I biologi og cytogenetikk inneholder hver av de svært organiserte strukturene , dannet av DNA og proteiner , det meste av den genetiske informasjonen til et levende vesen.
Ved celledelinger ( mitose og meiose ) presenterer kromosomet sin mest kjente form, veldefinerte X-formede legemer, på grunn av sin høye grad av komprimering og duplisering.
I interfasen kan de ikke tydelig visualiseres ved hjelp av det optiske mikroskopet siden de okkuperer diskrete kromosomale territorier . I eukaryote celler og archaea (i motsetning til bakterier ), vil DNA alltid være i form av kromatin , det vil si sterkt assosiert med proteiner kalt histoner og ikke-histoner. Kromatin, organisert i kromosomer, finnes i kjernen til eukaryote celler og fremstår som et virvar av tynne tråder. Når prosessen med duplisering og deling av det genetiske materialet kalt ( karyokinesis ) begynner, initierer denne virvaren av tråder et progressivt kondenseringsfenomen som gjør at hvert av kromosomene kan visualiseres.
Når de undersøkes nøye under mitose, er hvert av kromosomene funnet å ha en karakteristisk form og størrelse.
Hvert kromosom har en kondensert eller innsnevret region kalt sentromeren , som gir hvert kromosom sitt spesielle utseende og lar dem klassifiseres i henhold til posisjonen til sentromeren langs kromosomet.
En annen observasjon som kan gjøres er at antallet kromosomer til individer av samme art er konstant. Dette antallet kromosomer kalles tallet eller ploidien og er symbolisert som 2n eller 4n eller 1n avhengig av celletype.
Når lengden på slike kromosomer og posisjonen til sentromeren undersøkes, kommer det andre generelle trekk frem: for hvert kromosom med en gitt lengde og plassering av sentromeren, eksisterer et annet kromosom med identiske egenskaper i kjernen, det vil si i diploide celler 2n Kromosomene er i par . Medlemmer av hvert par kalles homologe kromosomer .
Figuren til høyre viser alle en jentes interfasekromosomer (merk de to X-kromosomene under til høyre), ordnet etter homologe par og lengde, som kalles en karyotype . Man kan se at i denne karyotypen er det 46 kromosomer (det vil si 2n=46), som er kromosomtallet til menneskearten. Det kan også bemerkes at hvert kromosom har en dobbel struktur, med to søsterkromatider som ligger parallelt med hverandre og forbundet med en enkelt sentromer. Under mitose skiller søsterkromatidene, som er identiske, seg fra hverandre til to nye celler.
Parene av homologe kromosomer som er observert på bildet har også en grunnleggende genetisk likhet: de presenterer de samme genene som ligger på samme steder langs kromosomet (slike steder kalles loci eller loci i flertall). Dette indikerer at hvert medlem av det homologe paret bærer genetisk informasjon for de samme egenskapene til organismen. I seksuelt reproduserende organismer kommer ett medlem av det homologe kromosomparet fra moren (via egget ) og det andre fra faren (via sædcellene ). Av denne grunn, og som en konsekvens av biparental arv, har hver diploid organisme to kopier av hvert av genene, hver lokalisert på et av de homologe kromosomene.
Et viktig unntak fra konseptet med homologe kromosompar er at hos mange arter har ikke medlemmene av kjønnskromosomparet samme størrelse, samme plassering av sentromeren, samme proporsjon mellom armene, eller til og med de ikke har samme størrelse. har samme størrelse, samme sted . For eksempel er Y-kromosomet (som bestemmer mannlig kjønn hos mennesker) mindre i størrelse og mangler de fleste lokiene som finnes på X-kromosomet . [ 1 ]
Fra etymologisk synspunkt kommer ordet "kromosom" fra gresk og betyr "kropp som flekker"; mens ordet " kromatin " betyr "stoff som flekker."
Kromosomer ble observert i planteceller av den sveitsiske botanikeren Karl Wilhelm von Nägeli i 1842, og uavhengig av den belgiske forskeren Edouard Van Beneden i rundormer av slekten Ascaris . [ 2 ] [ 3 ] Bruken av basofile medikamenter (f.eks. aniliner ) som en cytologisk teknikk for å observere kjernefysisk materiale var sentral for senere oppdagelser. Således definerte den tyske cytologen Walther Flemming i 1882 i utgangspunktet kromatin som «stoffet som utgjør interfasekjernene og som viser visse fargeegenskaper». [ 4 ]
Derfor er de første definisjonene av kromosom og kromatin rent cytologiske. Den biologiske definisjonen ble først nådd på begynnelsen av 1900-tallet , med gjenoppdagelsen av Mendels lover : både kromatinet og kromosomet utgjør det organiserte genetiske materialet. Grunnleggende for dette var arbeidet til nederlenderen Hugo de Vries (1848-1935), tyskeren Carl Correns (1864-1933) og østerrikeren Erich von Tschermak-Seysenegg (1871-1962), hvis forskningsgrupper uavhengig gjenoppdaget Mendels lover. og assosierte genetiske faktorer eller gener til kromosomer. En kort oppsummering av hendelsene knyttet til historien til kromosomkonseptet er gitt nedenfor. [ 5 ]
Den første forskeren som isolerte DNA var sveitseren Friedrich Miescher , mellom 1868 og 1869 , da han gjorde sine postdoktorstudier i laboratoriet til Felix Hoppe-Seyler (en av grunnleggerne av biokjemi , fysiologi og molekylærbiologi ) i Tübingen . Miescher analyserte den kjemiske sammensetningen av puss fra brukte sykehusbandasjer, som han isolerte kjerner for og fant ut at de var bygd opp av en enkelt, svært homogen, ikke-proteinkjemisk substans, som han kalte nuclein . Imidlertid var det Richard Altmann i 1889 som laget begrepet nukleinsyre , da nuklein ble vist å ha sure egenskaper. I 1881 viste E. Zacharias at kromosomer var kjemisk bygd opp av nuklein , og etablerte den første assosiasjonen mellom cytologiske og biokjemiske data.
De første observasjonene av celledeling ( mitose , hvor morcellen fordeler kromosomene sine mellom de to dattercellene), ble gjort mellom 1879 og 1882 av Walther Flemming og Robert Feulgen , uavhengig, takket være utviklingen av nye teknikker for farging Assosiasjonen mellom arv og kromosomer ble laget kort tid etter (1889) av August Weismann , på en teoretisk, nesten intuitiv måte. Men de første eksperimentelle dataene som gjorde det mulig for Walter Sutton [ 6 ] og Theodor Boveri [ 7 ] å foreslå at Mendels "faktorer" var fysiske enheter lokalisert på kromosomer (ofte kalt Suttons kromosomteori) og Boveri ) stammer fra 1902. Disse ideene forble kontroversiell inntil Thomas Hunt Morgan utførte det som nå anses som klassiske eksperimenter på kjønnsbundne genetiske egenskaper, publisert i 1910, og ga ham Nobelprisen i 1933 . [ 8 ]
Demonstrasjonen av at gener er på kromosomer ble laget av Calvin Bridges og Nettie Stevens i 1912, og det var Alfred Henry Sturtevant som beviste at gener er ordnet lineært langs kromosomet, og lager det første genetiske kartet over en organisme, Drosophila melanogaster . De grunnleggende arvelighetsgrunnlagene ble definitivt etablert i 1915, da boken The Mechanism of Mendelian Heritance av Morgan, Strurtevant, Müller og Bridges dukket opp. [ 9 ] I 1919 identifiserte Phoebus Levene at et nukleotid består av en base , et sukker og et fosfat , [ 10 ] og initierte dermed den molekylære analysen av DNA, som ville føre til en forståelse av de molekylære mekanismene for arv (se også DNA-historie ).
Eukaryote kromosomer er svært lange dobbelttrådede DNA- molekyler som er nært beslektet med proteiner kalt histoner og proteiner kalt ikke-histoner. Kromosomer kan finnes fra løse eller dårlig komprimerte tilstander, som i kjernene til interfaseceller , til svært komprimerte tilstander, som i mitotisk metafase .
Hovedkomponentene som oppnås når kromatin isoleres fra interfasekjerner er DNA, histonproteiner, ikke-histonproteiner og RNA.
Histoner er grunnleggende proteiner, rike på lysin- og argininrester , som viser en høy evolusjonær bevaring og som interagerer med DNA og danner en underenhet som gjentas gjennom hele kromatinet kalt nukleosom . Hovedtypene av histoner som har blitt isolert i interfasekjernene i forskjellige eukaryote arter er: H1, H2A, H2B, H3 og H4. I tillegg til disse histonene er det også andre som er vevsspesifikke, slik som histon H5, veldig rik på lysin (25 mol%), spesifikk for kjerneformede erytrocytter fra ikke-pattedyr vertebrater, og endosperm histoner. [ 11 ] Likeledes er sentromerisk kromatin karakterisert ved tilstedeværelsen av en spesifikk isoform av histon H3, betegnet CENP-A hos virveldyr.
En av de mest bemerkelsesverdige egenskapene er dens høye evolusjonære konservatisme, spesielt av histonene H3 og H4. Histon H4 fra erte- og kalvethymus skiller seg i bare to aminosyrer. Disse dataene indikerer at interaksjonene mellom DNA og histoner for å danne kromatin må være svært like i alle eukaryote organismer.
Genene som koder for histoner er gruppert i nisjer (eller klynger ) som gjentas titalls eller hundrevis av ganger. Hver klynge eller gruppe inneholder følgende rekkefølge av histonkodende gener: H1-H2A-H3-H2B-H4. Disse genene er rike på GC-par, siden de koder for proteiner med høyt innhold av lysin og arginin , men de er atskilt med spacer-sekvenser rike på AT-par. [ 12 ] [ 13 ] [ 11 ] [ 14 ] [ 15 ]
Kromatinet til interfasekjerner, når det sees ved hjelp av elektronmikroskopiteknikker, kan beskrives som en perlestreng eller en rosenkrans, der hver kule er en sfærisk eller kuleformet underenhet kalt et nukleosom ; Nukleosomer er knyttet sammen av DNA-fibre. Det følger derfor at den grunnleggende enheten for kromatinstruktur er nukleosomet. Et typisk nukleosom er assosiert med 200 basepar ( bp ) med DNA og består av en kjerne og en linker . Medullaen består av en oktamer som består av to underenheter av histonene H2A, H2B, H3 og H4. Det er med andre ord en dimer: 2×(H2A, H2B, H3, H4). Arbeidet til Aaron Klug og kollegene [ 16 ] [ 17 ] med histonarrangement i ryggraden i nukleosomet ga ham Nobelprisen i kjemi i 1982.
Rundt medulla er DNA (140 bp ) viklet og gir nesten to omdreininger (en omdreining og tre fjerdedeler). Resten av DNA (60 bp) er en del av linkeren , som samhandler med histon H1. Mengden DNA assosiert med et nukleosom varierer fra art til art, fra 154 bp til 241 bp; Denne variasjonen er fundamentalt på grunn av mengden DNA assosiert med linkeren . [ 12 ]
Nakne dupleks DNA-fibre er 20 Å tykke . Assosiasjonen av DNA med histoner genererer nukleosomer, som er omtrent 100 Å i diameter. På sin side kan nukleosomene kveiles spiralformet for å danne en solenoid (en slags fjær) som utgjør kromatinfibrene til interfasekjernene med en diameter på omtrent 300 Å. Solenoidene kan kveiles på nytt for å gi opphav til supersolenoider med en diameter på 4000 Å til 6000 Å som vil utgjøre fibrene til metafasekromosomer. [ 16 ] [ 18 ]
Ikke-histone kromosomproteiner er andre proteiner enn histoner som er ekstrahert fra kromatinet i kjernene med natriumklorid (NaCl) 0,35 mol/L (saltoppløsning), har et høyt innhold av basiske aminosyrer (25 % eller mer), høy innhold av sure aminosyrer (20-30%), høy andel prolin (7%), lavt innhold av hydrofobe aminosyrer og høy elektroforetisk mobilitet. Kromosomale ikke-histonproteiner som ekstraheres fra kromatinet til kjerner varierer sterkt avhengig av isolasjonsteknikken som brukes. En gruppe av disse ikke-histone kromosomale proteinene viser høy elektroforetisk mobilitet og er forkortet til HMG (høy mobilitetsgruppe). Mengden ikke-histonproteiner kan variere fra ett vev til et annet i samme individ og i samme vev gjennom utviklingen.
HMG-proteinerDisse proteinene er gruppert i en superfamilie på grunn av deres fysiske og kjemiske likheter, og fordi de alle fungerer som arkitektoniske elementer som påvirker flere DNA- avhengige prosesser i sammenheng med kromatin . Alle HMG-er har en karboksylterminal rik på syrelignende aminosyrer, og er klassifisert i tre familier (HMGA, HMGB og HMGN), hver med et unikt funksjonelt motiv som induserer spesifikke endringer i deres bindingsseter og deltar i cellulære funksjoner. . [ 19 ]
HMGA-familien består av fire medlemmer, som alle inneholder et karakteristisk funksjonelt motiv, kalt AT-kroken . Gjennom disse sekvensene binder HMGA seg fortrinnsvis til AT-rike sekvenser av B-form DNA og induserer konformasjonsendringer som induserer binding av ytterligere komponenter. HMGA-proteiner har en sur C-terminal hale , som kan være viktig for interaksjon med andre proteiner. Tradisjonelt ble denne gruppen kalt HMG-I/Y. [ 20 ]
HMGB-familien består av tre varianter, som hver inneholder to funksjonelle motiver (HMG-boksene) og en svært sur C-terminal. HMG-bokser består av tre α-helikser brettet sammen for å danne en L-formet struktur, som delvis går inn i den mindre DNA -spalten og folder den tett. Det er små forskjeller mellom HMG-boksene til de forskjellige HMGB-ene, noe som gir hver av dem spesifisitet. Sure haler modulerer affinitet for en rekke forvrengte DNA-strukturer. [ 19 ] Tradisjonelt ble disse proteinene referert til som HMG-1/-2-proteiner. [ 20 ]
HMGN-familien av proteiner er preget av et positivt ladet domene, det nukleosombindende domenet , og av en sur C-terminal hale, det kromatinutfoldende domenet. HMGN-proteiner binder seg spesifikt til nukleosomer og forstyrrer både lokal og høyere nivåstruktur av kromatin. [ 19 ] Disse proteinene er tradisjonelt kjent som HMG-14/-17 underfamilien. [ 20 ]
Mer enn 20 HMG-proteiner er påvist; HMG-1/-2 (HMGB) og HMG-14/-17 (HMGA) proteiner har blitt identifisert i alle arter av pattedyr, fugler og fisk som er studert til dags dato. HMG-1/-2-proteiner finnes bare i kjernen, er involvert i replikasjon, binder fortrinnsvis enkelttrådet DNA, avvikler dupleks-DNA, og det anslås at ett HMG-1- eller HMG-2-molekyl eksisterer per 15. nukleosomer. HMG-14/-17-proteiner finnes i kjernen og i cytoplasmaet, de er relatert til reguleringen av transkripsjon og det er anslått at det er ett molekyl av HMG-14 eller HMG-17 for hver 10. nukleosomer.
Proteinrammeverket til kromosomerMange cytogenetiske studier viser at DNA er tett kveilet, i kromosomer, når det sees under et mikroskop. Det første nivået av lineær komprimering av DNA er det som oppnås ved å folde DNA-fiberen rundt nukleosomer , [ 21 ] ansvarlig for det første nivået av lineær folding (6–7 ganger). Det neste foldingsnivået tilsvarer den såkalte «30 nm fiber», som er det som observeres i interfasekjerner. Selv om det har vært mye kontrovers for å beskrive denne strukturen, [ 22 ] regnes 30 nm-fiberen vanligvis som den spiralformede viklingen av nukleosomfibre, som genererer komprimering på ytterligere 6-7 ganger. Ved mitose må 30-nm-fiberen komprimeres ytterligere 200–500 ganger for å nå diameteren observert mikroskopisk for kromosomfibre under celledeling (–700 nm). [ 23 ] Derfor har det måttet produseres nye supercoiler. Imidlertid har forklaringen på disse høyere ordensfoldingen skapt stor kontrovers. [ 22 ]
Laemmli et al. i 1977 klarte å isolere metafasekromosomer uten histoner ved behandling med dekstransulfat og heparin. [ 24 ] Disse histonutarmede metafasekromosomene har en tett farget sentermarg som har blitt kalt et stillas . Dette proteinrammeverket ( stillaset ) er motstandsdyktig mot virkningen av DNase , RNase og også mot 2M ClNa-løsninger. Det forsvinner imidlertid ved behandling med 4M urea og natriumdodecylsulfat eller ved behandling med proteolytiske enzymer. Derfor er det et proteinrammeverk.
Elektronmikroskopiobservasjon viser at løkker eller fibre kommer og går fra dette proteinrammeverket ( stillaset ) som kan fås til å forsvinne ved behandling med DNase. Derfor er disse løkkene eller domenene som starter fra proteinrammeverket DNA-løkker. En av hovedkomponentene i proteinrammeverket er enzymet topoisomerase II α (topoIIα), [ 25 ] [ 26 ] et enzym som produserer kutt i dupleks-DNA på nivå med begge helixene. Topoisomerase II (gyrase) er involvert under DNA-replikasjon ved å lage eller slappe av supercoils. Hos pattedyr finnes to isoformer av dette enzymet (α og ß), med lignende egenskaper in vitro . Men selv om topoIIα og β oppfører seg på en lignende måte i interfase, oppfører de seg annerledes i mitose : bare topoIIα er stort sett assosiert med kromosomer. [ 27 ] Utseendet til topoisomerase II α bare på proteinrammeverket antyder at det ligger i bunnen av DNA-løkker eller domener, noe som indikerer at denne organiseringen i domener kan være relatert til replikasjon og transkripsjon. Andre enzymer, som topoisomerase I, som produserer kutt i dupleks-DNA på nivået av en enkelt helix, og HMG-17, finnes bare i løkkene eller domenene og ikke i proteinrammeverket. Eksisterende bevis til dags dato antyder at solenoidfibrene (30 nm) ville danne løkkene eller domenene som kommer fra proteinrammeverket, og at dette rammeverket i sin tur vil bli kveilet til en spiral. [ 24 ]
I tillegg til enzymet topoisomerase II α, er den andre foreslåtte grunnleggende komponenten i proteinrammeverket 13S - kondensin . [ 28 ] Dobbel farging med topoIIα- og kondensinantistoffer produserer et rammeverk som ligner en "frisørstang" (en sylinder med røde og hvite spiralbånd som symboliserer det eldgamle dobbeltyrket med barberere som kirurger), der de veksler mellom "perler" beriket med topoIIα og i kondensin. Denne strukturen ser ut til å være generert av to sidestilte kjeder. Det ser ut til at sammenstillingen av dette proteinrammeverket skjer i to faser, siden kondensin bare assosieres ved overgangen fra profase til metafase under mitose . Imidlertid er den strukturelle rollen til topoIIα i organiseringen av kromosomer fortsatt omstridt, ettersom andre grupper hevder at dette enzymet raskt utveksles i både kromosomarmer og kinetokorer under mitose . [ 29 ] [ 27 ]
DNA-domenene ser ut til å være festet til proteinrammeverket av spesifikke regioner kalt forkortede SAR-er ( stillasassosierte regioner , også kalt MAR-er, matrise-tilknytningsregioner ) som oppdages når metafasekromosomer uten histoner behandles med restriksjonsendonukleaser. [ 30 ] Etter denne behandlingen forblir DNA-regioner festet til rammeverket, som igjen motstår fordøyelsen med eksonukleaser fordi de er beskyttet av et protein. Når dette proteinet er fordøyd, inneholder de beskyttede DNA-regionene sekvenser på flere hundre basepar som er svært rike på AT og som har bindingssteder for topoisomerase II og histon H1. Disse spesifikke bindingsregionene av domenene til proteinrammeverket er SAR-regionene. Det har blitt antydet at disse regionene spiller en global rolle under mitotisk kromosomkondensasjon og er nødvendige for å opprettholde kromosomstrukturen. [ 31 ] SAR-regioner kan også være involvert i genuttrykk , noe som letter både overgangen og utvidelsen av en åpen kromatinstruktur.
Det blir mer og mer tydelig at selv med de mest brukte fikseringsmetodene [ 27 ] kan det oppstå betydelige endringer i lokaliseringen av kromosomproteiner, og disse tekniske vanskelighetene har vært tilstede i de fleste kromosompreparatene som er brukt til å lage kromosompreparatene. strukturelle studier. Av denne grunn ser det ut til at det er nødvendig å bruke levende prøver når det er mulig, samt alternative tilnærminger som tillater en komplementær analyse. [ 32 ]
Den biofysiske tilnærmingenEn alternativ metode for strukturell analyse av kromosomer er biofysisk . Nøyaktige målinger av stivheten og elastisiteten til kromosomer kan lede konstruksjonen av strukturelle modeller. Studier utført i forskjellige laboratorier indikerer at kromosomer har en bemerkelsesverdig elastisitet: både inne i celler og i fysiologiske buffere kan kromosomer strekke seg til flere ganger sin normale lengde og gå tilbake til sin opprinnelige lengde igjen. [ 33 ] Dataene innhentet av ulike laboratorier er imidlertid svært varierende, sannsynligvis på grunn av mangfoldet av buffere som brukes av ulike grupper. En studie av Poirier og Marko i 2002 viste at elastisiteten til kromosomene er svært følsomme for nuklease. [ 34 ] Disse dataene antyder at den mekaniske integriteten til mitotiske kromosomer opprettholdes av koblinger mellom kromosomfibre, ikke av eksistensen av et proteinrammeverk. Arten av disse koblingene er ikke klar, men denne studien anslår frekvensen til å være minst 10-20 kb.
De biokjemiske komponentene til kromosomerEn konvensjonell og veldig kraftig metode for å forstå en biologisk struktur er å etablere en liste som inkluderer alle dens komponenter. Innledende studier av kromosomstruktur møtte mange tekniske problemer med biokjemisk isolering av mitotiske kromosomer fra celler, selv om sofistikerte metoder tillot isolering av komplette kromosomer og identifikasjon av proteinrammeverket. [ 35 ]
En alternativ metode er bruk av cellefrie ekstrakter fra amfibieegg . Dette systemet tillater in vitro - rekonstituering av mitotiske kromosomer fra enkle substrater (for eksempel spermkromatin ) under fysiologiske forhold, slik at proteinkomponentene i sammenstillingsstrukturene kan isoleres ved sentrifugering i et enkelt trinn og karakteriseres tilsvarende systematisk. [ 36 ] I tillegg til kjernehistonene og en koblingshiston, inneholder fraksjonen som er isolert på denne måten topoIIα (CAP-B i den studien), et kompleks av fem underenheter kalt kondensin (CAP-C, -E, -D2, -G og -H), [ 36 ] [ 37 ] kromokinesin (CAP-D/Klp1 [ 38 ] ) og den kromatinremodellerende ATPase ISWI [ 38 ] (CAP-F). En av de viktigste konklusjonene fra disse studiene er at ATPaser er viktige komponenter i kromosomer. Energien til ATP- hydrolyse brukes i mange tilfeller til å indusere lokale eller globale endringer i kromosomer, mens den i andre tilfeller tjener til å støtte bevegelsen av mikrotubuli -forankrede kromosomer .
En overraskende observasjon var identifiseringen av proteinet titin som en av komponentene i kromosomene i Drosophila -embryoer . [ 39 ] Titin er et gigantisk (–3 MDa ) filamentært protein som fungerer som en integrert komponent av det tykke filamentet i sarkomeren til muskelceller . Det har blitt foreslått at, i analogi med muskelfunksjonen, titinisoformen som finnes på kromosomer kan fungere på den ene siden som en "molekylær linjal" som bestemmer kromosomlengden, og på den andre som en "molekylær fjær" som gir elastisitet til kromosomer. [ 40 ]
RNA ser ut til å spille en viss rolle i foldingen av det eukaryote kromosomet. I det minste hos mennesker og i Drosophila er det funnet bevis på denne strukturelle rollen til RNA. [ 41 ] Det skal imidlertid bemerkes at proteinrammeverket beskrevet av Laemmli et al. (1978) ikke påvirkes av RNase-behandling. Det kan være at stillasproteinene i seg selv beskytter RNA fra virkningen av RNase . I alle fall er det praktisk å huske at DNAet til bakteriekromosomet også er organisert i domener og at RNA kan spille en viss rolle i vedlikeholdet av denne strukturen. I organismer med mellomegenskaper mellom de til prokaryoter og eukaryoter som dinoflagellater, er det også data som støtter den strukturelle rollen til RNA i kromosomorganisering.
Kromatin (stoffet som utgjør cellekjernene og som er et resultat av samspillet mellom DNA med histon- og ikke-histonproteiner og RNA) kan presentere ulike grader av pakking eller sammentrekning. Når kromosomer er farget med DNA-bindende kjemikalier, vises tett fargede områder og mindre tett fargede områder. Majoritetskromatinet, som utgjør majoriteten av kjernen, kalles eukromatin og minoriteten heterokromatin . Mens euchromatin representerer fraksjonen som inneholder de fleste av de aktive genene, er heterochromatin involvert i flere kjernefysiske prosesser, som sentromerfunksjon, gendemping og kjernefysisk organisering.
Heterokromatin kan virke tettere farget enn eukromatin (heteropycnosis positiv) eller mindre tett farget enn euchromatin (heteropycnosis negativ). Bruken av visse eksperimentelle behandlinger i kombinasjon med forskjellige typer kromosomfarging kan gi utseendet til heterokromatiske soner i kromosomene til mange arter. Disse heterokromatiske sonene presenterer en karakteristisk fordeling eller mønster av bånd som er typiske for hvert kromosom, som gjør at forskjellige kromosomer kan identifiseres. Disse teknikkene kalles "kromosombåndteknikker" og er ekstremt nyttige i identifiseringen av individuelle kromosomer og i konstruksjonen av karyotyper.
To klasser av heterokromatin kan skilles:
Hos den menneskelige arten ser alle X -kromosomer som er i overkant av ett mer intenst farget enn resten av kromosomene ( "positiv heteropycnosis" ) i kjernene til interfaseceller. Derfor har normale kvinner som har to X-kromosomer ett X-kromosom som virker mer intenst farget og som er inaktivert. Imidlertid er begge X-kromosomene aktive under de tidlige stadiene av embryonal utvikling (i løpet av de første 16 dagene av svangerskapet hos den menneskelige arten).
Hos noen eukaryote arter består satellitt-DNA eller mindre DNA som har et G+C-innhold som er forskjellig fra hoved- eller hoved-DNA, av korte DNA-sekvenser som gjentas millioner av ganger. Spesielt hos mus har det blitt vist at satellitt-DNA er lokalisert i den sentromere sonen. Dette satellitt-DNA er et eksempel på konstitutivt heterokromatin hvis tilstedeværelse og virkning er konstant på kromosomet. [ 48 ] [ 49 ]
Kromatinorganisasjonen er ikke ensartet gjennom hele kromosomets struktur. Faktisk kan en rekke differensierte elementer skilles: sentromerene (eller primære innsnevringer), telomerene (eller kromosomendene), nukleolus-organiserende regioner (NOR) og kromomerene , alle karakterisert ved å inneholde spesifikke DNA-sekvenser.
Sentromeren er den primære innsnevringen som gjør at bruk av tradisjonelle flekker virker mindre farget enn resten av kromosomet. Det er området der kromosomet samhandler med spindelfibrene fra profase til anafase, både i mitose og meiose , og er ansvarlig for å utføre og regulere kromosombevegelsene som finner sted i disse fasene. De sentromere strukturene som samhandler med spindelfibrene kalles kinetokorer . I tillegg bidrar sentromeren til kjernedannelse av søsterkromatidkohesjon . Både sentromert DNA, som primært består av konstitutivt heterokromatin, og sentromere proteiner er involvert i strukturen til sentromeren.
I spirende gjær ( Saccharomyces cerevisiae ) består det sentromere DNA av kun 125 bp og er bevart mellom forskjellige kromosomer. [ 50 ] Sentromerisk DNA i metazoer kan imidlertid bestå av megabaser, og inneholder ikke lett identifiserbare konsensussekvenser (se gjennomgang av Choo i 1997 [ 51 ] ). Til tross for forskjellene mellom det sentromeriske DNAet til gjær og metazoer, er kinetochore satt sammen i begge tilfeller på sentromere nukleosomer som inneholder en spesialisert form av histon H3 (Cse4p i gjær [ 52 ] eller dets motstykke CENP-A i metazoer).
Ordet telomere kommer fra det greske telos , "ende" og mer , "del". Telomerer er endene av kromosomene. De er ikke-kodende DNA - regioner , svært repeterende, hvis hovedfunksjon er den strukturelle stabiliteten til kromosomer i eukaryote celler , celledeling og levetiden til cellelinjer. De er også involvert i sykdommer så viktige som kreft . I prokaryote organismer er kromosomene sirkulære og har ikke telomerer. [ 53 ]
Telomerer ble oppdaget av Hermann Joseph Muller på 1930-tallet. Siden den gang har det blitt gjort store fremskritt i å forstå telomerer, takket være teknikkene for molekylær genetikk.
Klynge | Organisme | Telomersekvens (retning 5' til 3' til slutten) |
---|---|---|
virveldyr | Mennesker , mus , Xenopus , Danio rerio | TTAGGG |
filamentøse sopp | Neurospora crassa | TTAGGG |
gjørmeformer _ | Physarum , Didymium Dictyostelium |
TTAGGG AG(1-8) |
Kinetoplastid protozoer | Trypanosoma , Crithidia | TTAGGG |
ciliate protozoer | Tetrahymena , Glaucoma Paramecium Oxytricha , Stylonychia , Euplotes |
TTGGGG TTGGG(T/G) TTTTGGGG |
apicomplexan protozoer | Plasmodium | TTAGGG(T/C) |
øvre etasjer | Arabidopsis thaliana | TTTAGGG |
grønne alger | Chlamydomonas | TTTTAGGG |
insekter | bombyx mori | T.T.A.G.G. |
rundorm | Ascaris lumbricoides | TTAGGC |
isolert gjær | Schizosaccharomyces pombe | TTAC (A)(C) G(1-8) |
Tilsatt gjær | Saccharomyces cerevisiae Candida glabrata |
TGTGGTGTGGTG (fra RNA-kopier) eller G(2-3)(TG)(1-6)T (konsensus) |
I tillegg til de primære innsnevringene, kan en annen type «fortynning» i noen kromosomer skilles ut som kalles sekundær innsnevring, som normalt er relatert til tilstedeværelsen av ribosomale DNA-sekvenser . Slike regioner kalles nukleolusorganiserende regioner (eller ganske enkelt NOR for nukleolusorganiserende regioner ). De ribosomale DNA-sekvensene er inneholdt i nukleolen , som forblir festet til NOR under store deler av cellesyklusen . NOR-bærende kromosomer har i mange tilfeller et segment som forbinder denne regionen med telomeren, som kalles satellitt eller lås . [ 54 ]
Kromomerer er "fortykkelser" eller mer komprimerte områder av eukromatin, som er mer eller mindre jevnt fordelt langs kromosomer og kan visualiseres under faser av mitose eller meiose med mindre kromatinkondensasjon (prophase). Deres molekylære natur er fortsatt kontroversiell, men de kan være konsekvensen av en viss grad av kompartmentalisering i fordelingen av DNA-sekvenser og i organiseringen av kromosomer. I flere år har Giorgio Bernardis gruppe i Italia hevdet at det er en oppdelt fordeling av relativt store DNA-sekvenser (kalt "isochores") i genomet til varmblodige vertebrater [ 55 ] [ 56 ] [ 57 ] [ 58 ] Etter publiseringen av det første utkastet til Human Genome Project ser det ut til at fem isokorer i det menneskelige genomet er bekreftet, to av dem er rike på A og T, og tre rike på G og C. Den vekslende fordelingen av begge typer isokorer kan være den molekylære forklaringen på eksistensen av kromomerer. [ 59 ] [ 60 ]
Studiet av den ytre strukturen til kromosomene til enhver eukaryot art består av å analysere formen, størrelsen og antallet av kromosomene den har. Den beste tiden å gjennomføre denne studien er vanligvis når kromosomene har nådd sin maksimale grad av sammentrekning og har perfekt definerte kanter. Dette øyeblikket er vanligvis den mitotiske metafasen . Studiet av den ytre strukturen til kromosomene kulminerer med å oppnå karyotypen . [ 1 ]
Kromosomer kan studeres til forskjellige tider avhengig av art og avhengig av målene som er satt. Noen arter har kromosomer som kan observeres i stor detalj i interfase , slik er tilfellet med Drosophila melanogaster , som har gigantiske polytenkromosomer som er observert i spyttkjertlene til nevnte insekt, og Chironomus tentans , en annen Diptera. Karyotypen lages vanligvis etter passende forbehandling og farging av cellene, for å gjøre de enkelte kromosomene mer synlige. Det forenklede diagrammet over metafasekromosomene til karyotypen kalles et idiogram , som er konstruert med det genomiske tallet .
For å gjennomføre rekkefølgen av kromosomene i både karyotyper og idiogrammer, må kromosomstørrelsen tas i betraktning (plassert fra størst til minste, med den korte armen «bc» eller «p» oppover og den lange armen «bl» eller « q "ned); posisjonen til sentromeren (vanligvis justert) og tilstedeværelse av sekundære og satellittinnsnevringer. [ 1 ]
Arter | antall kromosomer |
---|---|
Myrmecia pilosula maur , hann | 1 |
Myrmecia pilosula maur , hunn | to |
Fruktflue ( Drosophila melanogaster ) | 8 |
Rug ( Secale cereal ) | 14 |
Snegl ( Helix ) | 24 |
Katt ( Felis silvestris catus ) | 38 |
Gris ( Sus scrofa ) | 38 |
Mus ( Mus musculus ) | 40 |
Hvete ( Triticum aestivum ) | 42 |
Rotte ( Rattus rattus ) | 42 |
Kanin ( Oryctolagus cuniculus ) | 44 |
Hare ( Lepus europaeus ) | 46 |
Menneske ( Homo sapiens sapiens ) | 46 |
Sjimpanse ( Pan troglodytes ) | 48 |
Potet , potet ( Solanum tuberosum ) | 48 |
Sau ( Ovis aries ) | 54 |
Ku ( Bos taurus ) | 60 |
Ass ( Equus asinus ) | 62 |
Muldyr ( Equus mulus ) | 63 (steril) |
Hest ( Equus caballus ) | 64 |
Kamel ( Camelus bactrianus ) | 74 |
Flamme ( Lama glama ) | 74 |
Hund ( Canis lupus familiaris ) | 78 |
Høne ( Gallus gallus ) | 78 |
Pigeon Columbia livia | 80 |
Mandarin diamant ( Taeniopygia guttata ) | 72 [ 61 ] |
Carassius auratus fisk | 94 |
Equisetum arvense Equisetum arvense | 216 |
Sommerfugl | 380 |
Fern Ophioglussum reticulatum | 1260 |
Protozoer Aulacantha scolymantha | 1600 |
Dyre- og plantearter har vanligvis et konstant og bestemt antall kromosomer som utgjør deres karyotype (loven om numerisk konstans av kromosomer), selv om det er arter med høy karyotypisk variasjon, ikke bare i antall, men også i form og størrelse på kromosomer.
Kromosomnummeret til en diploid art (eller livsstadium) er identifisert som 2n mens dette tallet i en haploid art (eller livsstadium) identifiseres med bokstaven n . I de artene som presenterer et gjentatt antall kromosomer større enn to komplementer, snakker vi om polyploidy , multiplumet er representert foran bokstaven n . Altså: 3n vil indikere et triploid kromosomkomplement, 4n et tetraploid, etc. Dette er alle situasjoner med euploidi . Med indikasjonen x ønsker vi å uttrykke det grunnleggende antallet kromosomer av en art som presenterer individer med forskjellig grad av ploiditet eller det av en fylogenetisk linje hvorfra forskjellige taxa har nådd varierte aneuploide situasjoner, i dette tilfellet er kromosomtallet et variasjon av det opprinnelige tallet med økning eller reduksjon av grunntallet, på grunn av tap, fusjon eller deling av kromosomer (f.eks. n+1 eller n-1). Et eksempel på denne unormale situasjonen finnes hos individer av den menneskelige arten som presenterer det såkalte Downs syndrom , en situasjon med aneuploidi (2n=47) på grunn av tilstedeværelsen av en kopi mer enn vanlig av kromosom 21 (trisomi).
Antallet 2n-kromosomer varierer mye fra art til art, og det er ingen sammenheng mellom antall kromosomer og deres kompleksitet: det finnes plantearter med få kromosomer som Haplopappus gracilis (2n=4), Crepis capillaris (2n=6) og Secale cereale (2n=14), plantearter med mange kromosomer som Triticum aestivum (2n=42) og plantearter med mange kromosomer som Ophioglossum petiolatum (n >500). Noe lignende skjer hos dyr, det er arter med få kromosomer som den australske mauren Myrmecia pilosula hvis hanner har ett kromosom (2n=1) og hunnene to kromosomer (2n=2), arter med mange kromosomer som mennesket Homo sapiens ( 2n= 46) og arter med mange kromosomer som Lepidoptera Lysandra atlantica (2n=434-466). Det er ingen sammenheng mellom antall 2n-kromosomer og evolusjonær kompleksitet, og heller ikke mellom antall kromosomer og mengden DNA. Et tydelig eksempel på denne situasjonen er hjorten av slekten Muntiacus , der det er svært like arter (kalt tvillingarter ), en med 2n=6 ( M. muntjak ) og en annen med 2n=46 ( M. reevesi ) . [ 63 ] ]
I mange organismer er ett av parene av homologe kromosomer forskjellig fra resten, og bestemmer kjønnet til individet. Disse kromosomene kalles kjønnskromosomer eller heterokromosomer og til og med gonosomer, fordi de bestemmer kjønn .
Formen på kromosomene er konstant og karakteristisk for hver art for alle somatiske celler. Formen avhenger grunnleggende av innsnevringene som kromosomet presenterer og dets plassering i kromatidet.
Kromosomet består i utgangspunktet av sentromeren som deler kromosomet i en kort arm eller p-arm og en lang arm eller q-arm . Noen kromosomer har satellitter på den korte armen.
I henhold til posisjonen til sentromeren er kromosomer klassifisert i:
metasentrisk Sentromeren er plassert i midten av kromosomet og de to armene er like lange. Submetasentrisk Lengden på den ene armen på kromosomet er noe større enn på den andre. Akrosentrisk Den ene armen er veldig kort (p) og den andre lang (q). Telosentrisk Bare én arm av kromosomet er synlig da sentromeren er på slutten.Gonosomparet eller kjønnskromosomene består av et X-kromosom (median submetasentrisk) og et Y-kromosom som anses som akrosentrisk uten satellitter, selv om det i noen anmeldelser av litteraturen omtales som submetasentrisk.
Kromosomer gjennomgår store variasjoner i størrelse gjennom cellesyklusen , fra å være veldig løst komprimert ( interfase ) til å være svært komprimert ( metafase ), av denne grunn blir studier på størrelse vanligvis utført i mitotisk metafase. I tillegg er det nødvendig å ta hensyn til at behandlingene for å farge kromosomene og for å oppnå mitotiske metafaser har en svært viktig innflytelse på størrelsen på kromosomene. Uansett er det generelt mulig å si at det finnes eukaryote arter med store kromosomer og arter med små kromosomer. Monokoter (planter) og amfibier og orthoptera ( dyr) har veldig lange kromosomer (10 til 20 mikron). Tokimblader , alger , sopp og de fleste dyrearter har små kromosomer (mindre enn 5 mikron i lengde). Naturligvis er det noen unntak i eksemplene som er nevnt. Humant kromosom 1 har 0,235 pg DNA, tilsvarende en total DNA-dobbelspirallengde på 7,3 cm, og i mitotisk metafase er den omtrent 0,001 cm lang.
Hos noen arter kan kromosompar ikke differensieres tydelig med tanke på kun deres karakteristiske langsgående komponenter; I disse tilfellene må det brukes spesielle cytologiske teknikker for å farge kromosomene, som viser tverrgående "bånd" (mørke og lyse) langs dem, og som tilsvarer de ulike kromatintypene. I en gitt art er disse kromatinvariantene av konstant størrelse og arrangement. De mest brukte kromosombåndingsteknikkene er:
Mennesker har 23 par kromosomer i sine somatiske celler: 22 autosomer og ett par kjønnskromosomer (to X for kvinner og ett X- og ett Y -kromosom for menn). Den omtrentlige totale størrelsen på det menneskelige genomet er 3,2 milliarder DNA- basepar ( 3200 Mb ) som inneholder rundt 20 000-25 000 gener . [ 65 ] Av de 3.200 Mb tilsvarer ca. 2.950 Mb eukromatin og ca. 250 Mb til heterochromatin . Human Genome Project produserte en referansesekvens av det eukromatiske menneskelige genomet, brukt over hele verden i biomedisinske vitenskaper.
DNA-sekvensen som utgjør det menneskelige genomet koder for informasjonen som er nødvendig for det svært koordinerte og miljømessig tilpasningsdyktige uttrykket av det menneskelige proteomet , det vil si settet av menneskelige proteiner . Det menneskelige genomet har en mye lavere gentetthet enn først forutsagt, med bare omtrent 1,5 % [ 66 ] av lengden som består av proteinkodende eksoner . 70 % består av ekstragent DNA og 30 % av genrelaterte sekvenser. Av det totale ekstragene DNA tilsvarer omtrent 70 % spredte repetisjoner, slik at mer eller mindre halvparten av det menneskelige genomet tilsvarer repeterende DNA-sekvenser. For sin del, av det totale DNA relatert til gener, anslås det at 95% tilsvarer ikke-kodende DNA: pseudogener , genfragmenter, introner , UTR -sekvenser , blant andre. Selv om disse DNA-sekvensene tradisjonelt har blitt betraktet som funksjonsløse regioner av kromosomet, er det data som viser at disse regionene utvikler funksjoner relatert til regulering av genuttrykk.
Tabellen nedenfor viser de menneskelige kromosomene, antall gener som hver har, deres størrelse i basepar og deres morfologi.
Kromosom | gener | Baser | Format |
---|---|---|---|
1 | 4.222 | 247 199 719 [ 67 ] | metasentrisk, stor. |
to | 2.613 | 242 751 149 [ 68 ] | submetasentrisk, stor. |
3 | 1.859 | 199 446 827 [ 69 ] | metasentrisk, stor. |
4 | 451 | 191.263.063 [ 70 ] | submetasentrisk, stor. |
5 | 617 | 180 837 866 [ 71 ] | submetasentrisk, stor. |
6 | 2.280 | 170 896 993 [ 72 ] | submetasentrisk, medium. |
7 | 2.758 | 158 821 424 [ 73 ] | submetasentrisk, medium. |
8 | 1.288 | 146 274 826 [ 74 ] | submetasentrisk, medium. |
9 | 1924 | 140 442 298 [ 75 ] | submetasentrisk, medium. |
10 | 1.793 | 131 624 737 [ 76 ] | submetasentrisk, medium. |
elleve | 449 | 131 130 853 [ 77 ] | submetasentrisk, medium. |
12 | 1562 | 132 289 534 [ 78 ] | submetasentrisk, medium. |
1. 3 | 924 | 114 127 980 [ 79 ] | akrosentrisk, middels, med satellitt på sin korte arm. |
14 | 1.803 | 106 360 585 [ 80 ] | akrosentrisk, middels, med satellitt på sin korte arm. |
femten | 1122 | 100 114 055 [ 81 ] | akrosentrisk, middels, med satellitt på sin korte arm. |
16 | 1098 | 88 822 254 [ 82 ] | submetasentrisk, liten. |
17 | 1576 | 78 654 742 [ 83 ] | submetasentrisk, liten. |
18 | 766 | 76 117 153 [ 84 ] | submetasentrisk, liten. |
19 | 1859 | 63 806 651 [ 85 ] | metasentrisk, liten. |
tjue | 1012 | 62 436 224 [ 86 ] | metasentrisk, liten. |
tjueen | 582 | 46 944 323 [ 87 ] | akrosentrisk, liten. |
22 | 1816 | 49 528 953 [ 88 ] | akrosentrisk, liten. |
X-kromosom | 1850 | 154 913 754 [ 89 ] | submetasentrisk, medium. |
Y-kromosom | 454 | 57 741 652 [ 90 ] | akrosentrisk, liten. |
Kromosomer kan visualiseres ved hjelp av lysmikroskopi og spesielle flekker. Prosessen for å oppnå det kromosomale materialet utføres i forskjellige trinn, som inkluderer å skaffe en levende prøve, så og inkubere den, og påfølgende farging og lesing. [ N1 ]
Det er noen typer kromosomer kun til stede i enkelte celletyper eller i spesifikke populasjoner av en art . Blant dem skiller polytenkromosomer , børstekromosomer , B-kromosomer og isokromosomer seg ut .
Cellene i spyttkjertlene til insektene av ordenen Diptera har kjerner som er i et permanent grensesnitt. Under veksten og utviklingen av larvene til disse insektene stopper celledelingen i enkelte vev, men cellene fortsetter å vokse på grunn av volumøkning. Denne prosessen skjer for eksempel i malpighian-rørene , i næringscellene i eggstokkene , i tarmepitelet og i cellene i spyttkjertlene. I cellene i disse vevene gjennomgår kromosomene gjentatte runder med duplisering, men uten å skilles, en prosess kjent som endomitose . Dette fører til produksjon av kromosomer som består av flere hundre eller til og med tusenvis av tråder. Under denne prosessen med polytenisering eller polyteny øker kromosomene både i lengde og diameter. Faktisk er lengden på Drosophila -kromosomer i en metafase i størrelsesorden 7,5 μm mens den totale lengden av kromosomer i en spyttkjertelkjerne er omtrent 2000 μm. [ 54 ] [ 92 ]
I tillegg til endringen i størrelse, viser polytenkromosomer to andre egenskaper. For det første er homologe kromosomer assosiert med hverandre i hele lengden. Denne tilstanden, kalt somatisk parring , er typisk for mitosen til de fleste Diptera. [ 93 ] Den andre særegne egenskapen er at kromosomene viser et spesielt mønster av tverrgående bånd som består av mørkere områder, kalt bånd , vekslende med lysere områder, kalt mellombånd . Når de observeres under et optisk mikroskop, identifiseres de som vekslende mørke og lyse tverrgående bånd. [ 94 ] Selv om de fleste båndene er kontinuerlige gjennom kromosomet, vises andre som en serie prikker. Denne båndingen er reproduserbar fra kjerne til kjerne, og danner et konsistent mønster slik at kromosomer kan identifiseres og kartlegges gjennom hele lengden. Det er omtrent 5000 bånd og 5000 interbånd totalt i Drosophila melanogaster -genomet . Fordi båndmønsteret som vises av polytenkromosomer er en konstant refleksjon av DNA-sekvensene, fungerer båndene som markører for å lokalisere ulike genetiske trekk (plassering av gener, eller endringer i genomet på grunn av for eksempel kromosomale omorganiseringer). slettinger, båndduplikasjoner , og translokasjoner) [ 95 ] [ 96 ] og har blitt brukt i ulike genetiske og evolusjonære studier. [ 97 ] [ 98 ] [ 99 ] [ 100 ] [ 101 ]
I D. melanogaster skilles ikke båndmønsteret i de heterokromatiske områdene som er tilstede i den sentromere regionen til alle kromosomene (n=4). De heterokromatiske områdene er assosiert og danner et kromosenter . Siden to medlemmer av det haploide komplementet til denne arten er metasentriske (kromosom II og III) og to er akrosentriske (kjønnskromosom X eller Y og kromosom IV), fremstår polytenkromosomene i denne arten som fem ulikt armer som stråler ut fra kromosenteret. : en arm som tilsvarer kromosom X, de to armene til kromosom II og de to armene til kromosom III (3L og 3R). I noen tilfeller kan en veldig liten sjette arm som representerer kromosom IV visualiseres. [ 54 ]
Børstekromosomer (også kalt fjærkromosomer ), først observert av Walther Flemming i 1882 i salamander ( Ambystoma mexicanum ) oocytter , [ 103 ] er en av de største kromosomtypene og finnes i oocytter hos de fleste dyr unntatt pattedyr. De finnes under meiosestadiet jeg kalte diploten . Etter denne relativt lange perioden med meiose I, komprimeres børstekromosomene igjen i løpet av metafase I-perioden. De er forbigående strukturer, spesielt bivalente (dvs. to parede kromosomer som hver består av to søsterkromatider). Hvert av de to kromosomene består av to lange tråder som danner mange 'krøller' eller 'løkker', på samme måte som en børste, langs kromosomets lange akse. Disse "krøllene" gjør at DNA kan være tilgjengelig for transkripsjonsprosessen under oocyttmodning. [ 104 ] [ 105 ] Faktisk er tilstedeværelsen av børstekromosomer i en celle en indikator på at transkripsjon av messenger-RNA skjer . [ 106 ] [ 107 ] [ 108 ] Begrepet " lampebørste-kromosom " ble laget av J. Rückert i 1892, [ 109 ] som assimilerte formen til disse kromosomene til en børste fra 1800-tallet, ganske tilsvarende det som er foreløpig kalt « piperenser ». [ 106 ]
De fleste organismer er vanligvis svært intolerante overfor tilsetning eller tap av kromosomalt materiale, selv i små mengder. Således forårsaker kromosomale endringer som slettinger, duplikasjoner og aneuploidier (overskuddet eller defekten i forhold til det normale kromosomtallet i en gitt art ) hos det berørte individet fra misdannelser til uoverkommelighet på forskjellige utviklingsnivåer. Et unntak fra dette faktum hos mange dyre- og plantearter er imidlertid eksistensen av supernumerære kromosomer eller B-kromosomer. Skillet mellom B-kromosomer og de til det normale komplementet (A-kromosomer) ble først laget av Randolph i 1928. [ 110 ] Generelt har tilbehørskromosomer følgende egenskaper: [ 111 ]
Imidlertid integrerer begrepet "B-kromosom" et heterogent sett med kromosomer, som varierer både i oppførsel og i form og størrelse, så generaliseringer må gjøres med forsiktighet.
Et isokromosom er et unormalt metasentrisk kromosom som har sin opprinnelse under meiose eller mitose når deling av sentromeren skjer langs det horisontale snarere enn vertikale planet. Som en konsekvens går en av armene til det opprinnelige kromosomet tapt, og armene til det resulterende isokromosomet er genetisk identiske med hverandre, men omvendt. [ 1 ]
Hos mennesker er isokromosomer assosiert med visse sykdommer. Således finnes de for eksempel hos noen jenter med Turners syndrom , hos pasienter med Pallister-Killian syndrom og i noen svulster . Isokromosom "17q" (det vil si isokromosomet som består av to lange armer av kromosom 17 og som har mistet den korte armen) og isokromosom "14q" er assosiert med visse typer leukemi. [ 115 ] [ 116 ] I tillegg kan individer som bærer isokromosomer få avkom med høyere kromosomtall enn normalt. [ 117 ]
Prokaryoter, bakterier og archaea har vanligvis et enkelt sirkulært kromosom, selv om det er noen variasjoner til denne regelen. [ 118 ] Bakteriekromosomet kan variere i størrelse fra 160.000 basepar (som i endosymbiont Carsonella ruddii , [ 119 ] til 12.200.000 basepar i jordbakterien Sorangium cellulosum . [ 120 ]
Bakterier har vanligvis et enkelt punkt på kromosomet som duplisering starter fra, mens noen arkea har flere startsteder for duplisering. [ 121 ] På den annen side er genene til prokaryoter organisert i operoner og inneholder ikke introner.
Prokaryoter har ikke en ekte kjerne, i stedet er deres DNA organisert i en struktur kalt en nukleoid . [ 122 ] Nukleoiden er en særegen struktur og okkuperer et definert område i bakteriecellen. Denne strukturen er svært dynamisk og opprettholdes og ombygges gjennom virkningen av histonlignende proteiner, som assosieres med det bakterielle kromosomet. [ 123 ] I archaea er DNAet i kromosomet enda mer organisert, med DNA pakket i strukturer som ligner på eukaryote nukleosomer. [ 124 ] [ 125 ]
Kunstige kromosomer er kromosomer som har blitt manipulert gjennom genteknologiske verktøy slik at de presenterer presise strukturer som tillater deres integrering, varighet og duplisering i visse organismer. [ 126 ] The Yeast Artificial Chromosome eller YAC ( Yeast Artificial Chromosome ) er en type høykapasitets kloningsvektor som faktisk er den høyeste kapasiteten (200 kb til 3000 kb). De ble først beskrevet i 1983 . [ 127 ] Det er en vektor som etterligner egenskapene til et normalt gjærkromosom , ettersom det bærer en sentromer og terminale telomerer. Dette gjør at DNA-sekvenser på opptil en million basepar eller mer kan klones (dvs. multipliseres) i gjær , og oppfører seg som et kromosom av selve gjæren. De brukes i konstruksjonen av genomiske biblioteker , og bruken deres var svært utbredt i de første årene av Human Genome Project . [ 128 ] Imidlertid er de mer ustabile enn andre vektorer, som BAC ( bakterielt kunstig kromosom ) , som har kommet til å dominere. [ 129 ] Sistnevnte er også kloningsvektorer som brukes til å klone DNA- fragmenter på 100 til 300 kb store i bakterien Escherichia coli . Strukturen er analog med den til F-faktor- plasmidet som finnes naturlig i den bakteriearten.