الطفرات الكروموسومية Chromosomal Mutations

ما هي الكروموسومات Chromosomes؟

الكروموسومات (Chromosomes): هي عبارة عن الأجزاء التي تحمل المادة الوراثية أو الحمض النووي (DNA)، موجودة في نواة كل خلية. تأتي الكروموسومات في أزواج، يرث عضو واحد من كل زوج من كل والد. يطلق على العضوين من الزوج الكروموسومات المتجانسة.
كل خلية من خلايا الكائن الحي وجميع الأفراد من نفس النوع لديهم، كقاعدة عامة، نفس عدد الكروموسومات. الخلايا التناسلية (gametes) استثناء؛ لديهم فقط نصف عدد الكروموسومات مثل خلايا الجسم (somatic cells). لكن عدد الكروموسومات وحجمها وتنظيمها يختلف باختلاف الأنواع.
تحتوي أحاديات الديدان الخيطية الطفيلية Parascaris على زوج واحد فقط من الكروموسومات، في حين أن العديد من أنواع الفراشات بها أكثر من 100 زوج وبعض السراخس أكثر من 600. حتى الكائنات الحية ذات الصلة الوثيقة قد تختلف اختلافًا كبيرًا في عدد الكروموسومات. تتراوح أنواع الفئران الشوكية من جنس أمريكا الجنوبية Proechimys من 12 إلى 31 زوجًا من الكروموسومات.

ماذا نعني بالطفرات بشكل عام؟

نشأت الحياة منذ حوالي 3.5 مليار سنة في شكل كائنات بدائية كانت بسيطة نسبيًا وصغيرة جدًا. لقد تطورت جميع الكائنات الحية من هذه البدايات المتواضعة. يوجد حاليًا أكثر من مليوني نوع معروف، وهي متنوعة على نطاق واسع في الحجم والشكل وطريقة الحياة، وكذلك في تسلسل الحمض النووي التي تحتوي على معلوماتها الجينية.
ما الذي أنتج الاختلاف الجيني المنتشر داخل المجموعات الطبيعية والاختلافات الجينية بين الأنواع؟
يجب أن تكون هناك بعض الوسائل التطورية التي يتم من خلالها تغيير تسلسلات الحمض النووي الموجودة ودمج التسلسلات الجديدة في تجمعات الجينات للأنواع. المعلومات المشفرة في تسلسل النوكليوتيدات للحمض النووي، كقاعدة عامة، يتم استنساخها بأمانة أثناء النسخ المتماثل، بحيث ينتج عن كل تكرار جزيئين DNA متطابقين مع بعضهما البعض وللجزيء الأصلي. لكن الوراثة ليست عملية محافظة تمامًا وإلا لما حدث التطور.
في بعض الأحيان، تحدث “أخطاء” أو طفرات في جزيء الحمض النووي أثناء النسخ المتماثل، بحيث تختلف الخلايا الوليدة عن الخلايا الأصلية في التسلسل أو في كمية الحمض النووي. تظهر الطفرة أولاً في خلية واحدة من الكائن الحي، لكنها تنتقل إلى جميع الخلايا المنحدرة من الأولى.
يمكن تصنيف الطفرات إلى فئتين – الطفرات الجينية أو الطفرات النقطية، والتي تؤثر فقط على عدد قليل من النيوكليوتيدات داخل الجين والطفرات الصبغية، التي إما تغير عدد الكروموسومات أو تغير عدد أو ترتيب الجينات على الكروموسوم.

ما هي الطفرات الكروموسومية Chromosomal Mutations؟

طفرات بنية الكروموسومات (Chromosome structure mutations): هي تغييرات تؤثر على الكروموسومات الكاملة والجينات الكاملة بدلاً من مجرد نيوكليوتيدات فردية. تنتج هذه الطفرات عن أخطاء في انقسام الخلية تتسبب في قطع جزء من الكروموسوم أو تضاعفه أو انتقاله إلى كروموسوم آخر.

يمكن أن تكون طفرات بنية الكروموسوم أحد أربعة أنواع من ما يلي:

• الحذف (deletion): هو المكان الذي يتم فيه إزالة جزء من الكروموسوم.
  
• الانتقال (translocation): هو المكان الذي يضاف فيه جزء من الكروموسوم إلى كروموسوم آخر ليس شريكه المتماثل.
  
• الانقلاب (inversion): حيث يتم عكس جزء من الكروموسوم.
  
• الازدواجية (duplication)، تحدث عند إضافة جزء من الكروموسوم من شريكه المتماثل.
  

غالبًا ما تكون طفرات الكروموسومات قاتلة حيث يتم تغيير بنية الكروموسوم.

هل يمكن للتغييرات في عدد الكروموسومات أن تؤثر على الصحة والنمو؟

تحتوي الخلايا البشرية عادةً على 23 زوجًا من الكروموسومات، ليصبح المجموع 46 كروموسومًا في كل خلية. يمكن أن يتسبب التغيير في عدد الكروموسومات في حدوث مشكلات في نمو وتطور ووظيفة أنظمة الجسم. يمكن أن تحدث هذه التغييرات أثناء تكوين الخلايا التناسلية (البويضات والحيوانات المنوية) أو في النمو المبكر للجنين أو في أي خلية بعد الولادة. يسمى اكتساب أو فقدان الكروموسومات من المعدل الطبيعي 46 اختلال الصيغة الصبغية.

الشكل الشائع من اختلال الصيغة الصبغية هو التثلث الصبغي (Trisomy) أو وجود كروموسوم إضافي في الخلايا. كلمة “Tri-” هي كلمة يونانية تعني “ثلاثة”؛ يمتلك الأشخاص المصابون بالتثلث الصبغي ثلاث نسخ من كروموسوم معين في الخلايا بدلاً من نسختين عاديتين.
متلازمة داون هي مثال على حالة ناجمة عن التثلث الصبغي. عادةً ما يكون لدى الأشخاص المصابين بمتلازمة داون ثلاث نسخ من الكروموسوم 21 في كل خلية، ليصبح المجموع 47 كروموسومًا لكل خلية.

الصبغي الأحادي (Monosomy) أو فقدان أحد الكروموسوم في الخلايا، هو نوع آخر من اختلال الصيغة الصبغية. “Mono-” هي كلمة يونانية تعني “واحد”؛ الأشخاص المصابون بالأحادية الصبغي لديهم نسخة واحدة من كروموسوم معين في الخلايا بدلاً من نسختين عاديتين.

متلازمة تيرنر هي حالة تسببها أحادية الصغر. عادةً ما يكون لدى النساء المصابات بمتلازمة تيرنر نسخة واحدة فقط من كروموسوم X في كل خلية، ليصبح المجموع 45 كروموسومًا لكل خلية.

نادرًا ما تنتهي بعض الخلايا بمجموعات إضافية كاملة من الكروموسومات. الخلايا التي تحتوي على مجموعة إضافية واحدة من الكروموسومات، لإجمالي 69 كروموسوم، تسمى ثلاثية الصبغيات (triploid). الخلايا التي تحتوي على مجموعتين إضافيتين من الكروموسومات، بإجمالي 92 كروموسوم (tetraploid)، تسمى رباعي الصبغيات. الحالة التي تحتوي فيها كل خلية في الجسم على مجموعة إضافية من الكروموسومات لا تتوافق مع الحياة.

في بعض الحالات، قد يحدث تغيير في عدد الكروموسومات فقط في خلايا معينة. عندما يكون لدى الفرد مجموعتان أو أكثر من الخلايا بتركيبة كروموسومية مختلفة، فإن هذا الوضع يسمى الفسيفساء الكروموسومية. تحدث الفسيفساء الكروموسومية نتيجة خطأ في انقسام الخلايا في خلايا غير البويضات والحيوانات المنوية.
الأكثر شيوعًا، ينتهي الأمر ببعض الخلايا بصبغي واحد إضافي أو مفقود (بإجمالي 45 أو 47 كروموسومًا لكل خلية)، بينما تحتوي الخلايا الأخرى على 46 كروموسومًا عاديًا. متلازمة موزاييك تيرنر هي أحد الأمثلة على الفسيفساء الكروموسومية. في الإناث المصابات بهذه الحالة، تحتوي بعض الخلايا على 45 كروموسومًا لأنها تفتقد نسخة واحدة من الكروموسوم X، بينما تحتوي الخلايا الأخرى على العدد المعتاد من الكروموسومات.

العديد من الخلايا السرطانية لديها أيضًا تغيرات في عدد الكروموسومات. هذه التغييرات ليست موروثة؛ تحدث في الخلايا الجسدية (خلايا غير البويضات أو الحيوانات المنوية) أثناء تكوين أو تطور الورم السرطاني.

هل يمكن أن تؤثر التغييرات في بنية الكروموسومات على الصحة والتنمية؟

التغييرات التي تؤثر على بنية الكروموسومات يمكن أن تسبب مشاكل في نمو وتطور ووظيفة أنظمة الجسم. يمكن أن تؤثر هذه التغييرات على العديد من الجينات على طول الكروموسوم وتعطل البروتينات المصنوعة من تلك الجينات.

يمكن أن تحدث التغيرات الهيكلية أثناء تكوين البويضة أو خلايا الحيوانات المنوية أو في التطور المبكر للجنين أو في أي خلية بعد الولادة. يمكن إعادة ترتيب قطع الحمض النووي داخل كروموسوم واحد أو نقلها بين اثنين أو أكثر من الكروموسومات. تعتمد تأثيرات التغييرات الهيكلية على حجمها وموقعها، وما إذا تم اكتساب أو فقدان أي مادة وراثية. بعض التغييرات تسبب مشاكل طبية، بينما البعض الآخر قد لا يكون له تأثير على صحة الشخص.

أنواع الطفرات الكروموسومية Chromosomal Mutations:

التغييرات في عدد أو حجم أو تنظيم الكروموسومات داخل الأنواع تسمى الطفرات الصبغية أو التشوهات الكروموسومية أو الانحرافات الصبغية. تشمل التغييرات في بنية الكروموسوم ما يلي:

طفرة الإزاحة Translocations:

تحدث الإزاحة عندما تنكسر قطعة من كروموسوم وتلتصق بكروموسوم آخر. يوصف هذا النوع من إعادة الترتيب بأنه متوازن إذا لم يتم اكتساب أو فقدان أي مادة وراثية في الخلية. إذا كان هناك ربح أو فقدان للمادة الجينية، يوصف النقل بأنه غير متوازن.

عمليات الحذف Deletions:

تحدث عمليات الحذف عند كسر الكروموسوم وفقدان بعض المواد الجينية. يمكن أن تكون عمليات الحذف كبيرة أو صغيرة، ويمكن أن تحدث في أي مكان على طول الكروموسوم.

الازدواجية Duplications:

تحدث المضاعفات عندما يتم نسخ (duplicated) جزء من الكروموسوم عدة مرات. ينتج عن هذا النوع من التغيير الكروموسومي نسخ إضافية من المادة الوراثية من المقطع المضاعف.

الانقلابات Inversions:

ينطوي الانقلاب على كسر الكروموسوم في مكانين؛ يتم عكس الجزء الناتج من الحمض النووي وإعادة إدخاله في الكروموسوم. قد يتم فقد أو عدم فقد المواد الجينية نتيجة لانكسارات الكروموسوم. يُطلق على الانقلاب الذي يتضمن نقطة انقباض الكروموسوم (السنترومير) انعكاس محيط المركز.
يُطلق على الانقلاب الذي يحدث في الذراع الطويلة (q) أو الذراع القصيرة (p) ولا يشمل السنترومير الانقلاب المسمى (paracentric inversion).

أنواع الكروموسومات غير الطبيعية:

Isochromosomes:

إن isochromosome هو كروموسوم بذراعين متطابقين. بدلاً من ذراع واحد طويل (q) وذراع واحد قصير (p)، فإن isochromosome له ذراعان طويلتان أو ذراعان قصيران. نتيجةً لذلك، تحتوي هذه الكروموسومات غير الطبيعية على نسخة إضافية من بعض الجينات وتفتقد نسخًا من جينات أخرى.

الكروموسومات ثنائية المركز Dicentric chromosomes:

على عكس الكروموسومات العادية، التي لها نقطة انقباض واحدة (centromere)، يحتوي الكروموسوم ثنائي المركز على مركزين. تنتج الكروموسومات ثنائية المركز عن الاندماج غير الطبيعي لقطعتين من الكروموسومات، تحتوي كل منهما على centromere. هذه الهياكل غير مستقرة وغالبًا ما تنطوي على فقدان بعض المواد الجينية.

الكروموسومات الحلقية Ring chromosomes:

تحدث الكروموسومات الحلقية عادة عندما ينكسر الكروموسوم في مكانين وتندمج نهايات أذرع الكروموسوم معًا لتشكيل بنية دائرية. قد تتضمن الحلقة أو لا تتضمن نقطة انقباض الكروموسوم (السنترومير). في كثير من الحالات، تُفقد المادة الوراثية الموجودة بالقرب من نهايات الكروموسوم.

العديد من الخلايا السرطانية لديها أيضًا تغيرات في تركيب كروموسومها. هذه التغييرات ليست موروثة؛ تحدث في الخلايا الجسدية (خلايا غير البويضات أو الحيوانات المنوية) أثناء تكوين أو تطور الورم السرطاني.