Что такое инверсия в биологии
Инверсия (в биологии)
Смотреть что такое «Инверсия (в биологии)» в других словарях:
ИНВЕРСИЯ (в биологии) — ИНВЕРСИЯ, в биологии тип хромосомной перестройки (мутации), заключающийся в разрыве и повороте на 180о одного из внутренних участков хромосомы … Энциклопедический словарь
ИНВЕРСИЯ — в биологии тип хромосомной перестройки (мутации), заключающийся в разрыве и повороте на 180о одного из внутренних участков хромосомы … Большой Энциклопедический словарь
Инверсия — I Инверсия (от лат. inversio переворачивание, перестановка) изменение обычного порядка слов в предложении. И., как правило, используется для выделения переставленного элемента предложения или для придания всему предложению особого смысла … Большая советская энциклопедия
Инверсия — (от лат. inversio переворачивание, перестановка, превращение) 1) (в биологии) тип хромосомной перестройки (мутации) разрыва и полного разворота одного из внутренних участков хромосомы; 2) (в математике) в геометрии преобразование относительно… … Начала современного естествознания
цитогенетика — (от цито. и генетика), раздел генетики, изучающий закономерности наследственности и изменчивости на уровне клетки и субклеточных структур (главным образом хромосом). * * * ЦИТОГЕНЕТИКА ЦИТОГЕНЕТИКА, область генетики, изучающая цитологические… … Энциклопедический словарь
хромосомные перестройки — (аберрации хромосомные, хромосомные мутации), структурные изменения хромосом, сопровождающиеся разрывом хромосом, за которым обычно следует соединение разорванных концов в новых сочетаниях. При хромосомных перестройках наблюдаются… … Энциклопедический словарь
СССР. Естественные науки — Математика Научные исследования в области математики начали проводиться в России с 18 в., когда членами Петербургской АН стали Л. Эйлер, Д. Бернулли и другие западноевропейские учёные. По замыслу Петра I академики иностранцы… … Большая советская энциклопедия
Симметрия — I Симметрия (от греч. symmetria соразмерность) в математике, 1) симметрия (в узком смысле), или отражение (зеркальное) относительно плоскости α в пространстве (относительно прямой а на плоскости), преобразование пространства… … Большая советская энциклопедия
Лазер — источник электромагнитного излучения видимого, инфракрасного и ультрафиолетового диапазонов, основанный на вынужденном излучении (См. Вынужденное излучение) атомов и молекул. Слово «лазер» составлено из начальных букв (аббревиатура) слов… … Большая советская энциклопедия
Генетика — I Генетика (от греч. génesis происхождение) наука о законах наследственности и изменчивости организмов. Важнейшая задача Г. разработка методов управления Наследственностью и наследственной Изменчивостью для получения нужных человеку форм… … Большая советская энциклопедия
Инверсия (биология)
Инверсии, как правило, не влияют на фенотип носителя. Патологический фенотип при инверсии может формироваться, если разрыв находится в пределах гена, или если перестройка нарушает регуляцию гена. Из-за образования аберрантных рекомбинантных хромосом в мейозе гетерозиготы по инверсии могут иметь сниженную фертильность, по этой же причине у них есть вероятность рождения потомства с аномальным фенотипом.
Связанные понятия
Упоминания в литературе
Связанные понятия (продолжение)
Делеции (от лат. deletio — уничтожение) — хромосомные перестройки, при которых происходит потеря участка хромосомы. Делеция может быть следствием разрыва хромосомы или результатом неравного кроссинговера. По положению утерянного участка хромосомы делеции классифицируют на внутренние (интерстициальные) и концевые (терминальные).
Псевдоаутосо́мные о́бласти (англ. pseudoautosomal region — PAR) — гомологичные участки половых хромосом различного типа; у млекопитающих они, соответственно, находятся на X-хромосоме и Y-хромосоме. Все гены, расположенные в этих областях, есть у обоих полов и наследуются так же, как и любые аутосомные гены, отсюда и название областей.
Соматические клетки (др.-греч. σῶμα — тело) — клетки, составляющие тело (сому) многоклеточных организмов и не принимающие участия в половом размножении. Таким образом, это все клетки, кроме гамет.
Хромати́да (греч. chroma — цвет, краска и греч. eidos — вид) — структурный элемент хромосомы, формирующийся в интерфазе ядра клетки в результате удвоения хромосомы.
Эпигенетическим наследованием называют наследуемые изменения в фенотипе или экспрессии генов, вызываемые механизмами, отличными от изменения последовательности ДНК (приставка эпи- означает в дополнение). Такие изменения могут оставаться видимыми в течение нескольких клеточных поколений или даже нескольких поколений живых существ.
Хромосомная инверсия
Инверсия — хромосомная перестройка, при которой происходит поворот участка хромосомы на 180°. Инверсии являются сбалансированными внутрихромосомными перестройками. Различают парацентрические (инвертированный фрагмент лежит по одну сторону от центромеры) и перицентрические (центромера находится внутри инвертированного фрагмента) инверсии. Инверсии играют роль в эволюционном процессе, видообразовании и в нарушениях фертильности.
Инверсии, как правило, не влияют на фенотип носителя. Патологический фенотип при инверсии может формироваться, если разрыв находится в пределах гена, или если перестройка нарушает регуляцию гена. Гетерозигота по инверсии может иметь сниженную фертильность и вероятность рождения потомства с аномальным фенотипом из-за образования аберрантных рекомбинантных хромосом в мейозе.
Содержание
Гетерозиготные инверсии в мейозе
При прохождении мейоза в профазе I между гомологичными хромосомами происходит синапсис, после чего возможен кроссинговер и рекомбинация между ними. Гетерозиготность по инверсии осложняет поиск гомологичных последовательностей при синапсисе хромосом. Короткие гетерозиготные инверсии обычно испытывают трудности при синапсисе, но, как правило, в их случае запускается процесс так называемой синаптической подгонки (или синаптической пригонки), в результате которой на месте инверсии осуществляется негомологичный синапсис (гетеросинапсис), в котором существует запрет на рекомбинацию. Достаточно протяжённые гетерозиготные инверсии могут образовывать полноценный гомологичный синапсис за счёт формирования инверсионной петли, и, следовательно, в пределах инвертированного участка может произойти кроссинговер.
Таким образом, гетерозиготность по инверсии приводит к подавлению рекомбинации в пределах инверсии за счёт двух основных механизмов: из-за запрета рекомбинации в случае гетеросинапсиса и за счёт низкой вероятности появления рекомбинантных продуктов в потомстве вследствие генетической несбалансированности гамет.
Выявление инверсий
В настоящее время существует три основных подхода для выявления инверсий: с помощью классического генетического анализа, цитологически и на основе данных секвенирования полного генома. Наиболее распространённым является цитологический подход.
Цитологически инверсии впервые наблюдали на политенных хромосомах слюнных желез у дрозофил, и двукрылые по-прежнему являются наиболее удобным объектом для наблюдения инверсий. В других таксономических группах крупные инверсии можно выявить при помощи дифференциальной окраски метафазных хромосом. Известные полиморфные варианты инверсий можно анализировать при помощи флуоресцентной гибридизации in situ с использованием локус-специфических ДНК-проб.
Возникновение инверсий
Для возникновения инверсии необходимым условием является повреждение ДНК в виде двунитевого разрыва с последующей ошибкой репарации. Репарация двунитевого разрыва ДНК может проходить двумя способами: негомологичным соединением разрывов и гомологичной рекомбинацией. При репарации путём негомологичного соединения могут ошибочно соединиться два внутрихромосомных разрыва с разворотом участка между ними на 180°. При гомологичной рекомбинации может произойти неверный выбор последовательности ДНК, на основе которой идёт репарация повреждённой ДНК. Вместо аллельной гомологичной последовательности происходит ошибочный выбор паралогичной последовательности на этой же хромосоме. В последнем случае для формирования инверсии необходимо возникновение двунитевого разрыва ДНК в одной из двух повторяющихся последовательностей, находящихся на одной хромосоме в инвертированном положении по отношению друг к другу.
Двунитевые разрывы ДНК могут возникать вследствие воздействия экзогенными факторами, такими как ионизирующее излучение или химиотерапия, а также вследствие воздействия на ДНК эндогенно образующимися свободными радикалами.
Роль инверсий в видообразовании
Инверсии и половые хромосомы
Обозначение инверсий
В медицинской генетике для обозначения инверсий используют Международную систему по цитогенетической номенклатуре человека (The International System for Human Cytogenetic Nomenclature — ISCN). Запись inv(A)(p1;q2) обозначает инверсию в хромосоме А. Информация во вторых скобках даётся дополнительно для локализации точек разрыва внутри хромосомы А. Буква p означает короткое плечо хромосомы, буква q — длинное плечо, цифры после p и q относятся к нумерации хромосомных бэндов. Инверсии гетерохроматиновых районов хромосом 1, 9 и 16 предложено обозначать как 1ph, 9ph и 16ph соответственно.
Полиморфизм по инверсиям у человека
Что такое инверсия в биологии
Хромосомные перестройки обычно не имеют фенотипического эффекта, если они сбалансированы, поскольку весь хромосомный материал присутствует, даже если он иначе упакован. Важно различать разницу между истинно сбалансированными перестройками и теми, которые цитогенетически представляются сбалансированными, но на молекулярном уровне не сбалансированы.
Более того, из-за высокой частоты в геноме CNP, увеличивающей и без того существующие различия в много миллионов пар оснований между геномами неродственных индивидуумов, понятие сбалансированности или несбалансированности отчасти произвольно и подлежит дальнейшему исследованию и уточнению.
Даже когда структурные перестройки истинно сбалансированы, они могут представлять угрозу последующим поколениям, поскольку носители могут иметь высокую частоту несбалансированных гамет и, следовательно, имеют повышенный риск аномального потомства с несбалансированными кариотипами; в зависимости от специфической перестройки, риск может колебаться от 1 до 20%.
Существует также возможность, что один из хромосомных разрывов повредит ген, вызвав мутацию. Это хорошо описаная причина Х-сцепленных болезней у женщин-носителей сбалансированных транслокаций Х-хромосомы и аутосом, такие транслокации могут быть путеводной нитью к уточнению позиции гена, ответственного за развитие болезни.
Инверсия хромосом
Инверсия появляется, когда в хромосоме происходят два разрыва, а сегмент между ними переворачивается. Инверсии бывают двух типов: парацентрические (не включающие центромеру), при которых оба разрыва происходят в одном плече; и перицентрические (включающие центромеру), при которых разрывы находятся в разных плечах. Поскольку парацентрические инверсии не изменяют соотношение плеч хромосомы, их можно выявить (если это вообще удастся) только при дифференциальной окраске или FISH-методом с локусспецифическими зондами.
Перицентрические инверсии цитогенетически выявить легче, поскольку они могут изменять соотношение плеч хромосом, а также расположение полос.
Инверсия обычно не вызывает аномалий фенотипа у носителей, поскольку относится к сбалансированным перестройкам. Ее медицинское значение — влияние на потомство; носитель любой инверсии попадает в группу риска по наличию аномальных гамет, приводящих к несбалансированному потомству, так как при инверсии при конъюгации хромосом в мейозе I формируется петля. Рекомбинация отчасти подавляется в пределах инверсионных петель, но если она происходит, то может вести к формированию несбалансированных гамет.
Формируются как гаметы со сбалансированным хромосомным набором (нормальным или с инверсией), так и гаметы с несбалансированными хромосомами в зависимости от позиции точек рекомбинации. Если инверсия парацентрическая, несбалансированные рекомбинантные хромосомы обычно ацентрические или дицентрические и не могут привести к жизнеспособному потомству, хотя есть и редкие исключения. Таким образом, на самом деле риск того, что носитель парацентрической инверсии будет иметь живорожденного ребенка с аномальным кариотипом, очень низкий.
Перицентрическая инверсия, со своей стороны, может привести к появлению несбалансированных гамет как с дупликацией, так и с делецией хромосомных сегментов. Удвоенный и потерянный сегменты — расположенные дистальнее инверсии. В целом риск для носителя перицентрической инверсии родить ребенка с несбалансированным кариотипом оценивают в 5-10%. Каждая перицентрическая инверсия, тем не менее, связана с конкретным риском.
Большие перицентрические инверсии с большей вероятностью, чем малые, приводят к жизнеспособному рекомбинантному потомству, так как в случае больших инверсий несбалансированные сегменты в рекомбинантном потомстве имеют меньший размер. Это положение иллюстрируют три хорошо изученных инверсии.
Перицентрическая инверсия хромосомы 3, происходящая от семейной пары из Ньюфаундленда, вступивших в брак в начале XIX в. — одна из немногих, для которой получено достаточно данных, чтобы оценить расхождение инвертированной хромосомы в потомстве носителей. Кариотип с inv(3) (p25q21) с тех пор был описан в ряде центров Северной Америки, в семьях, предки которых прослеживались до приморских провинций Канады.
Носители хромосомы inv(3) нормальны, но некоторые их дети имеют характерный аномальный фенотип, ассоциирующийся с рекомбинантной хромосомой 3, в которой отмечена дупликация дистального сегмента 3q21 и делеция дистального сегмента 3р25. Девять человек — носителей этой инверсии — имели 53 зарегистрированных беременности. Высокий риск аномального исхода беременности в группе (22/53, или больше 40%) указывает значение семейных хромосомных исследований для идентификации носителей, генетического консультирования и дородовой диагностики.
Другая перицентрическая инверсия, связанная с выраженным дупликационным или делеционным синдромом в рекомбинантных потомках, находится в хромосоме 8, inv(8) (p23.1q22.1) и первоначально обнаружена среди испанцев юго-запада США. Эмпирические исследования показали, что носители inv(8) имеют 6% риска родить ребенка с синдромом рекомбинантной хромосомы 8, летальным нарушением с серьезными сердечными аномалиями и умственным недоразвитием. В рекомбинантной хромосоме дублирован дистальный участок 8q22.1 и утерян дистальный участок 8р23.1.
Наиболее частая инверсия у человека — небольшая перицентрическая инверсия хромосомы 9, которую отмечают почти у 1% обследованных лабораториями цитогенетики. Кариотип inv(9)(pllql2) не имеет известных опасных эффектов у носителей и не дает значимого риска выкидыша или несбалансированного потомства; поэтому обычно считается вариантом нормы.
Дополнительно к цитогенетически видимым инверсиям геномными методами обнаруживают все большее количество малых инверсий. Полагают, что многие из них клинически благоприятны, без отрицательного влияния на потомство.
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
ИНВЕРСИЯ
Инверсия (лат. inversio перестановка, перемещение) — поворот какого-либо участка хромосомы или хроматиды на 180°, всегда связанный с разрывами хромосомы (хроматиды) в двух точках. Инверсия — наиболее часто встречающийся в природе тип структурных изменений хромосом. Связанные с одним разрывом так наз. терминальные (концевые) Инверсии невозможны в силу того, что концевой участок хромосомы неспособен соединяться с разорванным концом; указания на существование терминальных Инверсий ошибочны. Инверсии обозначают символом In, рядом с к-рым в скобках указывают порядковый номер вовлеченной в И. хромосомы, а иногда также символы генов, включенных в инвертированный участок. И. возникают спонтанно, а также под влиянием радиации и других мутагенов (см.). Если в И. вовлечена центромерная область хромосомы, то говорят о перицентрических И.; если оба разрыва происходят по одну сторону от центромеры, т. е. в одном плече,— о парацентрических И. Иногда перицентрические И. рассматривают как транслокации (см.), т. е. перемещение обоих плеч одной хромосомы по отношению к ее центромерному участку.
Сами по себе Инверсии не влияют на фенотип особи (см. Генотип), однако Инверсия может сопровождаться изменением активности гена — так наз. эффект положения гена (см. Ген), а также изменением или утратой генетического материала в месте одного из разрывов (см. Мутация). И. в гомозиготном участке изменяет относительное расстояние между генами и тем самым изменяет степень сцепления генов. И. в гетерозиготных участках приводит к аномалиям процесса конъюгации пары гомологичных хромосом на стадии пахитены мейоза (см.). Для осуществления конъюгации двух гомологичных хромосом (см. Конъюгация хромосом) необходимо точное сопоставление гомологичных генов. Изменение в результате И. последовательности генов на каком-либо участке хромосомы препятствует осуществлению конъюгации в пределах этого участка. Однако если И. захватила значительный участок, то хромосомы, образуя петли порой причудливой формы, достигают сопоставления гомологичных генов, обеспечивая конъюгацию в пределах измененного участка. Если гетерозиготный участок невелик, то конъюгация в этом участке либо отсутствует, либо проходит как негомологичная конъюгация. Возможны также случаи, когда конъюгация ограничена только областью И. Конъюгация хромосом предшествует кроссинговеру — обмену генами или гомологичными участками между гомологичными хромосомами (см. Рекомбинация, хромосом). Однако если кроссинговер происходит внутри конъюгационной петли, то это, как правило, приводит к появлению хромосом с более или менее значительными нехватками (делециями) по одним участкам (см. Делеция) и умножением генетического материала (дупликациями) по другим участкам. В случае парацентрических И. такой процесс приводит к образованию дицентрических и ацентрических хромосом. Гаметы, получившие по завершении мейоза также измененные хромосомы, оказываются нежизнеспособными. Это создает впечатление, что И. подавляет кроссинговер. Кроме того, отсутствие кроссинговера может быть результатом отсутствия конъюгации хроматид, к-рая наблюдается по обе стороны от разрыва в случае гетерозиготной И. Поэтому в экспериментальной генетике И. используют в качестве подавителя (запирателя) кроссинговера.
Эволюционное значение Инверсий определяется тем, что они способствуют закреплению генетического полиморфизма в популяции, повышая этим ее биол, приспособленность, а также создают частичную генетическую изоляцию. И. можно обнаружить генетически по изменению сцепления генов, а также цитологически — гетерозиготные И. на стадии пахитены процесса мейоза и в гигантских хромосомах слюнных желез двукрылых. В соматических клетках человека при обычных методах цитогенетического исследования большинство И. не улавливается. Совершенно не улавливаются парацентрические И., а из перицентрических улавливаются только те, которые изменяют центромерный индекс. Поэтому четких данных о роли И. в наследственной патологии человека не имеется. Описано несколько достоверных случаев И. в хромосомах человека как у нормальных индивидуумов, так и в разных случаях врожденной патологии, однако причинная связь между И. и этой патологией остается неизвестной. Разработанные в 60—70-х гг. 20 в. методы исследования хромосом по длине позволяют обнаруживать в соматических клетках практически все И. и тем самым открывают возможность для изучения их роли в наследственной патологии.
Библиография: Дубинин Н. П. Общая генетика, М., 1976, библиогр.; Основы цитогенетики человека, под ред. А. А. Прокофьевой-Бельговской, М., 1969; Суонсон К., Мерц Т. и Янг У. Цитогенетика, пер. с англ., М., 1969.