الانتقال الكروموسومي

في علم الوراثة ، يُعدّ انتقال الكروموسومات ظاهرةً تُؤدي إلى إعادة ترتيب غير طبيعية للكروموسومات. ويشمل ذلك الانتقال "المتوازن" و"غير المتوازن"، مع ثلاثة أنواع رئيسية: الانتقال "المتبادل"، و"غير المتبادل"، و" الروبرتسوني ". الانتقال المتبادل هو شذوذ كروموسومي ناتج عن تبادل أجزاء بين كروموسومات غير متماثلة . حيث يتم تبديل قطعتين منفصلتين من كروموسومين مختلفين. أما الانتقال الروبرتسوني فيحدث عندما يرتبط كروموسومان غير متماثلين، أي أنه في حال وجود زوجين سليمين من الكروموسومات، فإن أحد كروموسومي كل زوج "يلتصق" ويمتزج مع الآخر بشكل متجانس. يمكن أن يُؤدي كل نوع من أنواع انتقال الكروموسومات إلى اضطرابات في النمو والوظائف والتطور الجسدي للفرد، وغالبًا ما ينتج ذلك عن تغيير في جينومه. ^{[ 1 ]}

قد يحدث اندماج جيني عندما يربط الانتقال الكروموسومي جينين منفصلين. ويُكتشف هذا الاندماج من خلال علم الوراثة الخلوية أو النمط النووي للخلايا المتأثرة . يمكن أن تكون عمليات الانتقال الكروموسومي متوازنة (حيث يتم تبادل المادة الوراثية بالتساوي دون وجود معلومات وراثية زائدة أو ناقصة، مع الحفاظ على الوظائف الكاملة في الوضع الأمثل) أو غير متوازنة (حيث يكون تبادل المادة الكروموسومية غير متساوٍ، مما يؤدي إلى وجود جينات زائدة أو ناقصة ). ^{[ 1 ] [ 2 ]} في نهاية المطاف، يمكن أن تُعزى هذه التغيرات في بنية الكروموسوم إلى الحذف والتضاعف والانقلاب، ويمكن أن تُؤدي إلى ثلاثة أنواع رئيسية من التغيرات البنيوية.

لوحظت عمليات الانتقال الكروموسومي - التي ينفصل فيها جزء من كروموسوم ويلتصق بآخر - لأول مرة في أوائل القرن العشرين. ففي عام 1916، وثّق عالم الحيوان الأمريكي ويليام آر. بي. روبرتسون اندماجًا كروموسوميًا في الجراد (يُعرف الآن باسم الانتقال الروبرتسوني ). ^{[ 3 ]} وفي عام 1938، أثبت كارل ساكس أن التعرض للأشعة السينية يمكن أن يحفز عمليات الانتقال الكروموسومي، حيث لاحظ اندماجات ناتجة عن الإشعاع بين كروموسومات مختلفة في الخلايا النباتية. ^{[ 3 ]} وخلال أربعينيات القرن العشرين، كشفت تجارب باربرا مكلينتوك في علم الوراثة الخلوية للذرة عن دورة انكسار الكروموسومات واندماجها وتكوين الجسور، مما زاد من فهم آليات إعادة ترتيب الكروموسومات. ^{[ 4 ]} حدث تقدم كبير عام 1960 باكتشاف كروموسوم فيلادلفيا في سرطان الدم النخاعي المزمن ، وهو أول شذوذ كروموسومي ثابت مرتبط بسرطان بشري. وفي عام 1973، حددت جانيت راولي كروموسوم فيلادلفيا على أنه انتقال بين الكروموسومين 9 و22، مما ربط بشكل قاطع انتقالًا كروموسوميًا محددًا بسرطان الدم. ^{[ 5 ]}

في العقود اللاحقة، ساهم التقدم التكنولوجي بشكل كبير في تحسين اكتشاف وفهم عمليات الانتقال الكروموسومي. وقد أتاح إدخال تقنيات التلوين الكروموسومي في سبعينيات القرن الماضي (مثل التلوين Q والتلوين G ) تحديدًا أكثر دقة للكروموسومات الفردية وشذوذاتها في النمط النووي. ^{[ 6 ]} كما مكّن تطوير التهجين الموضعي الفلوري ( FISH ) في أوائل ثمانينيات القرن الماضي الباحثين من وسم تسلسلات الحمض النووي المحددة بمجسات فلورية على الكروموسومات، مما حسّن بشكل كبير من تحديد مواقع نقاط انقطاع الانتقال الكروموسومي. ^{[ 6 ]} وفي القرن الحادي والعشرين، أتاح تسلسل الحمض النووي عالي الإنتاجية (مثل تسلسل الجينوم الكامل) إمكانية اكتشاف عمليات الانتقال الكروموسومي بدقة النوكليوتيد الواحد، مما أدى إلى اكتشاف العديد من عمليات الانتقال الكروموسومي التي لم تكن معروفة سابقًا في مختلف أنواع السرطان والاضطرابات الوراثية. ^{[ 4 ]}

تتضمن عمليات الانتقال المتبادل تبادل المادة الوراثية بين الكروموسومات غير المتماثلة. ^{[ 7 ]} عادةً ما تكون هذه العمليات غير ضارة، إذ لا ينتج عنها اكتساب أو فقدان للمادة الوراثية، كما هو الحال في عمليات الانتقال غير المتبادلة. غالبًا ما يحدث هذا النوع من الانتقال نتيجةً لإصلاح خاطئ للكسور المزدوجة أو العبور غير المتماثل في الانقسام الاختزالي. ^{[ 7 ]}

يُعدّ التبادل المتوازن المتبادل بين الكروموسومين 11 و22 أحد أكثر أنواع التبادل المتوازن المتبادل شيوعًا. لا يُعاني الأفراد المصابون بهذا الشذوذ الكروموسومي من أي أعراض ظاهرة، لكنهم قد يواجهون مشاكل في الخصوبة، إذ قد يُنتج حاملو التبادل المتوازن المتبادل أمشاجًا تحتوي على تبادلات كروموسومية غير متوازنة متبادلة أو غير متبادلة. ^{[ 8 ]} قد يؤدي اندماج مشيج حامل هذا التبادل مع مشيج سليم من الوالد الآخر إلى تكرار أو حذف المادة الوراثية بناءً على انفصال الكروموسومات أثناء الانقسام الاختزالي. ^{[ 8 ]} قد يُسبب ذلك العقم، أو الإجهاض ، أو ولادة أطفال مصابين بتشوهات خلقية. غالبًا ما تُقدّم الاستشارات الوراثية والفحوصات الجينية للعائلات التي قد تحمل هذا التبادل. ومن الأمثلة الشائعة على العيوب الخلقية التي قد تنتج عن حامل التبادل المذكور أعلاه متلازمة إيمانويل . ^{[ 9 ]}

تتشابه عمليات الانتقال المتبادل غير المتوازنة مع عمليات الانتقال المتبادل المتوازنة في كونها تتضمن تبادل المعلومات الوراثية بين كروموسومين غير متماثلين. ^{[ 10 ]} مع ذلك، في عمليات الانتقال المتبادل غير المتوازنة، ينتج عن العملية أيضًا تكرار أو حذف بعض المادة الوراثية. ونظرًا لوجود خلل وراثي، غالبًا ما يُظهر الأفراد الذين يعانون من انتقال متبادل غير متوازن نمطًا ظاهريًا يعكس التعبير الجيني غير الطبيعي. ^{[ 10 ]}

تنتج معظم حالات الانتقال الكروموسومي المتبادل غير المتوازن عن وراثة من أحد الوالدين يحمل انتقالًا كروموسوميًا متوازنًا. ^{[ 11 ]} وكما ذُكر سابقًا، يُرجّح أن يُنجب الآباء الذين يحملون انتقالات كروموسومية متوازنة أطفالًا يحملون انتقالات كروموسومية غير متوازنة. وعلى الرغم من ندرة حدوثها، قد تتشكل الانتقالات الكروموسومية غير المتوازنة نتيجة أخطاء أثناء تكوين الأمشاج أو أخطاء في إصلاح انقطاعات الحمض النووي المزدوج. ^{[ 11 ]}

الانتقال غير المتبادل هو خلل كروموسومي ينطوي على انتقال أحادي الاتجاه للجينات من كروموسوم إلى آخر غير متماثل . ويكون هذا الانتقال غير متوازن دائمًا، مما يؤدي إلى اختلال التوازن الجيني. ومن المرجح أن يؤدي هذا الفائض أو النقص في المادة الوراثية، مقارنةً بالجينوم الطبيعي، إلى الإصابة بالأمراض.

يمكن أن تحدث عمليات الانتقال غير المتبادل نتيجة لثلاث عمليات رئيسية: أخطاء أثناء تضاعف الحمض النووي ، والعبور غير المتكافئ في الانقسام الاختزالي أو الانقسام المتساوي، و/أو عوامل خارجية تُسبب تلفًا في الحمض النووي ثنائي السلسلة. ^{[ 12 ]} عندما يتعرض كروموسوم لكسر في سلسلته المزدوجة في موقع واحد أو أكثر، فقد يلتحم بكروموسوم غير متماثل. ^{[ 12 ]} في حالة الانتقال غير المتبادل، يكتسب الكروموسوم المُستقبِل مادةً وراثية، بينما لا يكتسب الكروموسوم المُتبرِّع مادةً في المقابل. يُؤدي هذا النقل غير المتكافئ إلى فقدان المادة الوراثية، والذي قد يكون له درجات متفاوتة من التأثير.

تؤثر عدة عوامل على تأثير عملية الانتقال الكروموسومي. قد يقع الجزء المتأثر من الكروموسوم نتيجةً لكسر الحمض النووي المزدوج في منطقة ترميزية أو غير ترميزية. ^{[ 13 ]} لذا، قد ينتج عن إعادة الترتيب تأثيرات متعددة على الجين. فقد تُكبت الجينات الأساسية أو تُنشط الجينات الورمية . ^{[ 13 ]} كما قد يؤثر الكروموسوم الذي يحدث عليه الانتقال على النتيجة، إذ تحتوي بعض الكروموسومات على عدد أكبر من الجينات الأساسية . وقد يؤثر نوع الخلية التي يحدث فيها الانتقال أيضًا. فالخلايا الجسدية أكثر عرضةً للتسبب بالسرطان، بينما الخلايا الجنسية أكثر عرضةً للتسبب بعيوب خلقية، بما في ذلك الإجهاض والولادة الميتة. ^{[ 14 ]}

من الأمثلة المحددة على الانتقال غير المتوازن وغير المتبادل متلازمة إيمانويل . على المستوى الكروموسومي، ينتقل جزء من الكروموسوم 11 بشكل غير متبادل إلى الكروموسوم 22، مما يُحدث اختلالات جينية. ^{[ 9 ]} تظهر متلازمة إيمانويل ظاهريًا على شكل اضطرابات نمائية عصبية وجسدية، وصغر الرأس ، وعيوب خلقية . ^{[ 9 ]}

يُعدّ الانتقال الروبرتسوني نوعًا من الانتقال الكروموسومي الناتج عن انكسارات عند أو بالقرب من السنتروميرات في كروموسومين طرفيين . يؤدي التبادل المتبادل للأجزاء إلى ظهور كروموسوم مركزي كبير وكروموسوم صغير جدًا قد يُفقد من الكائن الحي دون تأثير يُذكر لاحتوائه على عدد قليل من الجينات. ينتج عن ذلك نمط كروموسومي في الإنسان يتكون من 45 كروموسومًا فقط، نظرًا لاندماج كروموسومين معًا. ^{[ 15 ]} لا يؤثر هذا بشكل مباشر على النمط الظاهري، لأن الجينات الموجودة على الأذرع القصيرة للكروموسومات الطرفية مشتركة بينها جميعًا وتوجد بأعداد نسخ متغيرة (جينات مُنظِّم النوية).

لوحظت عمليات الانتقال الروبرتسونية التي تشمل جميع تركيبات الكروموسومات الطرفية. أكثر عمليات الانتقال شيوعًا لدى البشر تشمل الكروموسومين 13 و 14 ، وتُشاهد في حوالي 0.97 من كل 1000 مولود جديد. ^{[ 16 ]} لا يرتبط حاملو عمليات الانتقال الروبرتسونية بأي تشوهات ظاهرية، ولكن هناك خطر من عدم توازن الأمشاج مما يؤدي إلى الإجهاض أو ولادة أطفال غير طبيعيين. على سبيل المثال، يكون حاملو عمليات الانتقال الروبرتسونية التي تشمل الكروموسوم 21 أكثر عرضة لإنجاب طفل مصاب بمتلازمة داون . يُعرف هذا باسم "متلازمة داون الانتقالية". ويعود ذلك إلى خلل في الانفصال ( عدم الانفصال ) أثناء تكوين الأمشاج. تكون نسبة خطر انتقال المتلازمة من الأم (10%) أعلى من نسبة انتقالها من الأب (1%). كما تحمل عمليات الانتقال الروبرتسونية التي تشمل الكروموسوم 14 خطرًا طفيفًا للإصابة بمتلازمة أحادية الأبوة للكروموسوم 14 نتيجةً لإنقاذ التثلث الصبغي .

يمكن أن تحدث التغييرات في بنية الكروموسوم بسبب عمليات الحذف والتكرار والانقلاب، مما يؤدي في النهاية إلى 3 أنواع رئيسية من التغييرات الهيكلية.

تنتج الكروموسومات المتماثلة عندما يمتلك الكروموسوم ذراعين متطابقين، مثل ذراعين P أو ذراعين Q، بدلاً من اقتران Q وP المتوقع. يمكن أن تؤدي هذه التغيرات البنيوية في الكروموسومات المتماثلة إلى فقدان بعض المعلومات، بالإضافة إلى تغير في التعبير الجيني داخل الجسم نتيجة لتضاعف مجموعة واحدة من أذرع الكروموسوم. ^{[ 17 ]}

الكروموسومات ثنائية السنترومير هي كروموسومات تحتوي على سنتروميرين، مما يؤدي إلى عدم استقرار داخل الكروموسوم وفقدان المعلومات الوراثية نتيجة اندماج قطعتين من الكروموسوم مع سنترومير واحد. ^{[ 17 ]} ينتج عن ذلك كروموسوم واحد يحتوي على سنتروميرين، بسبب اندماج قطعتين من الكروموسوم مع سنترومير واحد لكل منهما، وبالتالي ينتج عن ذلك اندماج سنتروميرين.

الكروموسومات الحلقية هي كروموسومات تتشكل عندما تنفصل نهايات الكروموسومات السابقة لتكوين بنية دائرية. ^{[ 18 ]} ينتج عن ذلك فقدان المادة الوراثية، بالإضافة إلى احتمال فقدان السنترومير الكروموسومي. ^{[ 17 ]}

عادةً ما يكون الحدث المُحفِّز لتكوين الانتقال الكروموسومي هو انقطاع في سلسلتي الحمض النووي الصبغي . ^{[ 19 ]} قد تحدث انقطاعات سلسلتي الحمض النووي الصبغي لأسباب عديدة، إلا أن مسار الربط غير المتجانس للنهايات (NHEJ) يلعب دورًا رئيسيًا في إحداث هذه الانتقالات. ^{[ 19 ] [ 20 ]} عندما يعمل هذا المسار بشكل صحيح، فإنه يُصلح انقطاع سلسلتي الحمض النووي عن طريق إعادة ربط النهايات المكسورة أصلًا باستخدام نهاياتها اللاصقة أو غير اللاصقة التي تُنتجها آليات الإنزيمات والبروتينات. مع ذلك، عندما يعمل مسار NHEJ بشكل غير صحيح، فقد يربط النهايات بشكل خاطئ، مما يؤدي إلى إعادة ترتيب جينومي، بما في ذلك الانتقالات الكروموسومية. هذه التركيبات غير الصحيحة هي نتيجة لتسلسلات متقاربة ذات تماثل متشابه، ولكن ليس تماثلًا تامًا، ومع ذلك تتعرف عليها آليات الإصلاح على أنها تماثل تام. يؤدي هذا إلى بدء آلية الإصلاح باستخدام آلية NHEJ مع التسلسلات الخاطئة، مما ينتج عنه حذف أو إدخال نيوكليوتيدات محددة، أو ربط تسلسلات طرفية غير صحيحة. ^{[ 21 ]} في نهاية المطاف، تنشأ هذه المشكلات نتيجة قراءة خاطئة للتسلسلات المتماثلة بواسطة البروتين أو الإنزيم، مما يؤدي إلى دمج تسلسلات غير صحيحة في الجينوم. يحدث هذا أيضًا عندما تكون جينومات التسلسلات المتماثلة بشكل طفيف متقاربة جدًا، مما يؤدي إلى ارتباك الآلية أو الخلط بين التسلسل الخاطئ والتسلسل الصحيح. ^{[ 22 ]}

يُعدّ تكوين تسلسلات AID أحد العوامل المؤثرة في حدوث انقطاعات في سلسلتي الحمض النووي. وتنتج هذه التسلسلات عن عملية نزع الأمين من نيوكليوتيد السيتوزين إلى نيوكليوتيد اليوراسيل. ويؤدي هذا التغيير في النهاية إلى عدم تطابق بين التسلسل المُكمّل والتسلسل المستهدف، مما ينتج عنه انتقال. وعند معالجة اليوراسيل بواسطة إنزيمات نوكلياز داخلية مُحددة، فإنه يُسبب طفرة أو انقطاعًا في سلسلتي الحمض النووي. ^{[ 23 ]} ومرة ​​أخرى، يؤدي هذا الانقطاع في سلسلتي الحمض النووي وعدم التطابق الناتج عنه إلى انتقال التسلسل الجينومي، والذي بدوره يؤثر على الكروموسوم الذي يوجد عليه الحمض النووي.

أخيرًا، بدأت تظهر معلومات جديدة حول تأثير الإنزيمات النووية الخارجية النادرة القطع على انقطاعات الحمض النووي المزدوجة وانتقالات الكروموسومات الناتجة عنها. ^{[ 24 ] [ 25 ]} على وجه التحديد، أثناء إصلاح انقطاعات الحمض النووي المزدوجة، لوحظت انعكاسات لالتحام خاطئ لنهايات التسلسل المتبادل، ويرجع ذلك أساسًا إلى عدم التماثل الموجود في مسار NHEJ. ومع ذلك، عند نقاط الانقطاع المحددة هذه، تم العثور على فقدان إضافي للأحماض النووية وتسلسل الحمض النووي، مما يؤدي إلى استنتاج مفاده أن إنزيمات نووية خارجية نادرة القطع إضافية موجودة في مواقع مختلفة على هذه السلاسل. ينتج عن كل حذف حجم أو موقع أو شكل قطع مختلف، مما يشير في النهاية إلى تحلل الحمض النووي بواسطة الإنزيمات النووية قبل التحام NHEJ. ^{[ 25 ]} لوحظت أيضًا تأثيرات إضافية على تحلل الحمض النووي مشابهة لتأثيرات الإنزيمات الداخلية النادرة القطع الخارجية نتيجة للعلاج الكيميائي السام للخلايا، ^{[ 26 ]} والإشعاع المؤين ، على الرغم من الحاجة إلى مزيد من البحث لتقديم إجابات أكثر حسمًا وقابلية للتطبيق. ^{[ 27 ]}

بشكل عام، ومن خلال آليات متنوعة، تستطيع فواصل الحمض النووي المزدوجة ومصادر إصلاحها إحداث انتقالات كروموسومية متبادلة وغير متبادلة. ^{[ 25 ]} كما تستطيع هذه الفواصل وآليات الإصلاح إحداث طفرات كروموسومية جسيمة، تشمل ليس فقط الانتقالات، بل أيضًا الانقلابات والتضخيمات والحذف البسيط، وكلها تؤدي إلى تحولات غير فعالة أو خطيرة. ^{[ 27 ]}

يمكن أن تُسبب عمليات الانتقال الكروموسومي مجموعة متنوعة من الأمراض والطفرات والتغيرات الوراثية الأخرى في جينوم الفرد. غالبًا ما تنتج هذه الطفرات عن فقدان المعلومات الوراثية نتيجة لتغير بنيوي في الكروموسوم. هناك ثلاثة أشكال رئيسية للتغيرات البنيوية، ولكل منها دور في نشوء المرض. سواءً كان ذلك ناتجًا عن التغيرات البنيوية نفسها، أو بشكل مباشر عن فقدان المعلومات الوراثية، يمكن اكتساب العديد من الأمراض أو الطفرات المختلفة نتيجة لعمليات الانتقال الكروموسومي.

يُعد السرطان مرضًا شائعًا وخطيرًا ينتج عن عمليات الانتقال الكروموسومي. ^{[ 28 ]} توجد عدة أنواع من السرطان ناجمة عن عمليات انتقال مكتسبة، ويندرج العديد منها ضمن تصنيفات اللوكيميا، ^{[ 29 ]} واللوكيميا النخاعية الحادة، ^{[ 30 ]} واللوكيميا النخاعية المزمنة، ^{[ 31 ]} مع وجود تصنيفات انتقال إضافية ضمن الأورام الصلبة الخبيثة مثل ساركوما إيوينغ. ^{[ 32 ]} وبغض النظر عن تصنيف السرطان، فإن العملية الأكثر شيوعًا لنشوء هذه السرطانات هي من خلال تعطيل أو خلل في تنظيم وظيفة الجينات الطبيعية. ويؤدي ذلك إلى إعادة ترتيب جزيئي للجينات الضرورية للتنظيم الجيني السليم، وبالتالي تكوين السرطان. ^{[ 33 ]} وهناك طريقة أخرى لتكوين هذه السرطانات وهي من خلال اندماج التسلسلات المشفرة. ينتج هذا الاندماج عن عملية الترجمة التي تجبر على تكوين كروموسوم حلقي أو متماثل، أو عن التحام نهايات الحمض النووي نتيجة التقارب الشديد بين الجينات المتماثلة، مما يؤدي إلى تكوين جين ورمي قوي ومندمج. ^{[ 34 ] [ 35 ]}

يُعدّ العقم أيضًا شكلًا شائعًا من أشكال الأمراض الناتجة عن عمليات الانتقال الكروموسومي، وغالبًا ما يكون بدون أعراض أو مصحوبًا بأعراض لدى الأجنة. ^{[ 36 ]} يتأثر هذا المرض عادةً بكون أحد الوالدين حاملًا لعملية انتقال متوازنة دون ظهور أعراض، وغالبًا ما يكتسب النسل طفرات إضافية قبل الولادة، مما يؤدي إلى ظهور الأعراض نتيجة وجود عملية الانتقال في جينومه. في النهاية، تُكتشف هذه الأعراض عندما يؤدي التشابه بين جينومات شخصين إلى فقدان المعلومات الوراثية الناتجة عن عملية الانتقال الكروموسومي غير المصحوبة بأعراض، مما يُسبب مشكلة. ^{[ 33 ] [ 37 ]}

In addition, the inheritance of Down syndrome^[38] can be caused by chromosomal translocations. In a minority (approximately 3 - 4%) of Down syndrome syndrome cases, the cause for this mutation is that of a Robertsonian translocation of chromosomes. This results from the Robertsonian translocation of the chromosome 21 long arm, onto the long arm of chromosome 14.^[39] These translocations can also occur onto other chromsomes, such as chromosome 13, 15, or 22 resulting in these chromosomes also being referred to as Robertsonian chromosomes. Regardless of where, the result is a loss of information on chromosome 21 genes, and an addition of genetic information on the altering chromosome.^[39]

Finally, chromosomal translocations between the sex chromosomes can also result in a number of genetic conditions, such as XX male syndrome,^[40] which is caused by a translocation of the SRY gene from the Y to the X chromosome.^[41] Alternatively, additional genetic diseases can also be a result of chromosomal translocations, such as Emmanuel syndrome,^[42] Klinfelter syndrome^[43] and Turner syndrome.^[44]

• عائلة الصقور (Accipitridae)
• اختلال الصيغة الصبغية
• تشوهات الكروموسومات
• DbCRID
• جين الاندماج
• ثنائي الصبغيات الزائف
• تاكيفوجو روبيبس

• الوسائط المتعلقة بالانتقالات الكروموسومية على ويكيميديا ​​كومنز