ANEUPLOIDIE: URSACHEN, TYPEN UND BEISPIELE - BIOLOGIE - 2025

Die Aneuploidie ist der Zustand, bei dem die Zellen ein oder mehrere Chromosomen im Überschuss haben oder fehlen, die sich von der Anzahl der haploiden, diploiden oder polyploiden Zellen selbst unterscheiden, aus denen ein Organismus einer bestimmten Spezies besteht.

In einer aneuploiden Zelle gehört die Anzahl der Chromosomen nicht zu einem perfekten Vielfachen des haploiden Satzes, da sie Chromosomen verloren oder gewonnen haben. Im Allgemeinen entspricht die Zugabe oder der Verlust von Chromosomen einem einzelnen Chromosom oder einer ungeraden Anzahl von Chromosomen, obwohl manchmal zwei Chromosomen beteiligt sein können.

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Aneuploidien gehören zu den numerischen Chromosomenveränderungen und sind am einfachsten zytologisch zu identifizieren. Dieses chromosomale Ungleichgewicht wird von Tieren nur unzureichend unterstützt und ist bei Pflanzenarten häufiger und weniger schädlich. Viele angeborene Missbildungen beim Menschen werden durch Aneuploidie verursacht.

Ursachen

Der Verlust oder Gewinn eines oder mehrerer Chromosomen in den Zellen eines Individuums ist im Allgemeinen auf den Verlust durch Translokation oder den Prozess der Nicht-Disjunktion während der Meiose oder Mitose zurückzuführen. Infolgedessen wird die Gendosis von Individuen verändert, was wiederum schwere phänotypische Defekte verursacht.

Veränderungen der Chromosomenzahl können während der ersten oder zweiten Teilung der Meiose oder in beiden gleichzeitig auftreten. Sie können auch während der mitotischen Teilung auftreten.

Diese Teilungsfehler treten bei Meiose I oder Meiose II während der Spermatogenese und Oogenese auf, die auch bei Mitose in den frühen Teilungen der Zygote auftreten.

Bei Aneuploidien tritt eine Nichtdisjunktion auf, wenn eines der Chromosomen mit seinem homologen Paar zum gleichen Zellpol gelangt oder zum gleichen Gameten hinzugefügt wird. Dies tritt wahrscheinlich aufgrund einer vorzeitigen Teilung des Zentromers während der ersten meiotischen Teilung bei mütterlicher Meiose auf.

Wenn sich ein Gamet mit einem zusätzlichen Chromosom einem normalen Gameten anschließt, treten Trisomien (2n + 1) auf. Wenn sich andererseits ein Gamet mit einem fehlenden Chromosom und einem normalen Chromosom vereinigt, werden Monosomien (2n-1) erzeugt.

Typen

Aneuploidien treten häufig bei diploiden Personen auf. Diese Veränderungen in der Anzahl der Chromosomen sind für die menschliche Spezies von großer klinischer Relevanz. Sie umfassen verschiedene Typen wie Nullisomien, Monosomien, Trisomien und Tetrasomien.

Nullisomie

In Zellen mit Nullisomie gehen beide Mitglieder eines homologen Chromosomenpaars verloren, was sie als 2n-2 darstellt (n ist die haploide Anzahl von Chromosomen). Beim Menschen würde beispielsweise bei 23 Paaren homologer Chromosomen (n = 23), dh 46 Chromosomen, der Verlust eines homologen Paares zu 44 Chromosomen (22 Paare) führen.

Ein nullisomisches Individuum wird auch als eines beschrieben, dem ein Paar homologer Chromosomen in seinem somatischen Komplement fehlt.

Monosomie

Monosomie ist die Deletion eines einzelnen Chromosoms (2n-1) im homologen Paar. Bei einem Menschen mit Monosomie hätte die Zelle nur 45 Chromosomen (2n = 45). Innerhalb der Monosomie finden wir die Monoisosomie und Monothelosomie.

In monoisosomalen Zellen ist das ohne sein homologes Paar vorhandene Chromosom ein Isochromosom. Monothelosomale oder monotelozentrische Zellen besitzen ein telozentrisches Chromosom ohne sein homologes Paar.

Trisomie

Bei Trisomien tritt das Auftreten oder Hinzufügen eines Chromosoms in einem homologen Paar auf, dh es gibt drei homologe Kopien desselben Chromosoms. Es wird als 2n + 1 dargestellt. Beim Menschen mit trisomischen Zellen werden 47 Chromosomen gefunden.

Einige gut untersuchte Zustände wie das Down-Syndrom treten als Folge der Trisomie von Chromosom 21 auf.

Die Konstitution des zusätzlichen Chromosoms ermöglicht die Einteilung der Trisomie in:

• Primäres Trisom: Wenn das zusätzliche Chromosom vollständig ist.
• Sekundäres Trisom: Das zusätzliche Chromosom ist ein Isochromosom.
• Tertiäres Trisom: In diesem Fall gehören die Arme des verbleibenden Chromosoms zu zwei verschiedenen Chromosomen aus dem normalen Komplement.

Tetrasomie

Eine Tetrasomie tritt auf, wenn ein vollständiges Paar homologer Chromosomen hinzugefügt wird. Beim Menschen führt die Tetrasomie bei Personen mit 48 Chromosomen. Es wird als 2n + 2 dargestellt. Das Paar zusätzlicher Chromosomen ist immer ein homologes Paar, dh es gibt vier homologe Kopien eines bestimmten Chromosoms.

In demselben Individuum kann mehr als eine aneuploide Mutation auftreten, was zu doppelten trisomischen Individuen (2n + 1 + 1), doppelten monosomischen, nuli-tetrasomischen usw. führt. Sixuplo-monosomische Organismen wurden experimentell erhalten, wie dies bei weißem Weizen (Triticum aestivum) der Fall ist.

Beispiele

Zelllinien, die nach einem Chromosomen-Nicht-Disjunktionsprozess gebildet werden, sind oft nicht lebensfähig. Dies liegt daran, dass viele dieser Zellen keine genetische Information mehr haben, wodurch verhindert wird, dass sie sich vermehren und verschwinden.

Andererseits ist Aneuploidie ein wichtiger Mechanismus der intraspezifischen Variation. In der Jimson-Unkrautpflanze (Datura stramonium) wird ein haploides Komplement von 12 Chromosomen gefunden, sodass 12 verschiedene Trisomics möglich sind. Jedes Trisom beinhaltet ein anderes Chromosom, das jeweils einen einzigartigen Phänotyp aufweist.

In einigen Pflanzen der Gattung Clarkia wirkt die Trisomie auch als wichtige Quelle für intraspezifische Variabilität.

Aneuploidie beim Menschen

Beim Menschen wird etwa die Hälfte der spontanen Abtreibungen im ersten Schwangerschaftstrimester durch eine numerische oder strukturelle Veränderung der Chromosomen verursacht.

Beispielsweise sind autosomale Monosomien nicht lebensfähig. Viele Trisomien wie die von Chromosom 16 werden häufig abgebrochen, und bei der X-Chromosomen-Monosomie oder dem Turner-Syndrom sind die Zellen lebensfähig, aber die X0-Zygoten werden vorzeitig abgebrochen.

Aneuploidie der Geschlechtschromosomen

Die häufigsten Fälle von Aneuploidien bei Männern hängen mit den Geschlechtschromosomen zusammen. Veränderungen der Chromosomenzahl werden besser toleriert als Veränderungen der autosomalen Chromosomen.

Aneuploidie beeinflusst die Kopienzahl eines Gens, nicht jedoch seine Nukleotidsequenz. Wenn sich die Dosis einiger Gene ändert, ändern sich wiederum die Konzentrationen der Genprodukte. Bei Geschlechtschromosomen gibt es eine Ausnahme von dieser Beziehung zwischen der Anzahl der Gene und dem produzierten Protein.

Bei einigen Säugetieren (Mäusen und Menschen) tritt die Inaktivierung des X-Chromosoms auf, wodurch bei Frauen und Männern die gleiche funktionelle Dosis der mit dem Chromosom verwandten Gene existieren kann.

Auf diese Weise werden die zusätzlichen X-Chromosomen in diesen Organismen inaktiviert, wodurch die Aneuploidie in diesen Chromosomen weniger schädlich wird.

Einige Krankheiten wie das Turner-Syndrom und das Klinefelter-Syndrom werden durch Aneuploidien in den Geschlechtschromosomen verursacht.

Klinefelter-Syndrom

Personen mit dieser Erkrankung sind phänotypisch männlich und weisen einige weibliche Merkmale auf. Das Vorhandensein eines zusätzlichen X-Chromosoms bei männlichen Personen ist die Ursache dieser Krankheit, wobei diese Personen 47 Chromosomen (XXY) aufweisen.

In schweren Fällen dieser Erkrankung haben Männer sehr hohe Stimmen, lange Beine, wenig Körperbehaarung und sehr ausgeprägte weibliche Hüften und Brüste. Darüber hinaus sind sie steril und können eine schlechte geistige Entwicklung haben. In milderen Fällen gibt es einen männlichen Phänotyp und eine normale kognitive Entwicklung.

Das Klinefelter-Syndrom tritt bei etwa einer von 800 männlichen Lebendgeburten auf.

Turner-Syndrom

Das Turner-Syndrom wird durch den teilweisen oder vollständigen Verlust eines X-Chromosoms verursacht und tritt bei Frauen auf. Diese chromosomale Veränderung tritt während der Gametogenese durch einen postzygotischen Nicht-Disjunktionsprozess auf.

Unterschiedliche Karyotypveränderungen führen beim Turner-Syndrom zu unterschiedlichen Phänotypen. Wenn das Material des langen Arms eines der X-Chromosomen (terminal oder interstitiell) verloren geht, treten bei Patienten mit dieser Erkrankung ein primäres oder sekundäres Ovarialversagen und kleine Größen auf. Lymphödeme und Gonadendysgenese sind ebenfalls häufig.

Im Allgemeinen ist der Phänotyp von Frauen mit dieser Krankheit normal, mit Ausnahme von Kleinwuchs. Die Diagnose dieses Syndroms hängt daher von der Studie und dem Vorhandensein der zytogenetischen Veränderung ab.

Diese Krankheit tritt bei ungefähr einem von 3000 weiblichen Neugeborenen mit einer höheren Häufigkeit spontaner Abtreibungen auf, dh nicht mehr als 5% der Embryonen, die mit dieser Veränderung gebildet werden, entwickeln sich vollständig bis zum Ende.

Autosomale Aneuploidie

Personen, die mit autosomalen Chromosomenaneuploidien geboren wurden, sind selten. In den meisten Fällen, in denen diese Arten von Mutationen auftreten, treten spontane Abtreibungen auf, mit Ausnahme von Aneuploidien kleiner Autosomen wie der Trisomie von Chromosom 21.

Es wird angenommen, dass Veränderungen in ihrer Zusammensetzung von Organismen viel weniger toleriert werden, da es keine Kompensationsmechanismen für genetische Dosen in autosomalen Chromosomen gibt.

Down-Syndrom

Die geringe Größe der Chromosomen 21 ermöglicht das Vorhandensein zusätzlicher Kopien von Genen, die weniger schädlich sind als bei größeren Chromosomen. Diese Chromosomen haben weniger Gene als jedes andere Autosom.

Das Down-Syndrom ist die häufigste autosomale Aneuploidie beim Menschen. In den Vereinigten Staaten hat etwa eine von 700 Geburten diesen Zustand.

Es wird geschätzt, dass 95% der Fälle durch Nicht-Disjunktion verursacht werden, was zu einer freien Trisomie 21 führt. Die restlichen 5% werden durch Translokation erzeugt, häufig zwischen den Chromosomen 21 und 14. Die Prävalenz dieser Erkrankung hängt weitgehend vom Alter der Mutter bei der Empfängnis ab.

Es wurde festgestellt, dass zwischen 85 und 90% der Fälle das Vorhandensein einer freien Trisomie 21 mit meiotischen Veränderungen der Mutter verbunden ist. Personen mit dieser Erkrankung sind dadurch gekennzeichnet, dass sie hypoton, überstreckbar und hyporeflektiv sind.

Darüber hinaus haben sie einen mäßig kleinen Schädel mit einem flachen, verzweigten Hinterkopf, einer kleinen Nase und Ohren sowie einen kleinen, nach unten abgewinkelten Mund mit häufigem Zungenvorsprung.

Verweise

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