¿Qué es un cromosoma y cuál es su función?
En el núcleo de las células biológicas existe una sustancia llamada cromatina que se tiñe fácilmente con colorantes básicos. Los cromosomas son sólo otra forma de cromatina. Su composición es la misma, pero existen algunas diferencias debido a las diferentes configuraciones. Los cromosomas se forman a partir de espirales de cromatina durante la mitosis celular. La cromatina de las células procarióticas utilizada para el análisis químico contiene ADN desnudo, es decir, no conectado a otras moléculas. Sin embargo, los cromosomas eucariotas son mucho más complejos, compuestos por cuatro tipos de moléculas: ADN, ARN, histonas (proteínas básicas de bajo peso molecular ricas en lisina y arginina), y al menos cinco tipos diferentes) y proteínas no histonas (ácidas). . La proporción de ADN a histonas es cercana a 1:1.
El número de cromosomas en las células somáticas humanas normales es de 23 pares, con una forma y estructura determinada. Las anomalías en la estructura morfológica o la cantidad de cromosomas se denominan anomalías cromosómicas y las enfermedades causadas por anomalías cromosómicas son enfermedades cromosómicas. Actualmente existen más de 100 enfermedades cromosómicas, que muchas veces pueden provocar clínicamente abortos, neoplasias malignas congénitas, malformaciones congénitas múltiples, cáncer, etc. La incidencia de anomalías cromosómicas no es infrecuente y alcanza entre el 0,5% y el 0,7% en la población general de recién nacidos. Por ejemplo, basándose en un promedio de 3.000 recién nacidos nacidos en nuestro hospital cada año, puede haber entre 15 y 20 casos de anomalías cromosómicas. Alrededor del 50% al 60% de los abortos espontáneos tempranos son causados por anomalías cromosómicas. Las causas comunes de anomalías cromosómicas son la radiación ionizante, la exposición química, la infección microbiana y la herencia. El propósito del examen cromosómico clínico es detectar anomalías cromosómicas y diagnosticar enfermedades causadas por anomalías cromosómicas.
El examen cromosómico implica cultivar sangre periférica a 37°C durante 72 horas bajo la acción del factor estimulante del crecimiento celular fitohemaglutinina (PHA), para obtener un gran número de células en división, y luego añadir colchicina para detener la células en división Durante la metafase, se realizan observaciones cromosómicas. Luego, las células se expanden por hipotonicidad para reducir el entrelazamiento y la superposición entre los cromosomas. Finalmente, las células se fijaron sobre un portaobjetos de vidrio con metanol y ácido acético glacial, y se observó al microscopio la estructura y número de cromosomas. El cariotipo de un varón normal es de 44 autosomas más 2 cromosomas sexuales, X e Y, que a menudo se expresan como 46, XY en los informes de los exámenes. Los autosomas de las mujeres normales son los mismos que los de los hombres, y los cromosomas sexuales son 2 XX, a menudo representados por 46, XX. 46 representa el número total de cromosomas y cualquier número mayor o menor que 46 es anormal. Los cromosomas sexuales faltantes generalmente se indican con una o.
Cada célula del cuerpo humano tiene 23 pares de cromosomas, incluidos 22 pares de autosomas y 1 par de cromosomas sexuales, incluidos el cromosoma X y el cromosoma Y. Un óvulo fertilizado con un par de cromosomas X se convierte en una hembra, mientras que un óvulo fertilizado con un cromosoma X y un cromosoma Y se convierte en un macho. De esta forma, la composición cromosómica sexual normal es XX para las mujeres y XY para los hombres. Esto significa que los gametocitos producidos por la meiosis en las células femeninas contienen un cromosoma X; la mitad de los espermatozoides producidos por los hombres contienen cromosomas X y la otra mitad contiene cromosomas Y. Los cromosomas de los espermatozoides y los óvulos transportan genes genéticos y registran la información genética transmitida de padres a hijos. Asimismo, las enfermedades genéticas también pueden desarrollarse cuando los cromosomas sexuales son anormales. Las anomalías cromosómicas representan aproximadamente del 2% al 21% de la infertilidad masculina, especialmente la oligozoospermia y la azoospermia.
El par de cromosomas sexuales en las células individuales masculinas de los mamíferos es xy; en las femeninas, es XX.
Los cromosomas sexuales de las aves son diferentes a los de los mamíferos: los machos son ZZ y las hembras son ZW.
El ornitorrinco tiene 5 pares de cromosomas sexuales y 25 géneros. Función: La investigación cromosómica es la base de la investigación en genética clínica. Los resultados de la secuenciación muestran que el cromosoma X contiene hasta 1.100 genes. Sorprendentemente existen más de 100 enfermedades relacionadas con él, como el cromosoma X frágil, la hemofilia, el autismo, la obesidad, la distrofia muscular, la leucemia, etc. ¡Parece que este cromosoma definitivamente no será subestimado!
La otra mitad del cromosoma X es el cromosoma Y. También se completó la secuenciación del cromosoma Y humano y se descubrió que no es tan frágil como se pensaba anteriormente. Hay un gen determinante del "testículo" en el cromosoma Y, que es muy importante para la determinación del sexo. Actualmente, existen más de una docena de enfermedades relacionadas con el cromosoma Y. Si se compara el genoma humano con un libro grueso, este libro consta de 23 capítulos, cada capítulo tiene su propia historia.
Hasta el momento, los autosomas secuenciados incluyen los cromosomas 5, 6, 7, 9, 10, 13, 14, 16, 19, 20, 21 y 22. Las enfermedades cromosómicas se caracterizan por grandes defectos o duplicaciones en genes, provocando anomalías evidentes en el desarrollo de la inteligencia y la apariencia del paciente e incluso en muchos órganos del cuerpo, como el síndrome de Down y las microdeleciones. Nuevos avances en la edición de secuenciación del genoma Este período de investigación del genoma, representado por el Proyecto Internacional del Genoma Humano, es un "punto caliente" en la investigación biotecnológica actual. La finalización del borrador del genoma humano presagia una nueva era: la era posgenómica. Los animales cuyos genomas han sido secuenciados hasta ahora incluyen Caenorhabditis elegans (1998), Drosophila melanogaster (2000), perro (2004) y pollo (2004). Investigadores chinos han completado de forma independiente la secuenciación completa del genoma del arroz, gusanos de seda, pollos, insectos chupadores de sangre y otras especies. Edite este párrafo 1 para conocer las indicaciones clínicas para el examen cromosómico. Personas con disfunción reproductiva
Al menos entre el 7% y el 10% de las mujeres con disfunción reproductiva como infertilidad, abortos múltiples, teratomas, etc. son portadoras de anomalías cromosómicas. Anomalías estructurales cromosómicas comunes, como translocaciones e inversiones equilibradas, y anomalías cuantitativas, como 45, XO o 47 XXXY causadas por la falta de un cromosoma X en las mujeres o un cromosoma Y adicional. Translocaciones e inversiones equilibradas, debido a que no hay pérdida de genes, los propios portadores a menudo no padecen la enfermedad, pero las anomalías cromosómicas de sus células germinales pueden causar infertilidad, abortos espontáneos, teratogénesis y otras disfunciones reproductivas. Un número anormal de cromosomas sexuales no sólo conduce a la infertilidad, sino que también a menudo conduce a características sexuales secundarias anormales.
2. Personas con características sexuales secundarias anormales
Comunes en mujeres, como amenorrea primaria, pobre desarrollo sexual, baja estatura, cúbito valgo, pecho en escudo y retraso mental leve, pequeño o ausencia de vello púbico y axilar, línea del cabello baja, infertilidad, etc. , considere si hay una anomalía en el cromosoma X. Las anomalías comunes del cromosoma X incluyen el síndrome de Turner y el cromosoma X en anillo. Las pacientes con síndrome de Turner tienen un cromosoma X menos que las mujeres normales y tienen un cariotipo de 45, XO. Por alguna razón, los pacientes con cromosomas X circulares rompen ambos extremos del cromosoma X al mismo tiempo y los vuelven a unir en los puntos rotos. Cuanto más pequeño es el cromosoma circular, más graves son los síntomas clínicos. La detección temprana de estas anomalías y el tratamiento adecuado pueden mejorar hasta cierto punto las características sexuales secundarias y también pueden conducir a la fertilidad.
3. Genitales externos hermafroditas
Para pacientes con genitales externos ambiguos, como hipospadias del pene e hipertrofia del clítoris que parece un pene, a menudo es difícil determinar correctamente el género en función de la apariencia de los genitales. Las pruebas de cromosomas sexuales pueden ayudar a confirmar el diagnóstico. Según los resultados del examen cromosómico y otros exámenes clínicos, el hermafroditismo se puede dividir en hermafroditismo verdadero, pseudohermafroditismo y síndrome de inversión sexual.
1. Hermafroditismo verdadero: los genitales internos tienen ambos sexos, es decir, hay testículos, conductos deferentes, ovarios y trompas de Falopio. El examen cromosómico muestra dos tipos: 1,46,XX/46,XY, es decir, hay dos líneas celulares en un organismo y la proporción de cada célula determina la orientación sexual. La razón es: los espermatozoides X y los espermatozoides Y fertilizan dos óvulos al mismo tiempo, o los espermatozoides X y los espermatozoides Y fertilizan el óvulo y el cuerpo polar que se acaban de formar y que aún no se han excretado del cuerpo. 2. El cariotipo es 46,XX, pero algunos genes o fragmentos del cromosoma Y se localizan fácilmente en el cromosoma X, o los genes autosómicos están mutados y tienen la función del cromosoma Y.
2. Pseudohermafroditismo: Se divide a su vez en pseudohermafroditismo femenino y pseudohermafroditismo masculino. El pseudohermafroditismo femenino se manifiesta como genitales internos femeninos, incluidos el útero, los ovarios y las trompas de Falopio, y la prueba cromosómica es 46,XX. Los genitales internos del pseudohermafroditismo masculino son masculinos, es decir, las gónadas son testículos y el cariotipo es 46, XY.
3. Síndrome de inversión de sexo: es decir, el cariotipo es opuesto al fenotipo. Por ejemplo, el cariotipo es cariotipo femenino 46, XX, pero el fenotipo es masculino; XX.XY, pero se comporta como una mujer. Las principales manifestaciones clínicas de los varones 46.XX son displasia testicular, criptorquidia, hipospadias del pene, pocos o ningún esperma y posiblemente bigotes laríngeos. El vello escaso en las axilas tiene una tasa de incidencia de 1/20.000 personas. 46. Las principales manifestaciones clínicas de las mujeres XY son estatura alta, ovarios en forma de cordón, ausencia de útero, ceguera vaginal, amenorrea primaria y mamas poco desarrolladas.
4. Los niños con malformaciones múltiples congénitas y retraso mental y las enfermedades cromosómicas de sus padres se manifiestan como malformaciones múltiples y retraso mental. Las manifestaciones clínicas comunes incluyen cabeza pequeña, cabello escaso, ojos muy espaciados, orejas de implantación baja, cuello corto, nariz corta, hipoplasia de los genitales externos, paladar hendido, hipotonía o hipertonía, epilepsia, perforación palmar, atresia anal, estatura baja y alteraciones del desarrollo. retraso, pequeñas hendiduras en los ojos y línea del cabello baja.
Las pruebas cromosómicas pueden detectar anomalías como la trisomía 21.
5. Temperamento anormal.
Los hombres altos, feroces y agresivos pueden tener anomalías en los cromosomas sexuales. Por ejemplo, con el síndrome XYY, el examen cromosómico muestra que los hombres tienen un cromosoma Y más que los hombres normales, con un cariotipo de 47, XYY. La mayoría de los pacientes tienen fenotipos normales, es decir, están sanos y a menudo son fértiles, pero el número de descendientes masculinos también es 47 y la probabilidad de XYY es mayor de lo normal. La incidencia de esta enfermedad representa 1/750 de la población masculina general. Los hombres con cuerpos delgados, extremidades delgadas, penes pequeños, testículos poco desarrollados y azoospermia a veces pueden ir acompañados de anomalías mentales. Se necesita una prueba cromosómica para determinar si tienen síndrome de Coriolis. Los pacientes con esta enfermedad tienen un cromosoma X más que los hombres normales y su cariotipo es 47,XXY. Su tasa de incidencia es de 65.438+0/800 en hombres en general, 65.438+0% en hombres con retraso mental y 65.438+0/65.438+00 en hombres infértiles.
6. Quienes hayan estado expuestos a sustancias nocivas.
Radiaciones, productos químicos, virus, etc. Puede provocar rotura cromosómica. Si un cromosoma se rompe y los fragmentos originales no se vuelven a unir en su posición original, se formarán varios cromosomas anormales, como deleciones, translocaciones, inversiones, duplicaciones y cromosomas circulares. Si estas distorsiones ocurren en las células del cuerpo, causarán las enfermedades correspondientes, como los tumores. Si la aberración ocurre en las células germinales, se producirán efectos genéticos que afectarán a las generaciones futuras y provocarán abortos espontáneos, muertes fetales y niños deformes.
7. Examen prematrimonial
El examen prematrimonial puede detectar portadores de cromosomas anormales con fenotipos normales, como translocaciones e inversiones cromosómicas equilibradas. Las translocaciones e inversiones cromosómicas equilibradas son fenotipos normales porque los genes no se pierden, pero pueden provocar fácilmente abortos espontáneos, teratogénesis y muerte fetal. El aborto a ciegas provocará un aumento en la tasa de natalidad de bebés deformes. El examen prematrimonial también puede revelar que el fenotipo es básicamente normal, pero los cromosomas sexuales son anormales. Estos pacientes pueden presentar disfunción sexual e infertilidad. Por lo tanto, el examen prematrimonial es de gran importancia para la atención prenatal y posnatal.
8. Pacientes con leucemia y otros tumores
Las anomalías cromosómicas en la leucemia y otros tumores pueden provocar la expresión de oncogenes en las células sanguíneas, provocando que las células sanguíneas crezcan sin control. Las diferentes leucemias suelen tener sus propias anomalías cromosómicas características, por lo que el examen cromosómico es útil en el diagnóstico y pronóstico de la leucemia.
1. Leucemia mielógena crónica: El cromosoma Ph es su cromosoma marcador, que se forma por translocación mutua de fragmentos parciales de los cromosomas 9 y 22. La aparición del cromosoma Ph es un claro indicador diagnóstico de leucemia mielógena crónica. La aparición o desaparición del cromosoma Ph durante el tratamiento también puede utilizarse como índice de referencia para la eficacia y el pronóstico.
2. Leucemia aguda no linfocítica: Los cambios cromosómicos son principalmente la translocación mutua de los cromosomas 8 y 21, y la translocación mutua de los cromosomas 15 y 17, formando 4 cromosomas anormales y 12 cromosomas adicionales. Número de cromosomas.
3. Leucemia linfoblástica aguda: el examen cromosómico muestra que los cromosomas 8 y 14 se translocan, los cromosomas 4 y 11 se translocan y los cromosomas 9 y 22 se translocan para formar 6 cromosomas anormales y un cromosoma 21 adicional. agregado.
Cromosomas y Genética
Debido a las características especiales del cromosoma Y, también se utiliza como medio para encontrar linajes en muchas ramas nuevas de la antropología como la antropología molecular, como la Detección de Y-SNP, Y-STR, etc. En la actualidad, hay doctores relativamente autorizados en este campo en China, como el Dr. Li Hui, el Sr. Wenbo y el Sr. Li Jing de la Universidad de Fudan. El empaquetado de los cromosomas en realidad se refiere a cambios estructurales adicionales en el ADN nuclear basados en la doble hélice. El empaquetamiento de enormes cadenas de ADN en cromosomas sólo puede lograrse mediante múltiples niveles de cambios estructurales. Estos cambios estructurales son generalmente la formación de superhélices de orden superior. El nucleosoma discutido anteriormente puede considerarse como el empaquetamiento primario del ADN cromosómico. Es decir, se forma una estructura de "cuentas en una cuerda" de nucleosoma con un diámetro de 11 nm a partir de una proteína de doble hélice de ADN con un diámetro de 2 nm. Si la distancia ascendente de cada par de bases a lo largo del eje central de la hélice es de 0,34 nm, entonces la longitud estirada del ADN de 200 pb (un fragmento de ADN del nucleosoma) es de 68 nm, y el nucleosoma tiene solo 11 nm (diámetro del nucleosoma) después formación. Si se aumenta la fuerza iónica y se retiene H1, se puede observar mediante microscopía electrónica que la fibra de 10 nm se transformará en una fibra más gruesa de 30 nm, que es el embalaje secundario del ADN cromosómico.
El modelo de estructura de empaque secundario actualmente reconocido es la fibra solenoidal, que es un solenoide hueco hecho de fibras de nucleosoma enrolladas con un diámetro exterior de 30 nm y 6 nucleosomas por vuelta. Por lo tanto, el empaquetamiento primario del ADN se reduce en un factor de 6 debido a la formación del solenoide. Según la teoría de la doble hélice del ADN completamente extendida, cada solenoide contiene una cadena de ADN con una longitud de 408 nm (6 × 68 nm). La longitud de cada solenoide es casi igual al diámetro del nucleosoma, que es de 11 nm. del cromosoma es Este empaquetado equivale a comprimir la longitud del ADN casi 40 veces. H1.
Un paquete más avanzado basado en fibras de solenoide consiste en formar un solenoide toroidal. Las observaciones de microscopía electrónica muestran que la estructura tiene 30 nanómetros de diámetro, con fibras envueltas alrededor de un esqueleto central compuesto por algunas proteínas no histonas. Es decir, ciertas partes de las fibras del solenoide en ciertos intervalos son "tiradas" y fijadas en el eje de la proteína. Como resultado, se crearon muchos anillos que sobresalían de la columna vertebral. Cada anillo en las células animales contiene ADN de 5-10 × 104 pb, lo que obviamente comprime en gran medida la fibra solenoide. Se cree que la formación de bucles es una estructura ideal para la expresión genética. Estas regiones de bucle son unidades activas de expresión genética. Parece razonable entender esto por el hecho de que el anillo de ADN tiene una estructura más extendida que otras regiones. En la Figura 1-21 se muestra el proceso por el cual la hélice bicatenaria del ADN pasa a través del solenoide circular de empaquetamiento de tres etapas. Una vez completado el empaquetado de tres etapas anterior, la cadena de ADN no se comprime lo suficiente como para formar cromosomas que puedan ser alojados en el núcleo celular. Las fibras solenoides con regiones en forma de anillo deben rizarse y plegarse aún más de cierta manera para, en última instancia, completar el empaquetamiento cromosómico en las diferentes etapas del crecimiento y la reproducción celular. Aún no está claro cómo se produce este mayor nivel de embalaje complejo. Pero sin duda es una parte importante del empaquetado del ADN cromosómico. Desde el anillo de fibra del solenoide hasta el empaquetamiento y luego la formación de los cromosomas, debería ser la etapa con el mayor grado de compresión del ADN, estimado en 200-240 veces. Después de empaquetarse en todos los niveles, el ADN cromosómico se comprime miles de veces, de modo que las moléculas de ADN de varios centímetros de largo en cada cromosoma (por ejemplo, la longitud promedio de las moléculas de ADN en los cromosomas humanos es de 4 cm) pueden acomodarse en el núcleo de unos pocos micrómetros de diámetro (por ejemplo, humano El diámetro del núcleo es de 6-7 μm).