Human Chromosomes Nedir

Human chromosomes nedir

1 KAYNAKLAR VE İNSAN SİTOGENETİĞİNİN YÖNETİMİ

Sitogenetik, hücre nükleusuna bağlı olan kalıtım, kromozom evrimi, görevleri ve yapılarıyla çalışır Erken germline hücreleri ve somatik bölümler boyunca kromozom davranışlarının Sitogenetik görevleri kromozomun (mitoz) iki bölümündeki aynı kardeş hücreleri oluşturmak ya da son iki germline hücre bölümlerini kromozomun (mayoz) tek bölümlü gen hücrelerini oluşturmaktır İnsan sitogenetiği bu işlemlerin nasıl yanlışa gittiğini ve yapıların nasıl belirlenerek değiştiği kaygılarını ortaya çıkardı çünkü kromozomun yapısı ve numaralarındaki değişimler zihinsel bozukluklara, çoklu şekil bozuklukları, kanser, kısırlık ve spon çocuk düşürme gibi büyük değişimlere neden olur

1-a) SİTOLOJİ, GENETİK VE DNA KİMYASI

İnsan sitogenetiğinin ondokuzuncu yüzyılda başlaması mikroskobun yapısının gelişmesine yardımcı olmuş, hücre yapılarının karışımları ve kimyasal boyalar ayrıcalıklı olarak çekirdeği ve kromozomları koyulaştırır Sitolojide erken çalışanlar (şu anda hücre biyolojisi olarak anılır) hücre teorisinin karmaşık yapısına, bütün yaşam hücrelerinin öncül hücrelerden geldiğine rehberlik eder İnsan kromozomlarının ilk çalışma bilgileri Fleming tarafından 1889 yılında sağlanmıştır Bununla beraber; Beneden, Strasburger, Waldeyer ve diğerleride uzun zaman çalışmış, çalışmalarında kromozom davranışlarının mitoz ve mayozda tutarlı ve onların anahtarlarının hemen hemen hayvanlarda ve bitkilerde aynı olduğuna rehberlik etmişlerdir 1892 yılında Weissmann’ın kromozomların kalıtımın temeli olduğunu talep etmesi en etkileyici kanıttır Genetik analiz metodu bu hipoteze ihtiyaç duymuştur Bu, 1901 yılında Mendel kalıtım prensiplerinin bulunmasıyla sağlanmıştır O yıl içinde, Suttan ve Boveri bağımsız olarak homolog kromozomlarının her birinin ayırımını ve homolog olmayan bütün kromozomların mayozda eğer kromozomlar tarafından taşınıyorsa Mendel’in tek faktörüne (gen) karşılık geldiğini rapor etmişlerdir Bu, sitogenetiğin genetiğe ilk büyük teorik yardımı ve her bir kromozomun çok farklı genleri taşıması gerektiğinin anlaşılmasına rehberlik etmiştir Yoğun çabalar yaklaşık olarak 90 yıl sonra organizmanın genleri her kromozom uzunluğu boyunca düz bir sırayla yerleştiği, her genin belirli bir kromozomda tek lokalizasyona sahip olduğu gösterilmiştir Ama genin doğal kimyası nedir? Avery, McLeod ve MacCarty’nin çalışmalarının öncülüğüyle, 1944 yılında genlerin deoksiribonükleik asit ya da DNA da toplandığı, proteinde olmadığı saptanarak yayımlanmıştır

Miescher’in çalışmalarından önce hücre çekirdeğinin büyük unsurunun DNA da hazır bulunduğu biliniyordu 1924 yılında, Feulgen, DNA nın özel kimyasal modifikasyonlarla sıralanmasını, çekirdek ve kromozomları kimyasal boyalarla koyulaştırmak için bir metot geliştirdi Bu Feulgen reaksiyonu ya da boyaması, bireysel çekirdeklerin ve dokuların içeriği DNA nın niceliklerinin ölçülenmesine izin verdi sonra sitofotometrik metotlar gelişti Her organizmanın hücreleri karakteristik DNA miktarına, büyüyün diploid vücut hücreleri (2n) miktarına, haploid eşey hücreleri (c) miktarına sahiptir 3,65 pikogram haploid sperm DNA sı, haploid genomun ölçümünün tahminin ya da tüm insan kromozomunun tamamını: tahminen 3,4 milyar nükleotid baz çifti, ölçümünü sağlar

DNA da nükleotid baz çiftlerinin varlığı, 1953 yılına kadar bilinmiyordu Watson ve Crick, Wilkins’in X-ışın kristalografik verilerinin yardımıyla, DNA nın baz çiftleri arasanda hidrojen bağlarının yardımıyla iki uzun spiral zincir olduğunu önerdiler Her bir adenin ve timin arasında iki hidrojen bağı ve her bir guanin ve sitozin de üç hidrojen bağıyla bağlıdır DNA nın yapısının önerilmesiyle sadece izin verilen baz çiftlerinin tipleri oluşturuldu Tüm zincirde, bazların dizisi diğer baz dizisine karşılık gelir Diğer taraftan, genetik bilgiler DNA nın uzunluğu boyunca yerleşen baz dizileriyle özelleşen kromozom dizileri tarafından taşınır Crick, DNA nın bir zincirinden oluşturulan mRNA ve DNA da üçlü bazların peşpeşe kodlandığı bilgisini sundu Nirenberg, Mathai ve Ochoa tüm genetik kodlarla çalıştılar–zinciri sonlandıran stop kodonları ve protein ya da polipeptid zinciri oluşturan özel her bir aminoasidi kodlayan tripletleridir (kodon) Bu genetiğin başlığını tamamladı ve Garrod, Beadle ve Tatum’un erken keşfettiği enzşm proteininin bir gen ürünü olduğu “bir gen-bir enzim” hipotezini açıkladı

1-b) İNSAN SİTOGENETİĞİNİN ATALARI

İnsan sitogenetiğinin sitolojik tarihi Makino tarafından 1975’te kapsamlı olarak gözden geçirilmiştir İnsan kromozomlarındaki bazı çalışmalar 1952’den önce yayımlandı Painter 1923’te insan kromozom sayısının 48 olduğunu buldu, 33 yıl sonra bunun hata olduğu ortaya çıktı Onun raporu sessiz kaos yarattı: sonra bu bireysel bir kurumda bazı hücrelerin analiziyle tamamlandı Bu sayı bu bireyler için uygundu Bununla beraber, araştırıcılar için eksik metotların nedenleri oldukça açıktı Testlerin seri bölümlerini sınadılar Çünkü; Üst üste kötü bir şekilde binen kromozomlar odaksal bir yerde değildi İnsan kromozomları doğru çalışmalar, bazı teknik gelişmelerden sonra uygun hale geldi Düzelen hücre kültürü metotları kayarken ezilebilen bireysel gelişim hücrelerini oluşturdu Blakeslee ve Eigsti 1936 yılında kolisini yok eden metafazdaki mitotik uzun ve blok hücreleri gösterdi, gelişim onların çalışmalarıyla oldu Hsu, 1952 yılında yayılan kromozomlarda karışıma düzgün etiket vererek, hipotonik tuz solüsyonunda hücrelerin davranışını keşfetti, özellikle; tek hücre solüsyonunun kullanımıyla birleştirdi ve hipotonik muameleden önce hücrelere kolisin ekledi

Bu yeni metotların avantajlarıyla, Tjio ve Levan(1956) bazı bireylerden aldıkları embriyolojik hücre kültürleriyle yaptıkları çalışmalarda insan diploid kromozom sayısının 46 olduğu saptandı Aynı yıl Ford ve Hamerton bunu spermatogoniumda doğruladı ve hücrelerin mayozda bivalent ya da 23 çift kromozoma sahip olduğunu gösterdi Metotlar düzeltmeye devam etti Açıkta kuruyan hücre süspansiyonların mikroskopta kayması daha iyi bir yayılım gösterdi ve metafazda aynı odaksal noktalara doğru çekildi Hücre kültür tekniklerinde önemli değişiklikler 1960 yılında Moorhead ve iş arkadaşları tarafından keşfedildi ve periferal kan doku birkaç gün içinde kültürde gelişti ve tohum haline geldi Çünkü kan örnekleri elde edilebilir hazırlıklardır, kromozom çalışmaları kolayca ve yavaşça neredeyse yerine getirilebilir Bazı kültürler insan kromozom kaynaklarında kullanılan ana kaynaklardan birsidir En önemli ilave kaynak amniyotik sıvıdır 1966 yılında, Steele ve Breg amniyotik sıvıdan alınan hücre kültürlerini fetusun yapısal kromozomlarını belirlemede kullanıldığını rapor etti Bu teknik prenatal kromozom çalışmalarında ana tekniktir, ilk trimester pregnancy boyunca plesentadan alınan kronik villus biyopsisindeki hücre kültürleri büyüme sayılarını yerine getirebilir

1-c) KLİNİK SİTOGENETİĞİN DOĞUŞU

Yeni teknikler, çoklu şekil bozukluklarına sahip olmayı ve zihin ticareti yapmayı bireylere yakın bir zamanda sağladı Miller (1995) büyük referanslarla bu erken evrelerin kısa eleştirilerini verdi Lejeune ve diğerleri (1959) seks kromozomu olmayan en küçük kromozomunun birinde,21 numaralı kromozomun 2normalinin yerine 3 kopyanın (trisomi) hazır bulunmasının bazılarında Down sendromu oluşturduğunu buldu Aynı yıl Ford ve iş arkadaşları tek X (XO ya da monozomi X) ya da XO/XX mozaik XO ve XX beraber olduğu hücrelere sahip olan dişilerde Turner sendromu yayımlarken, Jacobs ve Strong XXY tamamlamasına sahip olan erkeklerde Klinefelter sendromunu buldu Onlar ilk çift anöploidiydi rapor etti: klinefelter ve down sendromu 48 kromozoma sahip bir adamda ekstra kromozom 21 ve ekstra seks kromozomu vardı Bu gözlemler insanda birbirine bağlı seks kararlılığını ya da Y kromozomunun olmaması ve Drosophila’da olduğu gibi otozomal bölümlerde X kromozomunun onarımının olmadığını gösterdi Y kromozomunda XXXY ve XXXXY bireylerinin erkek olmasıyla, 3 ya da 4 X kromozomunun bulunması bile erkek kararlılığını sağlar XO/XY mozaik ya da XX/XY chimeraz’da olduğu gibi sadece hücrelerin ölümünde sadece Y kromozomuna sahip bireyler iki spermin fertilizasyonundan, gelişimleri belirlenir(Bölüm 19 ve 21)

21 trizomi hastalarında çoklu şekil bozukluklarının hazır bulunuşu diğer otozomal hastalar arasında arama yapmaya rehberlik eder Sırasıyla Patau ve Edwards tarafında 1960 yılında trizomi 13 ve trizomi 18 keşfedildi Eklenmeyen trizomiler liveburnde bulundu, böylece fetus ya da spontan düşük emriyolarda normal olmayan kromozomların aranmasına dikkat edildi, şöyleki embriyonik lethaller için trizomi üzerine alındı Carl ve sonra da Bove’un grubu spontan düşüklerde büyük çalışmalarda bulundu ve bütün tanınan pregnancylerde otozomal trizomileri gösterdi İlaveten, XO ve triploid düşükler noktalandı: tanınan pregnancylerin yaklaşık % 1’i uyduruldu Açıkça, bu kromozom yasaları öldürücü ve insan mayozu hataya eğilimliydi

Sadece yapısal saptırmalar, 1970’den önce uygun metotlarla kontrol edilebilen kromozomun kol ve boylarındaki büyük değişimlere neden oldu 14 ve 21 numaralı kromozomların iki akrosentrik uzun kolları gerekirken, bunlar Robertsonion translokasyonunu içine aldılar Annenin genç olması ya da etkilenmiş bir akrabanın olması, Penrose, Fraccaro ve diğerlerinin müstesna olarak down sendromundaki çalışmalarının nedeniydi (Bölüm 13) Delesyonların sayısı kontrol edildi Nowell ve Hungerfold, kronik lösemi hücrelerindeki G grup (Philedelphia) kromozomundaki kaybın tutarlı bulunmasını 1960 yılında açıkladı Sonra, kromozom bantlama kullanımıyla Rowley özel translokasyonun gerçek sapmalarını gösterdi(Bölüm 27) D grup kromozomlarında delesyonu ilk örneği 1963 yılında rehinoblastoma hastasında Penrose’nin grubu tarafından bulundu, delesyon hastalıktan sorumluysa, rehinoblastoma için gen, kayıp segmantte olmalıdır Delesyonlar, bazı karakterlere neden olan ve evvelki tanınmayan klinik sendromları 5 nolu kromozomun kısa kolundaki delesyon Lejevne’nin cri du chat(cat cry) sendromu ve 4 nolu kromozomdaki delesyon Wollf-Herschhorn sendromunu gösterir(Bölüm 15)

Grouchy ve diğerleri karakteristik fenotipleri 18 kromozomun kısa ya da uzun kolundaki delesyona sahip hastalarda olduğuna dikkat etti Bazı ailelerde, ailenin bir üyesinde yeniden düzenlenebilen kromozomun bulunması delesyondan sorumluydu ya da diğer kromozom dengesizliklere bir ya da daha fazla çocuktaydı(Bölüm 16)

1-d) LYON HİPOTEZİ

1949 yılında Barr ve Bertham bütün memeli dişilerinde bazı hücre nükleuslarında görülebilen Barr Body ya da seks kromatininin neden olduğunu tanımladı İki parçalı form, iki X kromozomunun younlaşan (heterokromatin) segmentinin parçasından ortaya çıkarak hipoteze rehberlik etti Bazı hücrelerde iki barr cisimciğiyle beraber 3 X kromozomunun bulunuşu hipotezi daha çekici hale getirdi ve bilgi için anahtarı sağladı: Barr cisimciği, tek heterokromatin X kromozomudur Bu yorum Ohna tarafında ilk yorumlandı, Lyon hipotezi ya da tek aktif X’in bulunuşunda rol oynadı(Lyon 1961) Hipotez erken embriyonik evrede bütün memeli erkeklerindeki bir X kromozomu bütün hücrelerde inaktif olduğunu ifade eder X’in inaktif oluşu orijinal bir seçimdir, ama aynı X bu hücrelerin torunlarında inaktif hale akrşılık gelir Eğer hücreler iki X kromozomundan daha fazlasına sahip olsaydı, bütün hepsi inaktif olurdu ve her bir inaktif X kromozomu Barr cisimciği formunda olurdu(Bölüm 18) Lyon hipotezi, sitogenetikte, bütün haynlarda ve insanda en önemli teorik düşüncelerden biridir Hipotez, diğer bölümlerde anlatılacağı gibi, diğer genetik alanlarda ve kanser biyolojisinde ve buluşlar için anahtar olmaya rehberlik etti ve aramaları yönetti

1-e) ERGENLİK ÇAĞI: KROMOZOM BANT ÇAĞI

1970’e kadar, kromozom identifikasyonu ve belirlice yapısal değişim identifikasyonu oldukça sınırlıydı Normal kromozomların kol ve bacak oranları yedi grupta da kısa olabilir ama sadece birkaç kromozom bireyselce tanınabilir Otografik DNA replikasyon örnekleri; biraz daha fazla teşhis etmeye yardımcı olur, ama bu zaman tüketir ve değerleri çok sınırlıdır Kromozom bantlamayı sunma teknikleri insan sitogenetiğinin devrimidir 1970’de, Casperson ve diğerleri bireysel teşhis edilebilen her kromozomu oldukça farklı bir insan kromozomu boyunca floresans bantlama yöntemlerini keşfetti Bu buluş normal olmayan, dev kromozom identifikasyonu yapabilen ve kromozom çalışmalarında kolayca kullanılan bant ekleme tekniklerini takip eder, özellikle yapısal aberasyonlar: evvelden farkına varılmayan duplikasyon, delesyon, insersiyon ve translokasyondan olduğu gibi, esas buluş hücre döngüsünün DNA sentez evresinin özel bölümü boyunca replike olabilen DNA’nın her bir kromozomudur(Latt ve diğerleri, 1973, Bölüm 3) Kromozom nomenklatörünün standart sistemi konferans serileri boyunca ve onların tavsiyelerinin yayımlanmasıyla gelişti Komite şimdi yeni gelişimlerle zorunlu modifikasyonlar ve nomenklatörün kabulüyle geniş kapsamlı broşürleri yayımladı İnsan sitogenetiğinin nomenklatörü için uluslar arası sistem olan ISCN(1995) en iyisidir

1-f) SOMATİK HÜCRE GENETİĞİ VE KROMOZOM HARİTASI

Haris (1995) somatik hücre genetiğinin mükemmel tarihsel haberini yayımladı Somatik hücre kültürlerinde kullanılan gen linklerinin rekombinasyonlarının ve mutan alellerin segrasyon analizi için kullanılan gelişim metotları ilk amaç olmuştur Homolog kromozom segrasyonu ve aleller bazı insan kromozomlarında bazı insan kromozomlarında kaybolan somatik hücre hibritlerini meydana getirir Bu hibrit panelleri kullanılarak kromozomların binlerce geni haritalandı(Bölüm 29) Lineer düzen ve kromozomlardaki gen lokasyonlarının fiziksel mesafe ayırımı belli bir kromozomun farklı segmentlerinde taşınan hibritler kullanılarak saptanır En kesin haritalama belli olmayan ya da tamamlayıcı insan kromozomlarının farklı karışımlarını kapsayan radyasyonu azalan hibritleri kullanmayı gerçekleştirir Çünkü insan kromozomları hücrelerin hibridize olmasından önce büyüklükleriyle ölçülür(Bölüm 23) Baskın gen haritasının devam eden en başarılı yaklaşımıdır

1-g) MOLEKÜLER DEVRİN OLGUNLUĞU

Moleküler devir, DNA manipülasyonları için metotların gelişimini yerine getirdi Marmut, Daty, Spiegelmen ve Gillespie DNA fragmentlerinin iki zincirinin kolayca ayrılabilrceğini (denatürasyon) ve tamamlayıcı olmayan geniş miktardaki DNAda hazır bulunan tamamlayıcı zincirlerin tekrar geri birleşebileceğini(renatürasyon) gösterdi Moleküler biyolojide esas önemli olan moleküler hibridizasyonda olduğu gibi, kromozomların sitolojik preparatlarında DNA problarıyla etiketlenen DNA ve in situ hibridizasyonda nükleus, insan sitogenetiğinde güçlü bir hale gelir Otoradyografik etiketlenen DNA fragmentleri gen haritası için daha kesin ve daha hızlı olan florosans insitu hibridizasyon (FISH) yöntemiylede binlerce lokus haritalanabilir(Bölüm 8) Otorasyografik insitu hibridizasyonla onları kodlayan genlerden daha kısa olan sitoplazmik mRNA molekülü esas buluşa rehberlik eder, kısa segmentler olan protein kodlayan eksonlar araya giren intronların nedenidir Gilbert ve Songer tarafından DNA’da nükleotid baz dizilerini bulma yöntemi genomun başka bölümlerinde ve geni karakterize etmeyi yapar Başka bir güçlü yöntemde Mullis tarafından yapılan polimeraz zincir reaksiyonudur (PCR) En kısa DNA segmentinin amplifikasyonuna izin vererek, milyonlarca kopyasının yaratılmasına ve izin verdi ve bu sitogenetiği kökten değiştirdi

Genleri içeren, DNA fragmentlerinin klonları için gelişen metetlar en önemli ilerlemedir Bu, insan DNA’sının insert fragmenti kapsadığında, bakteriyel virüsün infekte olması buluşuna dayanır Plasmidler yaklaşık olarak 5kb uzunluğundaki inserti, cosmidler 50kb çiftini kabul eder Bakteriyal hücre infekte olduğunda, rekombinant virüs insan DNA’sının tek bir fragmentinin milyonlarca kopyasını oluşturur Alternatif teknikler büyük DNA fragmentlerinin klonlarını geliştirdi Maya yapay kromozomları (YAC), maya sentromer ve telomeri, 100kb ya da yaklaşık olarak 1-2mb çifti fragmenti kabul edebilir Bakteri yapay kromozomları (BAC) 160-235kb insan DNA’sını kapsar, daha kullanışlı, bakteride sağlam ve kolaydır Klonlanan fragmentler radyoaktif ya da floresans DNA problarıyla etkilenebilir Southern blotlama yöntemiyle nitro selüloz membrana transfer edilerek ve jel elektroforezle ölçülerine göre ayrılan tamamlayıcı DNA’ların incelenmesi moleküler hibridizasyonda kullanılır Hibridize problar insituhibridizasyonla yayılan kromozomları ya da karışık hücrelerde incelemeyi yapabilir(Bölüm 8)

Moleküler genetik hakkında daha geniş bilgi için bak: Strachan ve Read 1996 ve Leusin 1997

Moleküler hibridizasyon, genetik linkage haritalarını yapmada (Bölüm 28) ve trisomi bireylerinde ekstra kromozomun ya da kayıp kromozomun örneklerinin incelenmesinde kullanılır(Bölüm 11-15) Aynı örnekten, normal kromozomlu bireylerin belli kromozom kopyalarını almasını gösterir Bu genomik baskılamayı tarif etme, ana gen düzenleme mekanizmasını ve hastalığın evvelki tanınmama nedenlerinin buluşuna rehberlik eder Genin kopyaları normal inaktivasyonda biri anneden biri babadandır (Bölüm 21) Moleküler metotlar hücre döngüsünde düzenlenen birçok genin identifikasyonunda yararlıdır(bölüm 2) Kromozom kırma kansere rehberlik eden mekanizmanın açıklamasıdır(Bölüm 24-28) Moleküler metotlar genomda birçok zamanda tekrar edilen dizi elementlerinin buluşuna rehberlik eder Kırılan kromozom ya da gen aksamları bazen genomda yeni lokasyonlara hareket eden transposable elementleri burada yetenekli oyuncu konumundadır Barbara McClintock yaklaşık 50 yıl önce mısırda bu durumu tarif etti ve ökaryotların evrenselliğini gösterdi En ilginç ana buluşlar bu harika sitogenetikçi tarafından yapıldı

Bak: FEderff ve Botstein 1992

Seks kararlılığının genetik esası Y kromozomunda genin karakterizasyonuyla ilerlemiştir, SRY dişi cinsiyet bulunuşu için gereklidir Otozomal gen numaraları dişi seks ayrımının kompleks metotlarında oldukça fazla gereklidir(Bölüm17) X inaktivasyonunun moleküler esası XIST geninin bulunuşuyla ilerledi ve kanıtı inaktive olan X kromozomunda bir kopyasından güçlüce bildirilmesidir(Bölüm 18) XIST geni protein için kod değildir, transkrip ya da onun RNA üretimi yerine X kromozomu taşır ve bilinmeyen tavırla bu kromozomun inaktivasyonu arayı bulur(Brown vs 1992)

Ohno (1967), memeli evrimi boyunca neredeyse değşmeden kalan X kromozomunun gen içeriğini önerdi çünkü karşılık doz mekanizması otozomal ve X kromozomu arası genlerinin transfer olması ile birlikte X inaktivasyonu karışacaktır Bununla birlikte 140-165 milyon yıl önce plesental memelilerden kopan monotremes ve keselilerin X kromozomunun %60’ı plesental memelidir Moleküler sitogenetik çalışanları marsupialde ve monotremeste otozomal genlerden oluşan insan X kromozomunun en kısa kolunu önerdi ama karşılık doz sistemi ve ve X kromozomuna geçiş kopmayı yönetti (Graves vs 1998)

Moleküler sitogenetik metotları kanseri anlamada muhteşem başarılara yol açtı(Bölüm 24-28) Genom kaderinin büyük nedenleri bulundu ve kromozom dayanıksızlığının tümör ilerlemesi ve karsinogenesiste büyük faktör olmayı gösterdi(Bölüm 24-26) Kromozom aberasyonlarıyla çalışan moleküler sitogenetikçiler özellikle protoonkogen ve birçok tümör supressör genin bulunuşuna yol açan belirli kanser tipleriyle görüştü, kanserin kaynağına giden anahtarı sağladılar

Son 40 yılda insan kromozomları hakkında etkileyici bir şekilde büyüyen bilgi birikimi olmasına rağmen birçok soru cevapsız kaldı Çok büyük veriler insan genom projesinde toplandı ve güçlü yeni teknikler verileri analiz etti ve bu adreslerde kullanılabildi(Bölüm31) İnsan sitogenetikçileri, insan hastalıklarının isimleri ve diagnozlarında çabukça aplikasyonların büyümasi için heyecanlı kalmaya söz verdiler