ANOMALII (ABERATII CROMOZOMIALE )

1. ANOMALII (ABERATII CROMOZOMIALE)

2. Aberaţii numerice Aberaţiile numerice pot fi împărţite în două mari categorii şi anume: • aneuploidia - datorată pierderii sau dobândirii unuor cromozomi suplimentari; • poliploidia– datorată adiţiei unuia sau a două seturi haploide complete 1. Aneuploidia Cele mai frecvent întâlnite aneuploidii sunt: • trisomiile datorate apariţiei unui cromozom suplimentar; • tetrasomiile datorate existenţei în celule a doi cromozomi suplimentari pentru o anumită pereche de cromozomi omologi; • monosomiile rezultate ca urmare a pierderii unui cromozom.

3. Originea aneuploidiei Principalele cauze ale aneuploidiei sunt: • non-disjuncţia; • pierderea de cromozomi datorită retardării anafazice; • endoreduplicarea selectivă; • mitozele multipolare. • Non-disjuncţia este procesul prin care cromozomii omologi (sau cromatidele aceluiaşi cromozom) nu se separă pentru a se distribui în mod egal celulelor fiice, ci migrează împreună în una din aceste celule. Acest proces poate avea loc atât în timpul gametogenezei cât şi în primele stadii ale clivării

4. Procesul de non-disjuncţie poate apărea în meioza I, meioza II sau (mai rar) în ambele diviziuni meiotice. Vorbim despre non-disjuncţie primară când celulele germinale sunt normale şi non-disjuncţie secundară ce operează pe celule germinale anormale (de ex. 47, xxx). • Consecinţele non-disjuncţiei sunt diferite la barbaţi şi la femei, deosebire determinată de particularităţile gametogenezei la cele două sexe. • la barbat dintr-un spermatocit primar rezultă 4 spermatozoizi funcţionali; • la femeie dintr-un ovocit primar rezultă un singur ovul funcţional, fiecare diviziune meiotică fiind însoţită de eliminarea unui globul polar. • Din acest motiv la bărbaţi non-disjuncţia în decursul meiozei I va determina apariţia unor spermatozoizi disomici şi nulisomici în timp ce non-disjuncţia în meioza II va produce şi gameţi normali alături de gameţi disomici şi nulisomici. • La femeie însă non-disjuncţia survenită fie în decursul primei, fie a celei de-a doua meioze nu poate produce decât ovule anormale: disomice sau nulisomice.

7. Posibilitatea ca un zigot anormal să fie consecinţa unei anomalii survenite în timpul ovogenezei este deci mai mare decât cea a unei anomalii similare apărute în decursul spermatogenezei. • Studiile au arătat că cea mai mare parte a copiilor cu trisomii autosomaleau moştenit cromozomul suplimentar de la mamă

8. Cu o frecvenţă redusă, non-disjuncţia poate să apară şi în primele diviziuni mitotice ale zigotului. • Vor rezulta două sau mai multe linii celulare diferite, fenomen denumit mozaicism. • Constituţia cromozomială a organismului care rezultă depinde de momentul în care are loc non-disjuncţia. • Astfel, dacă non-disjuncţia are loc în timpul primei diviziuni de clivare a unui zigot normal, va rezulta un produs de concepţie care va prezenta două linii celulare anormale, una monosomică şi una trisomică pentru cromozomul în cauză • Dacă non-disjuncţia apare in a doua diviziune a zigotului, va rezulta un blastocit mixoploid alcătuit din trei linii celulare: una normală disomică, una trisomică şi una monosomică. • In cursul vieţii indivizilor se poate produce o selecţie care va duce la eliminarea celulelor dezavantajate (în special a celor monosomice). Intrucât această selecţie operează mai eficient în ţesuturile cu diviziune rapidă, proporţia celulelor anormale nu va fi identică în toate ţesuturile unei anumite persoane

9. Cauzele non-disjuncţiei • Cauzele non-disjuncţiei nu sunt încă suficient de bine cunoscute. • Non-disjuncţia apare în decursul ambelor diviziuni meiotice ale spermatogenezei şi ovogenezei, dar survine cu o frecvenţă mai mare în ovogeneză. In acest sens pledează faptul că vârsta medie a mamelor care au dat naştere unor copii ci trisomii 21, 13 sau 18, este mai ridicată decât a mamelor care au dat nastere unor copii normali. • Studiile au arătat, de asemenea, că absenţa recombinării în profaza meiozei I ar predispune la non-disjuncţie. • La femeie recombinarea se produce înainte de naştere în timp ce non-disjucţia se produce cu 15-50 de ani mai târziu. Această observaţie sugerează faptul că non-disjuncţia ar putea fi cauzată de cel puţin doi factori, şi anume: absenţa recombinării între cromozomii omologi în perioada fetală şi apariţia, mult mai târziu, unor anomalii în formarea fusului de diviziune. • O altă explicaţie a aocierii între vârsta avansată a mamei şi riscul naşterii unui copil afectat de o trisomie autosomală, ar consta în aceea că supravieţuirea embrionilor trisomici ar putea fi rezultatul unei diminuări a răspunsului imun al mamei, odată cu vârsta. • Se apreciază, de asemenea, că non-disjuncţia ar fi favorizată şi de creşterea intervalului de timp dintre ovulaţie şi fertilizare.

10. Procesul de retardare anafazică reprezintă o altă cauză a pierderii de cromozomi. In decursul anafazei, unul sau câţiva cromozomi nu se deplasează spre polii celulei astfel încât după ce membrana celulară se reface în telofază ei sunt excluşi din nucleu, pierzându-se în citoplasmă. • Endoreduplicarea selectivă a fost definită ca o replicare dublă a unei părţi din genom (un cromozom întreg sau o parte de cromozom). • Mitozele multipolare sunt o cauză a aneuploidiilor în special în celulele canceroase. Ele sunt consecinţa formării unui fus multipolar datorat unor diviziuni succesive ale centrosomului şi duc la repartizări inegale ale cromozomilor în celulele fiice. • Un procent relativ mic din numărul de aneuploizi ar putea fi atribuit şi altor factori precum: • tulburarilor autoimune parentale (anticorpi antitiroidieni la mamă); • acţiunea mutagenă a iradierilor medicale; • infecţiile virale materne.

12. Poliploidia • Organismele poliploide conţin în celule un multiplu al numărului haploid de cromozomi. • La om, formele triploide conţin 69 de cromozomi în celule şi au fost întâlnite în special în cazul analizelor citogenetice a produşilor de concepţie avortaţi. • Zigoţii triploizi pot lua naştere fie prin fecundarea unui ovul de către doi spermatozoizi (dispermie), fie, prin fuziunea ovulului cu un globul polar (diginie). • Tetraploizii au la om 92 de cromozomi şi apar cu o frecvenţă foarte mică, tetraploidia fiind cosiderată incompatibilă cu viaţa. Astfel de constituţii genetice au fost identificate în urma realizării analizei cromozomiale a unor produşi de concepţie avortaţi spontan. • Se apreciază că aceste forme apar, cel mai probabil, ca urmare a unei supresii a primei diviziuni de clivare a unui zigot diploid, după separarea cromozomilor dar înaite de diviziunea citoplasmei.

13. Poliploidizarea poate apărea şi în decursul vieţii adulte datorită unor accidente mitotice (endomitoza sau endoreduplicarea). • Celule poliploide au fost evidenţiate în proporţie foarte redusă în măduva osoasă şi în culturile de limfocite, fiind însă foarte frecvente în celulele tumorale. • In cazul endomitozei cromozomii se comportă normal până în profaza târzie când membrana nucleară nu se dezintegrează iar fusul de diviziune nu se formează. • Endoreduplicarea se caracterizează prin două duplicări succesive a cromozomilor în interfază astfel că în profază şi metafază se observă un număr dublu de cromozomi. Procesul de separare a cromozomilor se desfăşoară în mod normal dar el operează pe o garnitură cromozomială dublă şi va duce în final la apariţia a două celule tetraploide.

14. Aberaţii structurale • Aberaţiile structurale ale cromozomilor rezultă ca urmare a apariţiei unor rupturi urmate fie de pierderea segmentului lipsit de centromer, fie de realipirea fragmentului rupt într-o configuraţie diferită. • Aberaţiile cromozomiale pot fi balansate sau nebalansate. • In cazul celor balansate complementul cromozomial rămâne complet deoarece nu a avut loc o pierdere sau un câştig de material genetic. Ca urmare acest tip de aberaţii cromozomiale nu are în general urmări mai puţin rarele situaţii în care unul din punctele de ruptură este localizat la nivelul unei gene funcţionale importante. Purtătorii unor aberaţii cromozomiale balansate prezintă un risc de a avea copii cu un complement cromozomial anormal. • In cazul aberaţiilor cromozomiale nebalansate, se produce o modificare a cantităţii de material genetic iar urmările asupra organismului sunt cel mai adesea severe.

15. Rupturile • Constau în întreruperi ale continuitătii cromatidelor sau cromozomilor însoţite de o deplasare laterală a fragmentelor distale. Ele pot avea trei consecinţe: • reunirea fragmentelor cu refacerea structurii iniţiale a cromozomilor (restituţie); • reunirea cu modificare rezultând diferite tipuri de aberaţii cromozomiale; • lipsa reunirii cu pierderea fragmentului rupt. • Agenţii care provoacă rupturi cromozomiale (agenţi clastogeni) sunt destul de variaţi. Ei pot fii clasificaţi în factori externi (radiaţii, substanţe chimice, virusuri) şi interni (afecţiuni ereditare, îmbătrânirea). Expunerile la doze mari de radiaţii pot fi accidentale sau datorate iradierilor profesionale sau medicale. In grupa agenţilor chimici intră substanţe extrem de numeroase utilizate pe scară largă (chimioterapicele antitumorale, unele antibiotice, pesticide, detergenţi şi aditivi din industria cosmetică sau alimentară). Consecinţele acţiunii virusurilor infecţioase (virusurile hepatitei A şi B, rubeolei) sau oncogene (polyoma, SV-40) sunt extrem de grave iar tabloul modificărilor cromozomiale este complex. • In unele afecţiuni ereditare precum Sindromul Bloom sau anemia Fanconi există în mod spontan un nivel crescut de rupturi cromozomiale. Persoanele care suferă de aceste boli prezintă o incidenţă crescută a anumitor tipuri de cancer.

16. Deleţiile • Deleţiile (lipsurile) constau în piederea unui fragment de cromatidă sau de cromozom. • Ele pot fi terminale sau interstiţiale şi sunt cauzate de rupturi care apar la nivelul cromozomului. • Dacă ruptura a avut loc înainte de faza S a ciclului celular va genera o deleţie cromozomială, iar după această fază o deleţie cromatidică. În urma unor deleţii izocromatidice suprafeţele de ruptură de la capetele cromatidelor pot fuziona, iar în faza următoare a diviziunii, când cei doi centromeri rezultaţi prin clivare migrează spre cei doi poli ai fusului de diviziune, cromatidele ramân unite prin zona de fuzionare realizând o punte anafazică. • In anafază, fragmentele telomerice acentrice nu se pot deplasa spre unul dintre polii celulei datorită faptului că sunt lipsite de centromer. Din această cauză se pierd şi rezultă o lipsă terminală simplă. • Dacă se produc rupturi simultane la ambele capete ale unui cromozom, zonele acentrice se pierd, iar fragmentul cu centromeri formează un cromozom circular (inelar) prin unirea capetelor lipsite de telomere care devin instabile şi au tendinţa de a se uni.

17. Deleţiile sunt datorate, cel mai frecvent, formării unei bucle de încălecare, la nivelul căreia se produce o ruptură dublă rezultând patru capete. Va rezulta un fragment acentric (care la nivelul metafazei formează micronucleii) şi un cromozom cu deleţie. • Contrar aşteptărilor deleţiile intercalare sunt mai frecvente decât cele terminale, deoarece nu implică formarea de noi telomere pentru stabilizarea deleţiilor. • Deleţia constă în pierderea un fragment de cromozom şi prin urmare va duce la apariţia unei monosomii pentru fragmentul pierdut. In general o deleţie mare (mai mare de 2%dintr-un set haploid de cromozomi) este considerată incompatibilă cu supravieţuirea. • Unele deleţii, precum cele care duc la apariţia sindroamelor Wolf-Hirschhorn sau cri-du chat pot fi observate la microscop în preparate obţinute din plăci metafazice. In cazul în care deleţia implică un fragment de dimensiuni foarte mici identificarea se poate face numai prin realizarea unei analize citogenetice în prometafază şi studiilor de hibridizare in situ. Aşa este cazul sindroamelor Angelman şi Prader-Wili.

18. Duplicaţiil • Duplicaţia constă în dublarea unui fragment cromozomial sau cromatidic • Apariţia unei duplicaţii este consecinţa unei rupturi urmate de anexarea segmentului rezultat la cromozomul sau cromatida omoloagă. Fragmentul anexat poate avea o orientare identică cu cea a cromozomului normal, rezultând o duplicaţie în tandem. Uneori înainte de anexare segmentul se roteşte cu 180o rezultând o duplicaţie inversă sau palindrom. • Duplicaţiile pot rezulta şi prin crossing-over inegal între cromatidele unui bivalent.

19. Inversia • Inversia constă în ruperea unui fragment cromozomial urmată de sudarea acestuia în punctele de ruptură, după ce a suferit o rotaţie de 180. • In funcţie de poziţia segmentului inversat, inversiile pot fi terminale sau intercalare. Acest din urmă tip presupune producerea a două rupturi. • In funcţie de poziţia rupturilor inversiile intercalare pot fi: pericentrice, dacă punctele de ruptură sunt situate pe braţe cromozomiale diferite, de o parte şi de alta a cetromerului, şi intercalare sau paracentrice, când cele două puncte de ruptură sunt pe acelaşi braţ. • In meioză inversiile se pot detecta deoarece în timpul sinapselor dintre cromozomii omologi segmentul inversat va forma o buclă cu segmentul omolog normal datorită inversării succesiunii genelor. • Inversiile sunt restructurări cromozomiale balansate dar duc la schimbarea succesiunii genelor pe cromozom fapt ce poate genera un efect de poziţie. Când unul din punctele de ruptură este localizat la nivelul unei gene funcţionale importante efectele pot fi grave. • Un individ care prezintă o inversie pericentrică poate produce gameţi neechilibraţi genetic dacă crossing-overul are loc pe porţiunea segmentului inversat. Ca urmare vor rezulta doi cromozomi omologi

20. Izocromozomi • Izocromozomii sunt cromozomi metacentrici cu bratele identice structural şi funcţional, rezultaţi în urma unor clivări transversale a centromerului. Cel mai frecvent întâlnit izocromozom este cel alcătuit din două braţe lungi ale cromomosomului X. El este răspunzător de cca. 20% din cazurile de sindrom Turner. Fragmente acentrice • Fragmentele acentrice rezultă în urma unor deleţii intercalare sau terminale şi sunt detectabile în metafază. Apartenenţa acestora se poate stabili prin aplicarea tehnicilor de bandare. La sfârşitul mitozei fragmentele acentrice formează unul sau mai mulţi micronuclei. Cromozomii inelari • Un cromozom inelar rezultă ca urmare a fuziuonării suprafeţelor de ruptură ale cromatidelor unui cromozom în urma unor deleţii terminale. Ei sunt însoţiţi cel mai adesea de unul sau mai multe fragmente acentrice. • Cromozomii inelari sunt cel mai adesea incapabili de a trece printr-o diviziune mitotică, astfel încât ei pot fi întâlniţi numai la o parte din celule. Celelalte celule ale individului sunt monosomice datorită absenţei cromozomului inelar.

22. Cromozomi minusculi dubli (dms) • Aceşti cromozomi au aspectul unor sfere mici de cromatină apropiate între ele şi au fost observaţi prima dată în celule provenite din tumori umane. • Faptul că dms se găsesc numai în tumori, se pot întreţine şi chiar înmulţi, a condus la afirmaţia că ele au rol în evoluţia tulpinilor maligne pentru a provoca prăbuşirea mijloacelor de apărare ale gazdei. • Prin tehnicile de bandare s-a constatat că dms nu prezintă centromeri, fapt care face greu de explicat modul în care aceştia pot rămâne timp îndelungat în populaţiile celulare maligne ştiut fiind faptul că formaţiunile acentrice nu se include în nucleu la sfârşitul mitozei.

23. Translocaţiile • Translocaţiile constau în transferul unui segment dintr-un cromozom la un alt cromozom neromolog. Atunci când are loc un schimb reciproc de segmente cromozomiale se realizează o translocaţie reciprocă • Schimbul dintre doi cromozomi neomologi poate fi egal sau inegal, iar detectarea segmentelor implicate se face prin tehnici de bandare. • De cele mai multe ori, complementul cromozomial al individului ce conţine o translocaţie este echilibrat, schimbându-se numai localizarea genelor pe cromozom. • Când un cromozom pierde prin deleţie un fragment ce se va ataşa la un alt cromozom neomolog fără ca la cromozomul deletat să se transfere în schimb un alt fragment se produce o translocaţie nereciprocă

26. Translocaţie robertsoniană (fuziune centrică) • Translocaţia robertsoniană rezultă ca urmare a clivării a doi cromozomi acrocentrici (13, 14, 15, 21 sau 22) la nivelul centromerului sau în apropierea sa, urmată de fuziunea braţelor lungi. • Urmarea unei translocaţii robertsoniene este reducerea numărului de cromozomi la 45. • Deoarece nu se pierde şi nici nu se câştigă material genetic de importanţă majoră, translocaţia robertsoniană este considerată o restructurare balansată. Incidenţa translocaţiilor robertsoniene în populaţie este estimată la 1/1000, cea mai frecventă fuziune centrică fiind cea între braţele lungi ale cromozomilor 13 şi 14.