Мозаика (генетика)

Мозаицизм или генетический мозаицизм - это состояние, при котором многоклеточный организм обладает более чем одной генетической линией в результате генетической мутации . [ 1 ] [ 2 ] Это означает, что различные генетические линии были вызваны одним оплодотворенным яйцом . Мозаицизм является одной из нескольких возможных причин химеризма , в которой один организм состоит из клеток с более чем одним отдельным генотипом .
Генетический мозаицизм может быть результатом множества различных механизмов, включая хромосомную незаконность , анафазное отставание и эндорепликацию . [ 3 ] Задержка анафазы является наиболее распространенным способом, которым мозаицизм возникает у эмбриона преимплантации. [ 3 ] Мозаицизм также может возникнуть в результате мутации в одной клетке во время развития , и в этом случае мутация будет передана только его дочерним клеткам (и будет присутствовать только в определенных взрослых клетках). [ 4 ] Соматический мозаизм обычно не наследуется, поскольку обычно не влияет на зародышевые клетки. [ 2 ]
История
[ редактировать ]В 1929 году Альфред Стертевант изучал мозаицизм у Drosophila , рода фруктовой мухи. [ 5 ] Мюллер в 1930 году продемонстрировал, что мозаицизм у дрозофилы всегда ассоциируется с хромосомными перестройками , а Шульц в 1936 году показал, что во всех изученных случаях эти перестройки были связаны с гетерохроматическими инертными областями, было предложено несколько гипотезов о природе такого мозаицизма. Одна гипотеза предполагала, что мозаицизм появляется в результате разрыва и потери сегментов хромосом. Курт Стерн в 1935 году предположил, что структурные изменения в хромосомах произошли в результате соматического пересечения , в результате которых мутации или небольшие хромосомные перестройки в соматических клетках. Таким образом, инертная область вызывает увеличение частоты мутаций или небольших хромосомных перестроек в активных сегментах, примыкающих к инертным областям. [ 6 ]
В 1930 -х годах Стерн продемонстрировал, что генетическая рекомбинация , нормальная при мейозе , также может происходить при митозе . [ 7 ] [ 8 ] Когда это произойдет, это приводит к соматической (телу) мозаике. Эти организмы содержат два или более генетически различных типа ткани. [ 9 ] Термин соматический мозаицизм использовался CW Cotterman в 1956 году в его оригинальной статье о антигенных вариациях . [ 10 ]
В 1944 году Бельговский предположил, что мозаицизм не может объяснить определенные мозаичные выражения, вызванные хромосомными перестройками, включающими гетерохроматические инертные области. Связанное ослабление биохимической активности привело к тому, что он назвал генетической химерой . [ 6 ]
Типы
[ редактировать ]Зародышевая мозаицизм
[ редактировать ]Мозаицизм зародышевой линии или гонад - это особая форма мозаицизма, в которой некоторые гаметы - сперматозоиды или ооциты - приводятся мутацией, но остальные являются нормальными. [ 11 ] [ 12 ] Причиной обычно является мутация, которая возникала в ранней стволовой клетке, которая породила все или часть гаметов.
Соматический мозаицизм
[ редактировать ]Соматический мозаичный (также известный как клональный мозаизм) происходит, когда соматические клетки тела имеют более чем один генотип. В более распространенных мозаиках различные генотипы возникают из одного оплодотворенного яичного клетки из -за митотических ошибок, сначала или более поздних расщеплений.
Соматическая мутация, ведущая к мозаицизму, распространена на начале и конечных стадиях человеческой жизни. [ 10 ] Соматические мозаики распространены в эмбриогенезе из-за ретротранспозиции длинных перемежающихся элементов ядерного элемента-1 (Line-1 или L1) и ALU транспозируемых элементов . [ 10 ] В раннем развитии ДНК из недифференцированных типов клеток может быть более восприимчивой к инвазии мобильных элементов из -за длинных неметилированных областей в геноме. [ 10 ] Кроме того, накопление ошибок копирования ДНК и повреждения в течение всей жизни приводит к большим случаям мозаичных тканей у стареющих людей. Поскольку долговечность резко возросла за прошлое столетие, геном человека, возможно, не имел времени адаптироваться к совокупным эффектам мутагенеза . [ 10 ] Таким образом, исследования рака показали, что соматические мутации все чаще присутствуют в течение всей жизни и несут ответственность за большинство лейкозов , лимфомы и солидных опухолей. [ 13 ]
Трисомии, моносомии и связанные с ними условия
[ редактировать ]Наиболее распространенная форма мозаизма, обнаруженная с помощью пренатальной диагностики, включает трисомию . Хотя большинство форм трисомии обусловлены проблемами в мейозе и влияют на все клетки организма, некоторые случаи происходят, когда трисомия происходит только при отборе клеток. Это может быть вызвано неопределенным событием при раннем митозе, что приводит к потере хромосомы из некоторых трисомных клеток. [ 14 ] Как правило, это приводит к более мягкому фенотипу , чем у пациентов с немозаическими заболеваниями с одинаковым расстройством.
В редких случаях интерсексуальные условия могут быть вызваны мозаицизмом, когда некоторые клетки в организме имеют XX , а другие xy хромосомы ( 46, XX/XY ). [ 15 ] [ 16 ] В фруктовой мух Drosophila melanogaster , где муха, обладающая двумя х хромосома, является самкой, а муха, обладающая единой X -хромосомой, является стерильной мужчинами, потеря X -хромосомы на ранней стадии эмбриональной развития может привести к сексуальной мозаике или гигандроморфам . [ 5 ] [ 17 ] Аналогично, потеря Y -хромосомы может привести к мужчинам XY/X Mosaic. [ 18 ]
Примером этого является одна из более мягких форм синдрома Klinefelter , называемой 46, XY/47, XXY Mosaic, где некоторые клетки пациента содержат хромосомы XY, а некоторые содержат хромосомы XXY. Аннотация 46/47 указывает на то, что клетки XY имеют нормальное число 46 общих хромосом, а клетки XXY имеют в общей сложности 47 хромосом.
Также моносомии могут представить с некоторой формой мозаицизма. Единственная нелетальная полная моносомия, возникающая у людей,-это синдром Тернера . Около 30% случаев синдрома Тернера демонстрируют мозаицизм, в то время как полная моносомия (45, х) встречается примерно в 50–60% случаев.
Однако мозаицизм не обязательно должен быть вредным. Повторная соматическая мозатическая мозаичность - это редкое событие рекомбинации с спонтанной коррекцией мутанта, патогенного аллеля . [ 19 ] При ревертированном мозаицизм здоровый ткань, образованная митотической рекомбинацией, может обойти оригинальные, окружающие мутантные клетки в тканях, таких как кровь и эпителия , которые часто регенерируют. [ 19 ] При коже ихтиозе с конфетти , нормальные пятна кожи появляются на ранних стадиях жизни и увеличиваются в количестве и размере с течением времени. [ 19 ]
Другие эндогенные факторы также могут привести к мозаицизму, включая подвижные элементы , проскальзывание ДНК -полимеразы и несбалансированную хромосомную сегрегацию . [ 10 ] Экзогенные факторы включают никотин и ультрафиолетовое излучение . [ 10 ] Соматическая мозаика была создана у Drosophila с использованием рентгеновского лечения, а использование облучения для индуцирования соматической мутации было полезным методом в изучении генетики. [ 20 ]
Истинный мозаицизм не следует принимать за явление инактивации X , где все клетки в организме имеют одинаковый генотип, но другая копия Х-хромосомы экспрессируется в разных клетках. Последний имеет место у нормальных (xx) женских млекопитающих, хотя это не всегда видно из фенотипа (как это у кошек с калико ). Тем не менее, все многоклеточные организмы , вероятно, в некоторой степени будут соматическими мозаиками. [ 21 ]
Гоносомальный мозаицизм
[ редактировать ]Гоносомальный мозаицизм - это тип соматического мозаицизма, который встречается очень рано в развитии организмов и, таким образом, присутствует как в зародышевой линии, так и в соматических клетках. [ 1 ] [ 22 ] Соматический мозационный мозаизм обычно не является наследственным, поскольку обычно не влияет на зародышевые клетки. В случае гоносомального мозаицизма организмы могут передать генетическое изменение, в том числе потенциальное потомство, потому что измененный аллель присутствует как в соматических, так и в клетках зародышевой линии. [ 22 ]
Мозаицизм мозга
[ редактировать ]Частым типом нейронального геномного мозаицизма является изменение числа копий . Предполагалось, что возможные источники такого изменения являются неправильным ремонтом повреждения ДНК и соматической рекомбинации . [ 23 ]
Митотическая рекомбинация
[ редактировать ]Одним из основных механизма, который может продуцировать мозаичную ткань, является митотическая рекомбинация или соматический кроссовер . Впервые это было обнаружено Куртом Стерном в Drosophila в 1936 году. Количество ткани, которая является мозаикой, зависит от того, где в дереве клеточной деления происходит обмен. Фенотипический характер, называемый «пятно -близнецом», наблюдаемый у дрозофилы, является результатом митотической рекомбинации. Однако это также зависит от аллельного статуса генов, перенесших рекомбинацию. Пятно -близнецы встречаются только в том случае, если гетерозиготные гены связаны в отталкивании, то есть трансфазы. Рекомбинация должна происходить между центромерами смежного гена. Это дает появление желтых пятен на фоне дикого типа в Drosophila . Другим примером митотической рекомбинации является синдром Блума, который происходит из -за мутации в гене BLM . Полученный белок BLM дефектный. Дефект в Recq, геликаза, облегчает дефектное раскручение ДНК во время репликации, таким образом связано с возникновением этого заболевания. [ 24 ] [ 25 ]
Использование в экспериментальной биологии
[ редактировать ]Генетическая мозаика является особенно мощным инструментом при использовании в широко изучаемой фруктовой мух , где специально выбранные штаммы часто теряют x [ 17 ] или y [ 18 ] Хромосома в одном из первых подразделений эмбриональных клеток. Эти мозаики могут быть использованы для анализа таких вещей, как поведение ухаживания, [ 17 ] и женское сексуальное влечение. [ 26 ]
Совсем недавно использование трансгена , включенного в геном Drosophila, сделало систему гораздо более гибкой. FLIP -рекомбиназа (или FLP ) представляет собой ген из обычно изучаемых дрожжевых Saccharomyces cerevisiae , который распознает «сайты Flip -рекомбиназы» (FRT), которые представляют собой короткие последовательности ДНК и вызывает рекомбинацию между ними. Сайты FRT были вставлены трансгенно вблизи центромеры каждого хромосомы D. melanogaster . Затем ген FLP может быть выборочно, обычно используя либо промотор теплового шока, либо систему GAL4/UAS . Полученные клоны могут быть идентифицированы либо отрицательно, либо положительно.
В отрицательно обозначенных клонах муха является транстететерозиготной для гена, кодирующего видимый маркер (обычно зеленый флуоресцентный белок ) и аллеля гена, который должен быть изучен (оба на хромосомах с сайтами FRT). После индукции экспрессии FLP клетки, которые подвергаются рекомбинации, будут иметь гомозиготную потомство как для маркера, ни для изучаемого аллеля. Следовательно, клетки, которые не переносят маркер (которые являются темными), могут быть идентифицированы как ношение мутации.
Использование отрицательно обозначенных клонов иногда неудобно, особенно при создании очень маленьких пятен клеток, где увидеть темное пятно на ярком фоне сложнее, чем яркое пятно на темном фоне. Создание положительно обозначенных клонов возможно с использованием так называемой системы MARCM («Мозаичный анализ с репрессируемым клеточным маркером», разработанной Liqun Luo , профессором Стэнфордского университета , и его постдокторским студентом Цумином Ли, который в настоящее время возглавляет группу на ферме Janelia Farm, и его постдокторский студент Цумин Ли, который ведут группу на ферме Janelia. Исследовательский кампус . Эта система строит на системе GAL4/UAS, которая используется для экспрессии GFP в определенных клетках . Отметьте хромосому дикого типа, как указано выше, GAL80 служит этой цели, так что, когда она удаляется митотической рекомбинацией , GAL4 позволяет функционировать, и GFP включается. [ 27 ]
Смотрите также
[ редактировать ]- Химера (генетика)
- Экстрахросомный массив
- Гетерохромия
- Соматическая вариация человека
- Паразитный близнец
- Исчезающий близнец
- 45, x/46, Xy Мозаицизм (X0/XY Мозаицизм)
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а беременный Кэмпбелл, Ян М.; Шоу, Чад А.; Stankiewicz, Pawel; Люпски, Джеймс Р. (2015-07-01). «Соматический мозаицизм: последствия для генетики заболевания и передачи» . Тенденции в генетике . 31 (7): 382–392. doi : 10.1016/j.tig.2015.03.013 . ISSN 0168-9525 . PMC 4490042 . PMID 25910407 .
- ^ Jump up to: а беременный Forsberg, Lars A.; Гиссельссон, Дэвид; Дюмански, Ян. П. (февраль 2017 г.). «Мозаицизм в отношении здоровья и болезней - клоны поднимают скорость» . Nature Reviews Genetics . 18 (2): 128–142. doi : 10.1038/nrg.2016.145 . ISSN 1471-0064 . PMID 27941868 . S2CID 44092954 .
- ^ Jump up to: а беременный Тейлор, Т.Г.; Гитлин, SA; Патрик, JL; Крейн, JL; Уилсон, JM; Гриффин, Д.К. (2014). «Происхождение, механизмы, частота и клинические последствия хромосомного мозаизма у людей» . Обновление воспроизведения человека . 20 (4): 571–581. doi : 10.1093/umupd/dmu016 . ISSN 1355-4786 . PMID 24667481 .
- ^ Страчан, Том; Читать, Эндрю П. (1999). "Глоссарий " После молекулярной генетики (2 -е изд. Нью -Йорк: Уайли -Лисс. ISBN 978-1-85996-202-2 Полем PMID 21089233 . [ страница необходима ]
- ^ Jump up to: а беременный Sturtvant, AH (1929). «Кларет -мутант типа симулянцев дрозофилы: исследование элиминации хромосом и клеточной линии». Журнал научной зоологии . 135 : 323–356.
- ^ Jump up to: а беременный Belgovskii, ML (1962) [1944]. "K Voprosu o Mekhanizme Osushchestvleniya Mozaichnosti Svyazannoi s Geterokhromaticheskimi Raionami Khromosom" [The Causes of Mosaicism Associated With Heterochromatic Chromosome Regions]. Zhurnal Obshchei Biologii . V (6). United States Department of Commerce - Office of Technical Services: 325–356. OTS 61-11476.
- ^ Stern, C. и K. Sekiguti 1931. Анализ индивидуума мозаики в Drosophila melanogaster . Органический Центр 51 , 194-199.
- ^ Стерн С. 1936 . Генетика 21 , 625–730.
- ^ Стерн, Курт, 1968. «Генетическая мозаика у животных и человека». PP27–129, в Стерне, C. Генетическая мозаика и другие эссе . Издательство Гарвардского университета, Кембридж, Массачусетс.
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон глин DE, S. (2011). «Соматический мозаицизм в здоровых человеческих тканях». Тенденции в генетике . 27 (6): 217–223. doi : 10.1016/j.tig.2011.03.002 . PMID 21496937 .
- ^ «Google Health - Google» . Health.google.com .
- ^ Schwab, Angela L.; и др. (2007). «Гонад мозаицизм и семейный аденоматозный полипоз». Семейный рак . 7 (2): 173–7. doi : 10.1007/s10689-007-9169-1 . PMID 18026870 . S2CID 20956228 .
- ^ Джейкобс, К. Б.; и др. (2012). «Обнаруженный клональный мозаицизм и его связь со старением и раком» . Природа генетика . 44 (6): 651 - U668. doi : 10.1038/ng.2270 . PMC 3372921 . PMID 22561519 .
- ^ Страчан, Том; Читать, Эндрю П. (1999). «Хромосомные аномалии» . Молекулярная генетика человека (2 -е изд.). Нью -Йорк: Уайли -Лисс. ISBN 978-1-85996-202-2 Полем PMID 21089233 . [ страница необходима ]
- ^ Marchi, M. de; и др. (2008). «Истинный гермафродитизм с мозаицизмом XX/XY секс -хромосом: доклад об этом случае». Клиническая генетика . 10 (5): 265–72. doi : 10.1111/j.1399-0004.1976.tb00047.x . PMID 991437 . S2CID 6074108 .
- ^ Фицджеральд, П. Х.; Дональд Р. А.; Кирк, Р. Л. (1979). «Истинная гермафродитная неэпермическая химера с 46, XX и 46, Xy Karyotypes». Клиническая генетика . 15 (1): 89–96. doi : 10.1111/j.1399-0004.1979.tb02032.x . PMID 759058 . S2CID 39280592 .
- ^ Jump up to: а беременный в Хотта, Йошики; Бензер, Сеймур (1972). «Картирование поведения у Drosophila Mosaics». Природа . 240 (5383): 527–535. Bibcode : 1972natur.240..527h . doi : 10.1038/240527a0 . PMID 4568399 . S2CID 4181921 .
- ^ Jump up to: а беременный Nissani, Moti (1978). «Место функции y -хромосомы у мужчин Drosophila melanogaster». Молекулярная и общая генетика . 165 (2): 221–224. doi : 10.1007/bf00269910 . S2CID 39242830 .
- ^ Jump up to: а беременный в Jongmans, M.C. J.; и др. (2012). «Превращенное соматическое мозаицизм митотической рекомбинацией при дискратозе врождении» . Американский журнал человеческой генетики . 90 (3): 426–433. doi : 10.1016/j.ajhg.2012.01.004 . PMC 3309184 . PMID 22341970 .
- ^ Блэр, С.С. (2003). «Генетические методы мозаики для изучения развития дрозофилы» . Разработка . 130 (21): 5065–5072. doi : 10.1242/dev.00774 . PMID 12975340 .
- ^ Холл, Дж. Г. (1988). «Обзор и гипотезы: соматический мозаицизм, наблюдения, связанные с клинической генетикой» . Американский журнал человеческой генетики . 43 (4): 355–363. PMC 1715487 . PMID 3052049 .
- ^ Jump up to: а беременный Менса-Вилар, Анна; и др. (2019-01-01). «Неожиданная соответствующая роль гена мозаицизма у пациентов с заболеваниями первичного иммунодефицита» . Журнал аллергии и клинической иммунологии . 143 (1): 359–368. doi : 10.1016/j.jaci.2018.09.009 . ISSN 0091-6749 . PMID 30273710 .
- ^ Lee MH, Siddoway B, Kaeser GE, Segota I, Rivera R, Romanow WJ, Liu CS, Park C, Kennedy G, Long T, Chun J (ноябрь 2018). «Соматическое рекомбинация гена приложения при болезни Альцгеймера и нормальных нейронов» . Природа . 563 (7733): 639–645. Bibcode : 2018natur.563..639L . doi : 10.1038/s41586-018-0718-6 . PMC 6391999 . PMID 30464338 .
- ^ King R. C; Стэнсфилд В. Д. и Маллиган П. К. 2006. Словарь генетики . 7 -е изд, издательство Оксфордского университета. P282
- ^ Санз, Морин М.; Немецкий, Джеймс; Куннифф, Кристофер (11 марта 1993 г.). "Синдром Блума" . В Адаме, Маргарет П.; Ardinger, Holly H.; Pagon, Roberta A.; Уоллес, Стефани Э.; Бин, Лора Дж.Х.; Стивенс, Карен; Амемия, Энн (ред.). GenereViews . Университет Вашингтона, Сиэтл. PMID 20301572 - Via PubMed.
- ^ Nissani, M (1975). «Новый поведенческий биоанализа для анализа сексуального влечения и феромонов у насекомых». Журнал экспериментальной зоологии . 192 (2): 271–5. Bibcode : 1975jez ... 192..271n . doi : 10.1002/jez.1401920217 . PMID 805823 .
- ^ Ли, Цумин; Luo, Liqun (1999). «Мозаичный анализ с репрессируемым клеточным маркером для исследований генной функции в морфогенезе нейронов» . Нейрон . 22 (3): 451–61. doi : 10.1016/s0896-6273 (00) 80701-1 . PMID 10197526 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Циммер, Карл (21 мая 2018 г.). «Каждая клетка в вашем теле имеет одинаковую ДНК. За исключением того» . New York Times . Архивировано из оригинала 23 мая 2018 года . Получено 23 мая 2018 года .
- «Было обнаружено, что из многих - разнообразные млекопитающие, в том числе люди, несут различные геномы в своих клетках. Что означает такой генетический химеризм для здоровья и заболеваний?» Полем Ученый . Архивировано из оригинала 25 апреля 2017 года . Получено 23 мая 2018 года .