení a být zdrojem aberantních rekombinací. V závislosti na velikosti mohou být duplikáty makro- nebo mikro-duplikáty.

Evolučně řečeno, duplikace vytvářejí variabilitu a změnu. Na individuální úrovni však mohou chromozomální duplikace vést k vážným zdravotním problémům.

Mechanismus chromozomálních duplikací

K duplikacím dochází nejčastěji v oblastech DNA, které mají opakující se sekvence. Jsou to substráty rekombinačních událostí, i když se vyskytují mezi regiony, které nejsou zcela homologní.

Tyto rekombinace jsou považovány za nelegitimní. Mechanicky závisí na sekvenční podobnosti, ale geneticky je lze provést mezi nehomologními chromozomy.

V lidské bytosti máme několik typů opakujících se sekvencí. Mezi vysoce se opakující patří tzv. Satelitní DNA, omezená na centromery (a některé heterochromatické oblasti).

Mezi další, mírně se opakující, patří například šarže opakující tento kód pro ribozomální RNA. Tyto opakované nebo duplikované oblasti jsou umístěny na velmi specifických místech zvaných organizační oblasti nukleolů (NOR).

NOR, u lidí, se nachází v subtelomerických oblastech pěti různých chromozomů. Každý NOR je tvořen stovkami až tisíci kopiemi stejné kódovací oblasti v různých organismech.

Ale máme také další opakující se oblasti rozptýlené po celém genomu, s různým složením a velikostmi. Všichni se mohou rekombinovat a způsobit duplikování. Ve skutečnosti je mnoho z nich produktem jejich vlastní duplikace, in situ nebo mimoděložní. Patří sem mimo jiné minisatelit a mikrosatelit.

Chromozomální duplikace mohou také vznikat, vzácněji, spojením nehomologních konců. Jedná se o nehomologní rekombinační mechanismus, který je pozorován v některých případech opravy dvojitého pruhu DNA.

Chromozomální duplikace ve vývoji genů

Když je gen duplikován na stejném místě nebo dokonce na jiném, vytvoří lokus se sekvencí a významem. To je smysluplná sekvence. Zůstane-li tak, bude to duplicitní gen jeho původního genu.

Nemusí však podléhat stejnému selektivnímu tlaku jako původní gen a může mutovat. Součet těchto změn může někdy vést ke vzniku nové funkce. Gen už bude také novým genem.

Například zdvojení lokusu rodového globinu vedlo v evoluci ke vzniku rodiny globinu. Následné translokace a následné duplikace způsobily, že rodina rostla s novými členy, kteří plní stejnou funkci, ale jsou vhodné pro různé podmínky.

Globinová rodina genů. Yuhrt, Via Wikimedia Commons.

Chromozomální duplikace ve vývoji druhů

V organismu vede zdvojení genu ke vzniku kopie zvané paralogový gen. Dobře studovaným případem jsou případy globinových genů zmíněných výše. Jedním z nejznámějších globinů je hemoglobin.

Je velmi obtížné si představit, že je duplikována pouze kódující oblast genu. Proto je každý paralogový gen spojen s paralogovou oblastí v organismu, který podléhá duplicitě.

V průběhu evoluce hrály chromozomální duplikace důležitou roli různými způsoby. Na jedné straně duplikují informace, které mohou vést k novým funkcím změnou genů s předchozí funkcí.

Na druhé straně umístění duplikace do jiného genomického kontextu (například jiného chromozomu) může generovat paralog s odlišnou regulací. Jinými slovy, může generovat větší adaptační kapacitu.

Konečně, oblasti výměny jsou také vytvořeny rekombinací, která vede k velkým genomickým změnám. To by pak mohlo představovat původ speciačních událostí v konkrétních makroevolučních liniích.

Problémy, které mikroduplikace mohou u jednotlivce způsobit

Pokroky v technologiích sekvenování příští generace, jakož i barvení a hybridizace chromozomů nám nyní umožňují vidět nové asociace. Tyto asociace zahrnují projevy některých nemocí v důsledku získání (duplikace) nebo ztráty (vymazání) genetické informace.

Genetické duplikace jsou spojeny se změnou v dávkování genů a aberantními přechody. V každém případě vedou k nerovnováze genetické informace, která se někdy projevuje jako nemoc nebo syndrom.

Například syndrom Charcot-Marie-Tooth typu 1A je spojen s mikroduplikací oblasti, která obsahuje gen PMP22. Syndrom je znám také pod názvem dědičná smyslová a motorická neuropatie.

K těmto změnám jsou náchylné chromozomální fragmenty. Ve skutečnosti oblast 22q11 nese četné opakování s nízkým počtem kopií specifických pro tuto část genomu.

To znamená, že z oblasti pásma 11 dlouhého ramene chromozomu 22. Tyto duplikace jsou spojeny s četnými genetickými poruchami, včetně mentální retardace, očních malformací, mikrocefálie atd.

V případě rozsáhlejších duplikací se mohou objevit parciální trizomie se škodlivými účinky na zdraví organismu.

Reference

1. Cordovez, JA, Capasso, J., Lingao, MD, Sadagopan, KA, Spaeth, GL, Wasserman, BN, Levin, AV (2014) Oční projevy mikroduplikace 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 genetické analýzy (11. vydání). New York: WH Freeman, New York, NY, USA.
4. Hardison, RC (2012) Evoluce hemoglobinu a jeho genů. Perspektivy Cold Spring Harbor v medicíně 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) Microdeletion and microduplication syndromes. Journal of Histochemistry & Cytochemistry 60, doi: 10.1369 / 0022155412440001