Inverze je chromozomální přestavba , při které se segment chromozomu otočí o 180°. Inverze jsou vyvážené intrachromozomální přestavby. Existují paracentrické (obrácený fragment leží na jedné straně centromery) a pericentrické (centromera je uvnitř převráceného fragmentu) inverze. Inverze hrají roli v evolučním procesu , speciaci a poruchách plodnosti.
Inverze obecně neovlivňují fenotyp přenašeče . Abnormální fenotyp v inverzi se může vytvořit, pokud je zlom uvnitř genu nebo pokud přeuspořádání dereguluje gen. V důsledku tvorby aberantních rekombinantních chromozomů během meiózy mohou mít inverzní heterozygoti sníženou plodnost , ze stejného důvodu pravděpodobně porodí potomky s abnormálním fenotypem.
Během průchodu meiózy v profázi I dochází k synapsi mezi homologními chromozomy , po které je možný přechod a rekombinace mezi nimi. Inverzní heterozygotnost komplikuje hledání homologních sekvencí během chromozomové synapse. Krátké heterozygotní inverze mají obvykle potíže se synapsí, ale zpravidla se v jejich případě spouští proces tzv. synaptického fitu (nebo synaptického fitu), v jehož důsledku dochází k nehomologické synapsi (heterosynapsi). v místě inverze, ve kterém je zákaz rekombinace. Dostatečně rozšířené heterozygotní inverze mohou tvořit plnohodnotnou homologní synapsi díky vytvoření inverzní smyčky, a proto může dojít k překročení v rámci invertované oblasti [1] .
Pokud heterozygot pro pericentrickou inverzi během meiózy přejde přes invertovanou oblast, pak se vytvoří abnormální rekombinantní chromozomy s duplikací a delecí. U heterozygota pro paracentrickou inverzi vede přechod v invertované oblasti k vytvoření dicentrického chromozomu a acentrického fragmentu. V obou případech jsou výsledné gamety s rekombinantními chromozomy geneticky nevyvážené a pravděpodobnost životaschopného potomstva z takových gamet je nízká [2] .
Heterozygotnost pro inverzi tedy vede k potlačení rekombinace v rámci inverze v důsledku dvou hlavních mechanismů: v důsledku zákazu rekombinace v případě heterosynapsi a v důsledku nízké pravděpodobnosti výskytu rekombinantních produktů u potomstva v důsledku genetické nerovnováhy. gamet.
Existují tři hlavní přístupy k detekci inverzí: pomocí klasické genetické analýzy, cytogeneticky a na základě dat sekvenování celého genomu [3] . Nejběžnější je cytogenetický přístup.
Poprvé byly objeveny inverze pomocí genetické analýzy: v roce 1921 Alfred Sturtevant ukázal obrácené pořadí identických genů u Drosophila simulans ve srovnání s Drosophila melanogaster [4] . Přítomnost inverze lze předpokládat, pokud je v křížení nalezena nerekombinující část genomu, tato metoda vyžaduje předběžné genetické mapování znaků.
Cytogeneticky byly inverze poprvé pozorovány na polytenových chromozomech slinných žláz u Drosophila a Diptera jsou stále nejvhodnějším objektem pro pozorování inverzí. U jiných taxonomických skupin lze velké inverze detekovat diferenciálním barvením chromozomů v metafázi. Známé polymorfní inverzní varianty mohou být analyzovány fluorescenční in situ hybridizací s použitím lokusově specifických DNA sond.
U lidí a dalších druhů sekvenovaných podle genomu lze submikroskopické inverze detekovat pomocí dvojitého sekvenování [5] . Mezidruhové rozdíly v inverzích lze identifikovat přímým srovnáním homologních sekvencí [6] .
Inverze vyžaduje poškození DNA ve formě dvouřetězcového zlomu následovaného chybou opravy . Dvouvláknové zlomy DNA mohou nastat v důsledku vystavení exogenním faktorům, jako je ionizující záření nebo chemoterapie , a také v důsledku vystavení DNA endogenně generovaným volným radikálům . Kromě toho dochází k dvouvláknovým zlomům naprogramovaným během meiózy a během zrání T- a B-lymfocytů během specifické somatické V(D)J rekombinace . Oprava dvouřetězcových zlomů DNA může probíhat dvěma způsoby: nehomologním spojením zlomů a homologní rekombinací [7] . Při opravě nehomologním spojením mohou být dva intrachromozomální zlomy chybně spojeny s otočením úseku mezi nimi o 180°. Při homologní rekombinaci může dojít k nesprávné volbě sekvence DNA, na jejímž základě dochází k opravě poškozené DNA. Místo homologní sekvence dochází na stejném chromozomu k chybnému výběru paralogní sekvence. V druhém případě vyžaduje vytvoření inverze výskyt zlomu dvouřetězcové DNA v jedné ze dvou repetitivních sekvencí umístěných na stejném chromozomu v převrácené poloze vůči sobě navzájem [8] .
V polovině 30. let 20. století F. G. Dobzhansky spolu s Alfredem Sturtevantem zjistili, že dvě morfologicky podobné rasy ovocných mušek druhu D. pseudoobscura , odebrané z geograficky vzdálených populací , se nekříží a liší se v několika inverzích. Toto byl první případ, který naznačoval, že změna pořadí genů by mohla mít sama o sobě silný genetický efekt, až po speciaci včetně. Studium přirozených populací ukázalo, že inverze jsou u populací Drosophila zcela běžné a existují určité sezónní a geografické rozdíly ve frekvenci inverzí. Poté Dobzhansky a jeho kolegové pomocí metody experimentálních krabicových populací ovocných mušek získali důkaz, že některé inverze jsou skutečně spojeny s adaptivními rysy. Dobzhansky věřil, že tento druh adaptivního inverzního polymorfismu v případě geografické izolace může vést ke speciaci [9] .
Pohlavní chromozomy X a Y placentárních savců se historicky vyvinuly z homologních autozomů. V procesu evoluce téměř úplně ztratili schopnost vzájemné rekombinace a výrazně se rozcházeli v genovém složení. Studium zbývajících genů společného původu na lidském chromozomu X a Y ukázalo, že v evoluci pohlavních chromozomů došlo k řadě postupných překrývajících se inverzí, v důsledku čehož se postupně zvětšovala nerekombinující část chromozomu Y [ 10] . Existuje model evoluce pohlavních chromozomů, který naznačuje, že první událostí ve vývoji pohlavních chromozomů byla chromozomální inverze, která zachytila dva geny, z nichž jeden určoval pohlaví a druhý měl sexuální antagonismus, tedy alely. tohoto genu měl opačný účinek na zdatnost pohlaví. Inverze zkombinovala alely těchto dvou genů takovým způsobem, že alela, která určuje mužské pohlaví, byla ve stabilní kombinaci s mužskou alelou druhého genu zvyšující kondici [11] [12] .
V lékařské genetice se k označení inverzí používá Mezinárodní systém pro lidskou cytogenetickou nomenklaturu (ISCN). Záznam inv (A) (p1; q2) označuje inverzi v chromozomu A. Informace ve druhých závorkách jsou uvedeny navíc pro lokalizaci bodů zlomu v chromozomu A. Písmeno p znamená krátké raménko chromozomu, písmeno q dlouhé raménko a čísla za p a q odkazují na číslování chromozomových pásů. Inverze heterochromatických oblastí chromozomů 1, 9 a 16 se navrhuje označit jako 1ph , 9ph a 16ph , v tomto pořadí [13] .
Inverze u Drosophila jsou označeny zápisem In(nA)m , kde n označuje číslo chromozomu, A je rameno chromozomu a m je název mutace nebo číslo skupiny. Například In(2LR)Cy je inverzí Curlyho u Drosophila, která postihuje obě ramena chromozomu 2 [14] .
Dlouhou dobu mohly být inverze detekovány pouze analýzou chromozomů metafáze G-proužků. Tato metoda umožňuje detekovat pouze velké inverze, přičemž i velké inverze během G-bandingu mohou zůstat nepovšimnuty díky místní podobnosti vzoru G-bandu. Klasická cytogenetická analýza založená na rozdílném zbarvení chromozomů odhalila několik polymorfních inverzí, které jsou běžné v lidské populaci a nemají klinický význam. Inverze jsou nejčastější chromozomální polymorfismy detekované v cytogenetických laboratořích a nejběžnější jsou pericentrické inverze nalezené v heterochromatických oblastech chromozomů 1, 2, 3, 5, 9, 10 a 16. Například více než 1 % chromozomů je známo, že lidská populace je nositelem pericentrické inverze na chromozomu 9 inv(9)(p12;q13), která je považována za variantu normy [15] . Nejběžnější inverzí, která zahrnuje euchromatin , je inverze inv(2)(p11;q23), která je rovněž považována za neutrální [16] . Existují i další vzácnější varianty polymorfních inverzí, které jsou detekovány v oddělených skupinách a jejichž historie sahá až k jedné mutační události předků. Například inverze inv(10)(q11.22;q21.1) se nachází s frekvencí 0,11 % ve Švédsku [17] .
Moderní metody genomové analýzy, včetně párového sekvenování , srovnávací analýzy genomů blízce příbuzných druhů, analýza vazebné nerovnováhy jednonukleotidových polymorfismů (SNP), umožnily identifikovat asi 500 submikroskopických polymorfních inverzí. Mezi nimi je například inverze na chromozomu 8 (8p23.1) o velikosti asi 4,5 milionu bp, kterou najdeme u 25 % zdravých lidí [18] .
| Chromozomy | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Hlavní | |||||||||||
| Klasifikace | |||||||||||
| Struktura |
| ||||||||||
| Restrukturalizace a porušení | |||||||||||
| Určení chromozomálního pohlaví | |||||||||||
| Metody | |||||||||||