Aneuploidia este starea celulelor in care au unul sau mai multi cromozomi in exces sau lipsa, diferind de numarul haploid, diploid sau poliploid al celulelor care alcatuiesc un organism dintr-o anumita specie.
Intr-o celula aneuploida, numarul de cromozomi nu apartine unui multiplu perfect al setului haploid, deoarece acestia au pierdut sau au castigat cromozomi. De obicei, adaugarea sau pierderea cromozomilor corespunde unui singur cromozom, sau unui numar impar al acestora, desi uneori pot fi implicati doi cromozomi.
Aneuploidiile apartin modificarilor cromozomiale numerice si sunt cele mai usor de identificat citologic. Acest dezechilibru cromozomial este putin sustinut de animale, fiind mai frecvent si mai putin nociv la speciile de plante. Multe malformatii congenitale la om sunt cauzate de aneuploidie.
Cauze
Pierderea sau castigul unuia sau mai multor cromozomi in celulele unui individ se datoreaza, de obicei, pierderii translocatiei sau nedisjunctiei in timpul meiozei sau mitozei. Ca urmare, doza genelor indivizilor este modificata, ceea ce, la randul sau, provoaca defecte fenotipice severe.
Modificari ale numarului de cromozomi pot aparea in timpul primei sau a doua diviziuni a meiozei, sau ambele in acelasi timp. Ele pot avea, de asemenea, originea in timpul diviziunii mitotice.
Aceste esecuri in diviziune sunt efectuate in meioza I sau meioza II, in timpul spermatogenezei si oogenezei, aparand si in mitoza in diviziunile timpurii ale zigotului.
In aneuploidii, nondisjunctia apare atunci cand unul dintre cromozomi cu perechea sa omoloaga trece la acelasi pol celular sau este adaugat la acelasi gamet. Acest lucru se intampla probabil din cauza diviziunii premature a centromerului in timpul primei diviziuni meiotice in meioza materna.
Cand un gamet cu un cromozom suplimentar se alatura unui gamet normal, apar trisomii (2n+1). Pe de alta parte, atunci cand un gamet cu un cromozom lipsa si unul normal se unesc, se produc monosomii (2n-1).
Tipuri
Aneuploidiile apar frecvent la indivizii diploizi. Aceste modificari ale numarului de cromozomi sunt de mare relevanta clinica la specia umana. Acestea includ diferite tipuri, cum ar fi nulisomiile, monosomiile, trisomiile si tetrasomiile.
Nulizomie
In celulele nulizomice se pierd ambii membri ai unei perechi omoloage de cromozomi, reprezentati ca 2n-2 (n este numarul haploid de cromozomi). La oameni, de exemplu, cu 23 de perechi de cromozomi omologi (n=23), adica 46 de cromozomi, pierderea unei perechi omoloage ar duce la 44 de cromozomi (22 de perechi).
Un individ nullisomic este, de asemenea, descris ca fiind unul caruia ii lipseste o pereche de cromozomi omologi in complementul sau somatic.
Monosomia
Monozomia este deletia unui singur cromozom (2n-1) din perechea omoloaga. La un om cu monosomie, celula ar avea doar 45 de cromozomi (2n=45). In cadrul monosomiei gasim monoizomia si monotelosomia.
In celulele monoizozomale, cromozomul prezent fara perechea sa omoloaga este un izocromozom. Celulele monotelozomale sau monotelocentrice poseda un cromozom telocentric fara perechea sa omoloaga.
Trisomie
In trisomii, aparitia sau adaugarea unui cromozom are loc intr-o pereche omoloaga, adica exista trei copii omoloage ale aceluiasi cromozom. Este reprezentat ca 2n+1. La oamenii cu celule trisomice se gasesc 47 de cromozomi.
Unele afectiuni bine studiate, cum ar fi sindromul Down, apar ca o consecinta a trisomiei cromozomului 21.
Constitutia cromozomului suplimentar permite clasificarea trisomiei in:
- Trisomic primar: Cand cromozomul suplimentar este complet.
- Trisomic secundar: Cromozomul suplimentar este un izocromozom.
- Trisomic tertiar: In acest caz, bratele cromozomului ramas apartin a doi cromozomi diferiti ai complementului normal.
Tetrasomie
Tetrasomia apare atunci cand exista adaugarea unei perechi complete de cromozomi omologi. La om, tetrasomia are ca rezultat indivizi cu 48 de cromozomi. Este reprezentat ca 2n+2. Perechea de cromozomi suplimentari este intotdeauna o pereche omoloaga, adica vor exista patru copii omoloage ale unui anumit cromozom.
La acelasi individ pot aparea mai mult de o mutatie aneuploida, rezultand indivizi dublu trisomic (2n+1+1), dublu monosomic, nul tetrasomic etc. Experimental au fost obtinute organisme sextuplo-monozomale, cum este cazul graului alb ( Triticum aestivum ).
Exemple
Liniile celulare formate in urma unui proces de non-disjunctie a cromozomilor sunt de obicei neviabile. Acest lucru se datoreaza faptului ca multe dintre aceste celule raman fara informatii genetice, ceea ce le impiedica sa se inmulteasca si sa dispara.
Pe de alta parte, aneuploidia este un mecanism important de variatie intraspecifica. Un complement haploid de 12 cromozomi se gaseste in planta de buruieni Jimson ( Datura stramonium ), astfel incat sunt posibile 12 trisomici diferite. Fiecare trisomic implica un cromozom diferit, fiecare prezentand un fenotip unic.
La unele plante din genul Clarkia , trisomia actioneaza si ca o sursa importanta de variabilitate intraspecifica.
Aneuploidie la om
La om, aproximativ jumatate din avorturile spontane din primul trimestru de sarcina sunt cauzate de o alterare numerica sau structurala a cromozomilor.
De exemplu, monosomiile autozomale nu sunt viabile. Multe trisomii, cum ar fi cea a cromozomului 16, sunt frecvent avortate, iar in monosomia cromozomului X sau a sindromului Turner celulele sunt viabile, dar zigotii X0 sunt avortati prematur.
Aneuploidia cromozomilor sexuali
Cele mai frecvente cazuri de aneuploidii la barbati sunt legate de cromozomii sexuali. Alterarile numarului de cromozomi sunt mai bine tolerate decat modificarile cromozomiale autozomale.
Aneuploidia afecteaza numarul de copii ale unei gene, dar nu si secventa sa de nucleotide. Pe masura ce dozajul unor gene este modificat, concentratiile produselor genetice sunt de asemenea modificate. O exceptie de la aceasta relatie intre numarul de gene si proteina produsa apare in cazul cromozomilor sexuali.
La unele mamifere (soareci si oameni), are loc inactivarea cromozomului X, ceea ce permite femelelor si masculilor sa aiba aceeasi doza functionala de gene legate de cromozomul mentionat.
In acest fel, cromozomii X suplimentari sunt inactivati in aceste organisme, facand posibil ca aneuploidia acestor cromozomi sa fie mai putin daunatoare.
Unele boli, cum ar fi sindromul Turner si sindromul Klinefelter, sunt cauzate de aneuploidii in cromozomii sexuali.
Sindromul Klinefelter
Indivizii cu aceasta afectiune sunt fenotipic masculin, cu unele trasaturi efeminate. Prezenta unui cromozom X in plus la indivizii de sex masculin este cauza acestei boli, acesti indivizi prezentand 47 de cromozomi (XXY).
In cazurile severe ale acestei afectiuni, barbatii au voci foarte ascutite, picioare lungi, o dezvoltare mica a parului pe corp si solduri si sani feminini foarte marcati. In plus, sunt sterili si pot avea o dezvoltare mentala redusa. In cazurile mai usoare, sunt prezente un fenotip masculin si o dezvoltare cognitiva normala.
Sindromul Klinefelter apare la aproximativ unul din 800 de barbati nascuti vii.
Sindromul Turner
Sindromul Turner este cauzat de pierderea partiala sau completa a unui cromozom X si apare la femei. Aceasta alterare cromozomiala are loc in timpul gametogenezei printr-un proces de nondisjunctie postzigotica.
Alterarile cariotipului diferite produc fenotipuri diferite in sindromul Turner. Cand materialul din bratul lung al unuia dintre cromozomii X (terminal sau interstitial) este pierdut, la pacientii cu aceasta afectiune apar insuficienta ovariana primara sau secundara si statura mica. Prezenta limfedemului si a disgenezei gonadale este, de asemenea, frecventa.
In general, fenotipul femeilor cu aceasta boala este normal, cu exceptia staturii mici. Diagnosticul acestui sindrom depinde, asadar, de studiul si prezenta alterarii citogenetice.
Aceasta boala apare la aproximativ unul din 3000 de nou-nascuti de sex feminin, cu o frecventa mai mare a avorturilor spontane, adica nu mai mult de 5% dintre embrionii care se formeaza cu aceasta alterare reusesc sa se dezvolte complet pana la termen.
Aneuploidie autozomala
Persoanele nascute cu aneuploidii cromozomale autozomale sunt rare. In majoritatea cazurilor in care apare acest tip de mutatie, apar avorturi spontane, cu exceptia aneuploidiei autozomilor mici, cum este cazul trisomiei cromozomului 21.
Se crede ca, deoarece nu exista mecanisme de compensare pentru dozele genetice in cromozomii autozomali, modificarile compozitiei lor sunt mult mai putin tolerate de catre organisme.
Sindromul Down
Dimensiunea redusa a cromozomului 21 permite prezenta unor copii suplimentare ale genelor, fiind mai putin daunatoare decat cromozomii mai mari. Acesti cromozomi au mai putine gene decat orice alt autozom.
Sindromul Down este cea mai frecventa aneuploidie autozomala la om. In Statele Unite, aproximativ una din 700 de nasteri au aceasta afectiune.
Se estimeaza ca 95% din cazuri sunt cauzate de nedisjunctie, determinand trisomia 21 libera. Restul de 5% este produs prin translocare, frecvent intre cromozomii 21 si 14. Prevalenta acestei afectiuni depinde in mare masura de varsta materna la conceptie.
S-a stabilit ca intre 85 si 90% din cazuri prezenta trisomiei 21 libere este asociata cu modificari meiotice materne. Indivizii cu aceasta afectiune se caracterizeaza prin a fi hipotonici, hiperextensibili si hiporeflexivi.
In plus, au un craniu moderat mic, cu un occiput plat, cu cap ramificat, nas si urechi mici si o gura mica, inclinata in jos, cu proeminenta frecventa a limbii.
