🧩

Χρωμοσωμικές ανωμαλίες

Τεύχος Β΄ · Κεφ. 6 · Αριθμητικές (μη διαχωρισμός, Down, Turner, Klinefelter) και δομικές ανωμαλίες

Πώς ένα λάθος στο «μοίρασμα» δίνει 47 χρωμοσώματα;

Στη μείωση κάθε ζεύγος ομολόγων πρέπει να χωριστεί, ώστε κάθε γαμέτης να πάρει ακριβώς ένα από κάθε ζεύγος. Αν ένα ζεύγος δεν χωριστεί, ο ένας γαμέτης παίρνει ένα χρωμόσωμα παραπάνω και ο άλλος ένα λιγότερο. Ένα επιπλέον αντίγραφο του μικρού χρωμοσώματος 21 αρκεί για το σύνδρομο Down.

Αριθμητικές χρωμοσωμικές ανωμαλίες

Οφείλονται κυρίως σε μη διαχωρισμό: κατά τη μείωση ένα ζεύγος ομολόγων (στη μείωση Ι) ή δύο αδελφές χρωματίδες (στη μείωση ΙΙ) δεν αποχωρίζονται. Προκύπτουν γαμέτες με ένα χρωμόσωμα παραπάνω ( $n+1$ ) ή ένα λιγότερο ( $n-1$ ). Με γονιμοποίηση από φυσιολογικό γαμέτη δημιουργείται ζυγωτό με τρισωμία ( $2n+1$ ) ή μονοσωμία ( $2n-1$ ). Οι καταστάσεις αυτές λέγονται ανευπλοειδίες.

Μη διαχωρισμός στη μείωση Ι: και οι τέσσερις γαμέτες είναι μη φυσιολογικοί (δύο $n+1$ , δύο $n-1$ ).
Μη διαχωρισμός στη μείωση ΙΙ (σε ένα από τα δύο κύτταρα): δύο γαμέτες φυσιολογικοί, ένας $n+1$ , ένας $n-1$ .

Στα φυτά είναι συχνή και η πολυπλοειδία (π.χ. $3n$ , $4n$ ), δηλαδή πολλαπλασιασμός ολόκληρων σειρών χρωμοσωμάτων.

Γνωστά σύνδρομα

Σύνδρομο Down: τρισωμία 21 — 47 χρωμοσώματα. Χαρακτηριστικά: νοητική καθυστέρηση, χαρακτηριστικά του προσώπου, συχνά καρδιοπάθειες. Η συχνότητά του αυξάνεται με την ηλικία της μητέρας. Μικρό ποσοστό περιπτώσεων οφείλεται σε μετατόπιση του χρωμοσώματος 21.
Σύνδρομο Klinefelter: XXY (47 χρωμοσώματα) — άτομα ανδρικού φύλου, στείρα, συχνά ψηλόσωμα.
Σύνδρομο Turner: X0 (45 χρωμοσώματα) — άτομα γυναικείου φύλου, με κοντό ανάστημα και συνήθως στείρα. Είναι η μόνη μονοσωμία που είναι συμβατή με τη ζωή στον άνθρωπο.

Τα σύνδρομα Klinefelter και Turner δείχνουν ότι στον άνθρωπο το χρωμόσωμα Y καθορίζει το ανδρικό φύλο: με Y το άτομο είναι άνδρας, ανεξάρτητα από τον αριθμό των X.

Κόλπο μνήμης

Για το φύλο μετράει μόνο το Y: όποιος έχει Y είναι άνδρας, όποιος δεν έχει είναι γυναίκα — όσα X κι αν έχει. Άρα XXY (Klinefelter, 47) = άνδρας και X0 (Turner, 45) = γυναίκα.

Γρήγορος έλεγχος

Ένα άτομο με καρυότυπο 47,XXY είναι:

Ήξερες ότι;

Η αιτία του συνδρόμου Down, η τρισωμία 21, βρέθηκε το 1959 από την ομάδα του Jérôme Lejeune στο Παρίσι. Ήταν η πρώτη φορά που μια ασθένεια συνδέθηκε με αριθμητική χρωμοσωμική ανωμαλία — μόλις τρία χρόνια αφού είχε μετρηθεί σωστά ότι ο άνθρωπος έχει 46 χρωμοσώματα.

Δομικές χρωμοσωμικές ανωμαλίες

Αλλάζουν τη μορφολογία των χρωμοσωμάτων. Προκαλούνται από θραύσεις χρωμοσωμάτων και λανθασμένη επανασύνδεση (π.χ. μετά από ακτινοβολία):

Έλλειψη: χάνεται ένα τμήμα. Π.χ. το σύνδρομο cri-du-chat («κλάμα της γάτας»), από έλλειψη τμήματος του χρωμοσώματος 5.
Διπλασιασμός: ένα τμήμα υπάρχει δύο φορές.
Αναστροφή: ένα τμήμα αποκόπτεται και επανασυνδέεται ανεστραμμένο (180°) στο ίδιο χρωμόσωμα.
Μετατόπιση: τμήμα μεταφέρεται σε μη ομόλογο χρωμόσωμα· στην αμοιβαία μετατόπιση δύο μη ομόλογα χρωμοσώματα ανταλλάσσουν τμήματα. Π.χ. το χρωμόσωμα Φιλαδέλφεια (αμοιβαία μετατόπιση μεταξύ 9 και 22) στη χρόνια μυελογενή λευχαιμία.

Φορείς ισοζυγισμένης μετατόπισης ή αναστροφής έχουν συνήθως φυσιολογικό φαινότυπο (δεν χάνεται γενετικό υλικό), αλλά μπορούν να δώσουν γαμέτες με έλλειμμα ή περίσσεια.

Οι χρωμοσωμικές ανωμαλίες ανιχνεύονται με καρυότυπο.

$\text{Μη διαχωρισμός μείωσης Ι:} 2\,(n+1) + 2\,(n-1) \qquad \text{μείωσης ΙΙ:} 2\,n + 1\,(n+1) + 1\,(n-1)$

Μέθοδος: ασκήσεις μη διαχωρισμού

Γράψε τον φυσιολογικό γαμέτη: $n = 23$ (22 αυτοσωμικά + X ή Y).
Βρες σε ποιον γονέα και σε ποια μειωτική διαίρεση έγινε ο μη διαχωρισμός, με βάση τα φυλετικά χρωμοσώματα ή τα αλληλόμορφα του παιδιού.
Μείωση Ι: ο γαμέτης $n+1$ περιέχει δύο διαφορετικά ομόλογα (π.χ. $X^AX^a$ ή X και Y).
Μείωση ΙΙ: ο γαμέτης $n+1$ περιέχει δύο αντίγραφα του ίδιου χρωμοσώματος (π.χ. $X^aX^a$ ή YY).
Ζυγωτό $=$ γαμέτης πατέρα $+$ γαμέτης μητέρας.

Παράδειγμα 1: Πόσα χρωμοσώματα έχουν τα σωματικά κύτταρα ατόμου με σύνδρομο Down, Turner και Klinefelter;

Λύση: Down (τρισωμία 21): 47. Turner (X0): 45. Klinefelter (XXY): 47.

Παράδειγμα 2: Κατά τη μείωση Ι σε ένα σπερματοκύτταρο δεν διαχωρίζονται τα X και Y. Τι γαμέτες προκύπτουν και τι ζυγωτά δίνουν με φυσιολογικό ωάριο (X);

Λύση: Προκύπτουν δύο σπερματοζωάρια με XY (24 χρωμοσώματα) και δύο χωρίς φυλετικό χρωμόσωμα (22). Με ωάριο X: XY + X → XXY (Klinefelter)· 0 + X → X0 (Turner).

Θέμα τύπου Πανελλαδικών: Μητέρα φορέας αιμορροφιλίας ( $X^AX^a$ ) και φυσιολογικός πατέρας ( $X^AY$ ) αποκτούν αγόρι με σύνδρομο Klinefelter που πάσχει από αιμορροφιλία.

(α) Ποιος είναι ο γονότυπος του αγοριού; (β) Σε ποιον γονέα και σε ποια μειωτική διαίρεση έγινε ο μη διαχωρισμός;

Λύση:

(α) Klinefelter = XXY. Για να πάσχει από φυλοσύνδετη υπολειπόμενη ασθένεια με δύο X, πρέπει και τα δύο να φέρουν το $a$ : $X^aX^aY$ .

(β) Ο πατέρας δεν έχει $X^a$ , άρα έδωσε το Y (φυσιολογικό σπερματοζωάριο). Τα δύο $X^a$ προήλθαν από τη μητέρα, που έχει μόνο ένα $X^a$ . Άρα στο ωάριο βρέθηκαν δύο αντίγραφα του ίδιου χρωμοσώματος $X^a$ , δηλαδή οι αδελφές χρωματίδες δεν αποχωρίστηκαν: μη διαχωρισμός στη μείωση ΙΙ της μητέρας. (Μη διαχωρισμός στη μείωση Ι θα έδινε ωάριο $X^AX^a$ και παιδί μη αιμορροφιλικό.)

Γρήγορος έλεγχος

Μη διαχωρισμός ενός ζεύγους ομολόγων στη μείωση Ι δίνει:

Γρήγορος έλεγχος

Ποια δομική ανωμαλία αλλάζει τη θέση τμήματος σε μη ομόλογο χρωμόσωμα;

Πρόκληση

(α) Μητέρα φορέας αχρωματοψίας ( $X^AX^a$ ) και φυσιολογικός πατέρας ( $X^AY$ ) αποκτούν κόρη με σύνδρομο Turner που πάσχει από αχρωματοψία. Σε ποιον γονέα έγινε ο μη διαχωρισμός; (β) Πατέρας με αχρωματοψία ( $X^aY$ ) και μητέρα ομόζυγη φυσιολογική ( $X^AX^A$ ) αποκτούν γιο με σύνδρομο Klinefelter με φυσιολογική όραση. Μπορείς να βρεις σε ποιον γονέα έγινε ο μη διαχωρισμός;

Δοκίμασε πρώτα μόνος σου — μετά δες τη λύση

(α) Η κόρη είναι $X^a0$ : έχει ένα μόνο X, και αφού πάσχει, αυτό είναι το $X^a$ . Ο πατέρας έχει μόνο $X^A$ , άρα το $X^a$ ήρθε από τη μητέρα, με φυσιολογικό ωάριο. Ο πατέρας έδωσε σπερματοζωάριο χωρίς φυλετικό χρωμόσωμα → ο μη διαχωρισμός έγινε στον πατέρα (στη μείωση Ι ή στη μείωση ΙΙ — δεν μπορούμε να ξεχωρίσουμε).

(β) Όχι. Υπάρχουν δύο εξηγήσεις που δίνουν ακριβώς τον ίδιο φαινότυπο:

Μη διαχωρισμός στη μητέρα: ωάριο $X^AX^A$ + σπερματοζωάριο Y → $X^AX^AY$ , φυσιολογική όραση.
Μη διαχωρισμός στη μείωση Ι του πατέρα: σπερματοζωάριο $X^aY$ + ωάριο $X^A$ → $X^AX^aY$ , επίσης φυσιολογική όραση (το $X^A$ επικρατεί).

Με αυτά τα δεδομένα δεν γίνεται διάκριση. Θα χρειαζόταν ανάλυση DNA για να δούμε αν ο γιος φέρει το αλληλόμορφο $X^a$ .

Συνηθισμένα λάθη

«Το Turner είναι άνδρας.» Χωρίς Y, το άτομο είναι γυναίκα (X0).
Σύγχυση μη διαχωρισμού μείωσης Ι (διαφορετικά ομόλογα στον γαμέτη) με μείωσης ΙΙ (ίδιο χρωμόσωμα δύο φορές).
«Οι χρωμοσωμικές ανωμαλίες ανιχνεύονται με βιοχημικές εξετάσεις.» Ανιχνεύονται με καρυότυπο.
«Κάθε φορέας μετατόπισης έχει συμπτώματα.» Στην ισοζυγισμένη μετατόπιση ο φαινότυπος είναι συνήθως φυσιολογικός.

Σύνοψη — τι κρατάμε

Αριθμητικές ανωμαλίες: μη διαχωρισμός στη μείωση → γαμέτες $n \pm 1$ → τρισωμίες/μονοσωμίες.
Μείωση Ι: 4 μη φυσιολογικοί γαμέτες· μείωση ΙΙ: 2 φυσιολογικοί, 1 $n+1$ , 1 $n-1$ .
Down: τρισωμία 21 (47), συχνότερο με την ηλικία της μητέρας· Klinefelter XXY (47, άνδρας)· Turner X0 (45, γυναίκα).
Δομικές: έλλειψη (cri-du-chat, χρ. 5), διπλασιασμός, αναστροφή, μετατόπιση (Φιλαδέλφεια 9–22).
Διάγνωση με καρυότυπο.

Αριθμητικές χρωμοσωμικές ανωμαλίες

n+1

) ή ένα λιγότερο (

n-1

). Με γονιμοποίηση από φυσιολογικό γαμέτη δημιουργείται ζυγωτό με τρισωμία (

2n+1

) ή μονοσωμία (

2n-1

). Οι καταστάσεις αυτές λέγονται ανευπλοειδίες.

Μη διαχωρισμός στη μείωση Ι: και οι τέσσερις γαμέτες είναι μη φυσιολογικοί (δύο

n+1

, δύο

n-1

Μη διαχωρισμός στη μείωση ΙΙ (σε ένα από τα δύο κύτταρα): δύο γαμέτες φυσιολογικοί, ένας

n+1

, ένας

n-1

Στα φυτά είναι συχνή και η πολυπλοειδία (π.χ.

3n

4n

), δηλαδή πολλαπλασιασμός ολόκληρων σειρών χρωμοσωμάτων.