Horisontaalne geeniülekanne

Horisontaalne geeniülekanne ehk horisontaalne geenisiire on geneetilise informatsiooni kandumine ühest organismist teise muul viisil kui traditsioonilise paljunemise kaudu. Nimetatakse ka lateraalseks geeniülekandeks, vastandudes vertikaalsele, kus geenide ülekandmine toimub vanempõlvkonnalt järglastele seksuaalse või aseksuaalse sigimise kaudu. On näidatud, et horisontaalne geeniülekanne on oluline paljude organismide evolutsioonis.

"Elu puu", ilmestamaks horisontaalset ja vertikaalset geeniülekannet

Horisontaalne geeniülekanne on peamiseks bakterite 

antibiootikumiresistentsuse põhjuseks ja mängib olulist rolli nende võimes lagundada uusi ühendeid, näiteks inimese loodud keemilisi taimekaitsevahendeid.

Horisontaalses geeniülekandes osalevad tihti mõõdukad bakteriofaagid ja plasmiidid. 

Geenid, mis vastutavad antibiootikumiresistentsuse eest ühes bakteriliigis, kanduvad üle teistele liikidele läbi erinevate mehhanismide (näiteks F-pilide kaudu). See on muutumas laialdaseks probleemiks meditsiinis ning üheks oluliseks põhjuseks, miks patsiendid ei tohiks antibiootikume manustada ilma arsti vastava retseptita.

Viimastel aastatel on kindlaks tehtud, et bakterite vahel toimub horisontaalne geeniülekanne palju sagedamini kui varem arvati. Seetõttu on geneetikud hakanud vertikaalse ülekande kõrvalt sellele ka järjest enam tähelepanu pöörama.

Kunstlik horisontaalne geeniülekanne on põhiliseks tööriistaks geenitehnoloogias.

Ajalugu

1951. aastal täheldati horisontaalset geeniülekannet esmakordselt. Artiklis kirjeldati kuidas virulentsusgeeni ülekandumise tagajärjel muutus avirulentne Corynebacterium diphtheriae tüvi virulentseks. Sellega lahendati ka difteeria mõistatus (bakteriga nakatunud patsientidel ei pidanud esialgu haiguslikke sümptomeid esinema, need võisid aga hiljem tekkida). See fenomen oli ühtlasi esimeseks näiteks lüsogeense tsükli olulisusest.

1959. aastal kirjeldati esimesena bakteritesisest geeniülekannet. Väljaandes demonstreeriti antibiootikumiresistentsuse edastamist ühelt bakteriliigilt teisele. 1980. aastate keskel ennustas Syvanen, et on olemas lateraalne geeniülekanne, millel on bioloogiline tähtsus ning mis on osalenud evolutsioonilise ajaloo kujundamises Maal alates elu tekke algusest.

1999. aastal märkisid Jain, Rivera ja Lake: "Geenide ja genoomide uuringud näitavad, et prokarüootide vahel on toimunud märkimisväärselt palju horisontaalseid geeniülekandeid ning sel protsessil on tähtsus ka üherakuliste eukarüootide hulgas ja protistide evolutsioonis."

Levimus ja olulisus hulkraksete eukarüootide seas on tänapäeval veel ebaselge.

Järjest kasvava tõendusmaterjali valguses, mis vihjab selle fenomeni evolutsioonilisele olulisusele, on molekulaarbioloogid horisontaalset geeniülekannet kirjeldanud ka kui "uut paradigmat bioloogias".

On kardetud, et see protsess kujutab endast varjatud ohtu, kuna võimaldab transgeense DNA levimist liikide vahel.

Mehhanismid

Horisontaalne geeniülekanne võib toimuda mitme erineva mehhanismi kaudu:

• Transformatsioon, geneetilise info sisenemine väliskeskkonnast bakterisse läbi rakumembraani. Seda protsessi kasutatakse tihti geenitehnoloogias, et sisestada bakteritesse uusi geene, mis võimaldaksid neid kasutada tööstuslikel või meditsiinilistel eesmärkidel.
• Transduktsioon, geneetilise info kandumine ühelt bakterirakult teisele viiruste (bakteriofaagide või faagide) vahendusel.
• Konjugatsioon, geneetilise info kandumine ühelt bakterilt teisele otsese rakk-rakk kontakti läbi.
• Geene kandvad vahendajad, raku poolt kodeeritud viirusesarnased elemendid, mida on leitud alfaproteobakterite hulka kuuluva Rhodobacterales seltsi esindajatelt.

Viirused

Viirus nimega Sputnik nakatab amööbe, kuid ei suuda paljuneda, kui Mimiviirus pole eelnevalt sama rakku nakatanud. Kuigi Sputniku 13. geenil on vähe ühist ühegi teise teadaoleva geeniga, on kolm neist lähedalt suguluses Mimi- ja Mamaviiruse geenidega. See võimaldab oletada, et satelliitviirus saab teostada horisontaalset ülekannet viiruste vahel analoogselt bakteriofaagidele, mis vahendavad geneetilist informatsiooni bakterite vahel.

Prokarüoodid

Horisontaalne geeniülekanne on bakterite hulgas väga levinud, seda ka evolutsiooniliselt kaugete liikide vahel. Arvatakse, et see protsess on oluliseks põhjuseks kasvavale ravimiresistentsusele. Üks bakterirakk, omandades resistentsuse, kannab vastavad geenid kiiresti üle teistele liikidele. See protsess mängib rolli ka virulentsusfaktorite, eksotoksiinide ja -ensüümide levikus. On välja pakutud strateegiaid, võitlemaks kindlate bakteriaalsete infektsioonide vastu, mille sihtmärgiks oleksid spetsiifilised virulentsusfaktorid ja mobiilsed geneetilised elemendid.

Eukarüoodid

"Järjestuste võrdlemine viitab paljude geenide hiljutisele horisontaalsele ülekandele eri liikide vahel, hõlmates ka fülogeneetiliste domeenide vahelisi ülekandeid. Mis tähendab, et liikide fülogeneetilist ajalugu ei saa lõplikult määrata ainult üksikute geenide evolutsioonipuu järgi."

• DNA järjestuste analüüs vihjab, et horisontaalne geeniülekanne on toimunud eukarüootides ka kloroplastide ja mitokondrite genoomidest tuumagenoomi. Endosümbioositeooria väidab, et kloroplastid ja mitokondrid pärinevad rakkudest, kes on eukarüootide poolt fagotsüteeritud ja jäänud sinna endosümbiontideks.
• Hästi on dokumenteeritud horisontaalset geeniülekannet bakteritelt seentele, eriti pagaripärmile.
• Arizona Ülikooli teadlased on leidnud, et herne-lehetäi (Acyrthosiphon pisum) genoom sisaldab mitmeid geene, mis on ülekandunud seentelt. Taimed, seened ja mikroorganismid suudavad sünteesida karotenoide, aga toruleeni sünteesivad herne-lehetäid on teadaolevalt ainukesed omataolised loomariigis.
• Hiljuti hüpotiseeriti, et malaariat põhjustav patogeen Plasmodium vivax on horisontaalse ülekande abil omandanud geneetilist informatsiooni inimestelt, mis võib kaasa aidata tema pikaajalisele vastupidavusele inimkehas.
• 2012. aastal kirjeldati uut võimalikku horisontaalse geeniülekande mehhanismi, mida vahendas bakteriofaag ja mis toimus prokarüootide ja eukarüootide vahel.
• Hypothenemus hampei genoomis on geen HhMAN1, mis sarnaneb bakteriaalsete geenidega. Arvatakse, et see on pärit bakteritelt mardika seedekulglast.

Kunstlik horisontaalne geeniülekanne

Insenergeneetika on põhimõtteliselt geenide ülekandmine horisontaalselt, kuigi selleks kasutatakse kunstlikke ekspressioonikassette. "Uinuva kaunitari" transposoonsüsteem arendati välja sünteetiliseks geene ülekandvaks vahendajaks, mis baseerus teadaoleval Tc1/meremees-transposoonide võimes sisse tungida väga erinevate liikide genoomidesse. Seda süsteemi on kasutatud geenijärjestuste sisendamiseks mitmete loomade genoomidesse.

Tähtsus evolutsioonis

Fülogeneetiline elu puu 16s rRNA subühiku analüüsi alusel

Horisontaalne geeniülekanne on võimalikuks segavaks faktoriks fülogeneesipuude konstrueerimisel ühe geeni järjestuse järgi. Näiteks kui kaks omavahel kaugelt suguluses olevat bakterit vahetavad geeni, siis neid liike sisaldaval puul märgitakse nad lähedasteks sugulasteks, kuna võrdluse aluseks olev geen on identne. Seda isegi siis, kui ülejäänud geenid on erinevad. Seetõttu on tihti parem kasutada teistsugust informatsiooni fülogeneesipuudelt järelduste tegemiseks, nagu geenide olemasolu või puudumise hindamine ja kaasata fülogeneetilisse analüüsi võimalikult lai valik geene.

Levinuim geen, mille põhjal koostatakse prokarüootide fülogeneetilisi suhteid, on 16S rRNA geen. Selle järjestused on küllalt konserveerunud lähedaste sugulaste määramiseks, kuid samas piisavalt muutuvad, et erinevusi mõõta. Viimastel aastatel on arutletud, et ka need geenid võivad horisontaalselt üle kanduda. Ehkki see võib toimuda harva, tuleks siiski 16S rRNA põhjal konstrueeritud fülogeneesipuid uuesti hinnata.

Bioloog Johann Peter Gogarten soovitab, et hiljutiste genoomianalüüside valguses tuleks traditsiooniline "puu" asendada "mosaiigiga", mis kirjeldaks erineva ajalooga geenide kombinatsiooni genoomides. Ning "võrk" oleks sobiv metafoor visualiseerimaks tihedat geeniülekannet mikroobide vahel.

Kasutades üksikuid geene fülogeneetiliste markeritena, on horisontaalse geeniülekande tõttu raske jälgida organismi fülogeneesi.

Geenid

Leidub tõendeid, et ajalooliselt on toimunud horisontaalset ülekannet järgmiste geenide puhul:

• Lükopeeni tsüklaas, mis on vajalik karotenoidide biosünteesiks, rohelise väävlibakteri ja tsüanobakteri vahel.
• TetO geen, mis annab resistentsuse tetratsükliinile, Campylobacter jejuni vahel.

Williamsi sündroom

Williamsi sündroom ehk Williamsi-Beureni sündroom (lühend WBS) on inimestel kaasasündinud haruldane sündroom. Williamsi sündroomi põhjustab umbes 26 geeni pikkune mikrodeletsioon 7. kromosoomi pikas õlas. Williamsi-Beureni sündroomi identifitseeris J. C. P. Williams aastal 1961 Uus-Meremaal ja selle esinemissagedus on 1:7500 kuni 1:20000 sünni kohta.

Williamsi sündroom
Klassifikatsioon ja välisallikad
RHK-10	QQ.93.8
RHK-9	758.9
OMIM	194050
MedlinePlus	001116
eMedicine	ped/2439
MeSH	D018980

Williamsi sündroomiga haigetele on iseloomulikud "haldjalikud" näojooned koos madala ninajuurega, ebaharilikult rõõmsameelne käitumine ja sundimatu suhtlemine võõrastega, arenguline mahajäämus koos hästi arenenud keeleoskusega ning kardiovaskulaarsed häired, näiteks aordiklapi stenoos ja hüperkaltseemia.

Sümptomid

Williamsi sündroomiga inimestel avalduvad sümptomid võivad ulatuda kergetest väga raskete vormideni, näiteks:

• kaasasündinud südamehaigused
• näoluustiku anomaaliad nagu hüpertelorism ja mikrognaatia ehk pisilõugsus
• närvisüsteemi töö häired
• õpiraskused
• psüühikahäired
• vaegkuulmine (conductive jasensorineuraalne vaegkuulmine)
• kaltsiumipuudus – hüpoparatüroidismi tõttu krampidega ja ilma
• kaltsiumiliigsus
• kasvupeetus hüpoparatüroidismi jms tõttu
• autoimmuunhaigused
• immuunpuudulikkus
• neeru anomaaliad
• seedekulgla häired
• laryngotracheoesophageal anomaaliad – raskused söömisel, neelamisel ja rääkimisel
• luustiku anomaaliad

Poor little birdie teased, viktoriaanliku ajastu illustraatori Richard Doyle'i kujutatud haldjas näojoontega, mida seostatakse Williamsi sündroomiga

Kõige sagedasemad sümptomid on vaimne alaareng, südamerikked ja ebatavalised näojooned. Teised sümptomid hõlmavad kasvupeetust lapseeas ja madalat lihastoonust. Enamikul Williamsi sündroomiga patsientidel on kõrgelt arenenud verbaalsed võimed ning nad on väga suhtlusaltid, omades nii-öelda kokteilipeo tüüpi iseloomu, mida iseloomustab märkimisväärne hulk kognitiivseid tugevusi ja nõrkusi. Suheldes keskenduvad sügavalt teiste inimeste silmadele. Patsientidel on tihti laiad hambavahed, pikk vagu ülahuule kohal ja lamenenud ninajuur. Samuti esineb neil palju südame- ja veresoonkonna haigusi, millest sagedamini südamekahinaid, suuremate veresoonte ahenemist ning aordiklapi stenoosi. Esineda võivad veel häired seede- ja erituselundkonna toimises nagu ägedad või kauakestvad koolikud (gaasivalud), alakõhuvalud ja divertikuliit (soole väljasopistuste ehk divertiikulite põletik), enurees (voodimärgamine) ja urineerimishäired, maloklusioon (hambumushäire) ja nõrk hambaemail, samuti hormonaalsed probleemid, millest sagedamini esineb hüperkaltseemia (kõrgenenud kaltsiumi tase veres). Lastel on kirjeldatud hüpotüreoosi (kilpnäärme alatalitlust), kuid selle esinemist täiskasvanutel pole tõestatud. Diabeeti on kirjeldatud täiskasvanutel juba 21-aastaselt.

Williamsi sündroomi põdevatel lastel ja täiskasvanutel võivad kaasuda aktiivsus- ja tähelepanuhäire sümptomid.

Williamsi sündroomiga patsiendid kannatavad tihti hüperakuusi (ülitundlikkus helide suhtes) ja fonofoobia (hirm valjude helide ees) all, mis sarnaneb müra indutseeritud kuulmislangusega, kuid võib olla põhjustatud kuulmisnärvi talitlushäirest. 

Siiski võivad nad demonstreerida suurt kiindumust muusikasse ja omada väga head muusikalist kuulmist ning helitunnetust. Samuti näib esinevat tihedamini vasakukäelisust ja vasaku silma domineerimist. Williamsi sündroomiga patsientidel on täheldatud ka suurenenud ärevust ning foobiate teket, mis võib olla seotud hüperakuusiga.

Kirjeldatud on ka probleeme visuaalse protsessinguga, kuid see tuleneb pigem raskustest toime tulla esemete asukoha määramisega ruumis kui probleemidest esemete sügavuse tajumisega.

Grupi Williamsi sündroomi põdevate lastega tehtud eksperiment näitas, et erinevalt tervetest lastest puuduvad neil märgid rassiliste eelarvamuste omamisest.

Tähelepanuväärne Williamsi sündroomi puhul on see, et tänu haigusele esinevad topeltseosed verbaalse ja kujundliku mõtlemise vahel. Patsiendid võivad olla kõrgelt arenenud verbaalsete võimetega. Kui Williamsi sündroomiga lastel paluda nimetada rida loomi, siis võivad nad loetleda väga laia valiku olendeid, nagu koaala, mõõkhambuline tiiger, kotkad, ükssarvik, merilõvi, jakk, kaljukits ja "Brontosaurus rex".

Mõned kultuuriajaloolased usuvad, et omadussõna "haldjalik" võeti kasutusele, et kirjeldada Williamsi sündroomiga inimeste näojooni, sest enne seda, kui mõisteti WBS-i teaduslikke põhjuseid, uskusid inimesed, et vastava haiguse all kannatajad, kes võrreldes teiste inimestega olid väga võluvad ja ebatavaliselt südamlikud, olid õnnistatud ebaharilike, isegi maagiliste võimetega. Seda on tihti peetud haldjate ning teiste "heade olendite" päritoluks folklooris. Kuigi Williamsi sündroomiga indiviide on kirjanduses tihti kirjeldatud kui haldjaliku näoga inimesi, ütleb Steven Pinker oma raamatus "The Language Instinct", et tema jaoks näevad nad rohkem välja kui Mick Jagger.

Närvisüsteem

Mitmete geenide puudumine Williamsi sündroomiga patsientidel mõjutab oluliselt aju funktsioone, hõlmates hälbeid väikeajus, paremas kiirusagaras ja vasaku otsmikusagara piirkonnas. See muster on kooskõlas visuaal-ruumiliste häiretega ning probleemidega käitumise ajastamisel, mida on Williamsi sündroomiga patsientidel tihti täheldatud. Frontaal-väikeaju-rajad on seotud käitumise ajastamisega ning neokorteksi parietaal-dorsaalpiirkonnad tegelevad visuaalse protsessinguga, mis toetab keskkonna (kuid mitte nägude) visuaal-ruumilist analüüsi. Williamsi sündroomiga inimesed on tavaliselt sõbralikud, ülijutukad ning võivad tihti pahvatada, mis demonstreerib dorsaal-ventraalsetest puudujääkidest tulenevat sisemiste piirangute vähenemist. On tehtud ka uuringuid, mis näitavad Williamsi sündroomiga inimeste mandelkeha suurenemist, võrreldes seda mandelkeha keskmise suurusega inimestel. Teades, et mandelkeha kontrollib inimeste hirmutunnetust, võib näha, miks on WBSiga indiviidid altid suhtlema kõigiga, kaasa arvatud võõrastega.

2010. aasta uuringud näitasid vasaku auditoorse korteksi suurenemist ning selle kõrgemat aktivatsiooni, mida interpreteeritakse kui neuraalset korrelatsiooni nende rütmitunnetuse ja kiindumusega muusikasse. Sarnase suurusega auditoorseid kortekseid on varem leitud ainult professionaalsetel muusikutel.

Põhjused

Williamsi sündroomi geenid
ASL · BAZ1B · BCL7B · CLDN3 · CLDN4 CLIP2 · EIF4H · ELN · FZD9 · FKBP6 GTF2I · GTF2IRD1 · HIP1 · KCTD7 LAT2 · LIMK1 · MDH2 · NCF1 NSUN5 · POR · RFC2 · STX1A · TBL2 TRIM50 · TRIM73 · TRIM74 WBSCR14 · WBSCR18 · WBSCR21 WBSCR22 · WBSCR23 · WBSCR24 WBSCR27 · WBSCR28

Williamsi sündroomi põhjustab geneetilise materjali mikrodeletsioon 7. kromosoomi q11.23 regioonis. Deleteeritud piirkond hõlmab rohkem kui 25 geeni ning teadlased usuvad, et neist mitmete geenide puudumine põhjustabki selle haiguse iseloomulikke jooni. CLIP2, ELN, GTF2I, GTF2IRD1 ja LIMK1 on geenide seas, mis tüüpiliselt on Williamsi sündroomiga patsientide genoomist deleteerunud. Teadlased on leidnud, et elastiini kodeeriva ELN geeni puudumine on seotud sidekoe haigustega ja kardiovaskulaarsete häiretega (eriti aordiklapi stenoos ja mitraalklapi stenoos), mida esineb paljudel Williamsi sündroomiga inimestel. Uuringud viitavad, et LIMK1, GTF2I, GTF2IRD1 ja võib-olla veel mõnede teiste geenide deletsioon võib aidata seletada iseloomulikke probleeme visuaal-ruumilistes ülesannetes. Lisaks on tõendeid, et mitmete geenide, kaasa arvatud CLIP2 puudumine võib kaasa aidata unikaalsete käitumuslike iseärasuste tekkele, õpiraskustele ja teistele kognitiivsetele häiretele, mis on seotud Williamsi sündroomiga.

Diagnoosimine

Indiviidide väliste tunnuste põhjal klassifitseerimine ei ole piisav. Tänapäeval kasutatakse diagnoosi kinnitamiseks geneetilisi teste, mille korraldavad geneetikud koostöös laboritega.

Eristusdiagnoos

• DiGeorge'i sündroom
• loote alkoholisündroom ehk fetaalalkoholisündroom
• CATCH-22 ehk VCFS sündroom ka 22q11 kromosoomi mikrodeletsioon
• D-vitamiini ülitundlikkus
• tüümuse hüpoplaasia
• kõrvalkilpnäärmete anomaaliad ja puudumine jtm.

Ravi

Williamsi sündroomile ei ole ravi. Soovitatav on vältida liigse kaltsiumi ja D-vitamiini tarvitamist, liiga suure vere kaltsiumisisalduse korral tuleb seda ravida. Veresoonte ahenemine võib olla oluline terviseprobleem, mida tuleb ravida individuaalselt. Liigeste jäikuse korral on vajalik füsioteraapia. Williamsi sündroomiga lapsi saab aidata ka arengu- ja kõneteraapiaga (verbaalsed tugevused aitavad hüvitada nõrkusi). Ülejäänud raviviisid põhinevad patsiendi konkreetsetel sümptomitel. Ameerika Pediaatrite Akadeemia on avaldanud juhtnöörid, mis sisaldavad kardioloogilist, arengu-, psühholoogilist ja hariduslikku hinnangut ning palju soovitusi, kuidas Williamsi sündroomi korral käituda ja milleks valmis olla.

Kirurgiline ravi

Williamsi sündroomiga inimesed võivad vajada kardiokirurgilist operatiivset ravi, korrigeerimaks kaasasündinud aordi stenoose (näiteks aordiklapi stenoos jm).

Aneuploidsus

Aneuploidsus on mutatsioon, mille puhul on rakus ebanormaalne arv kromosoome. Üleliigne või puuduv kromosoom on geneetiliste anomaaliate sagedaseks põhjuseks. Lisaks on ka mõnedel vähirakkudel ebanormaalne arv kromosoome. Aneuploidsus tekib, kui rakujagunemise käigus ei jagune kromosoomid kahe raku vahel õigesti.

Kromosoomianomaaliad tekivad 1 juhul 160 sünnist. See juhtub tavaliselt siis, kui rakus algab tsütokinees enne karüokineesi lõppemist. Enamikul aneuploidsuse juhtudest peatub loote areng, aga on võimalus aneuploidse organismi sünniks. Kõige tavalisemalt on sündinutel lisakromosoom 21., 18., või 13. kromosoomi paaris.

Eri liikidel on erinev arv kromosoome ja seega termin "aneuploidus" tähendab, et kromosoomide arv on ebanormaalne vastava liigi jaoks.

Terminoloogia

Kromosoomistikku, milles on normaalsest erinev arv kromosoome, nimetatakse heteroploidseks. Õige kromosoomide arvuga kromosoomistikku nimetatakse euploidseks.

Kromosoomide arv	Nimetus	Kirjeldus
1	monosoomia	Monosoomia tähendab, et normaalsest kromosoomistikust on üks kromosoom puudu. Osaline monosoomia võib esineda balansseerimata translokatsioonide või deletsioonide puhul (ainult osa kromosoomist on ühekordselt). Sugukromosoomide monosoomia (45, X) põhjustab Turneri sündroomi
2	disoomia	Disoomia on kahe kromosoomi olemasolu. Organismidel, kellel on kaks kromosoomi kromosoomikomplektis (diploidsed), on see normaalne olek, näiteks inimesed. Organismidel, kelle kromosoomikomplektis on kolm või rohkem kromosoomi, on disoomia aneuploidne kromosoomistik. Uniparentaalse disoomia puhul tulevad mõlemad kromosoomid ühelt vanemalt (teiselt vanemalt kromosoomi ei pärita)
3	trisoomia	Trisoomia tähendab kolme kromosoomi olemasolu normaalse kahe asemel. Lisakromosoomi 21. paaris, mis esineb Downi sündroomi puhul, nimetatakse trisoomia 21-ks. Inimestes on veel levinud trisoomia 18 ja trisoomia 13, mida nimetatakse vastavalt Edwardsi sündroomiks ja Patau sündroomiks. Lisaks on ka võimalik sugukromosoomide trisoomia (47, XXX), (47, XXY) ja (47, XYY)
4 või 5	tetra- või pentasoomia	Tetrasoomia ja pentasoomia on nelja või viie kromosoomi olemasolu ühes kromosoomikomplektis. Seda juhtub autosoomide puhul harva, aga inimestel on esinenud sugukromosoomide tetrasoomiat ja pentasoomiat (XXXX, XXYY, XXXXX, XXXXY ja XYYYY)[4]

Tekkemehhanismid

Kromosoomide vale jaotumine mitoosi käigus on põhjustatud nõrgestatud mitootilistest kontrollpunktidest. Mitootilised kontrollpunktid lõpetavad või lükkavad edasi raku jagunemise, kuni kõik raku osad on valmis järgmisse faasi minema. Kui kontrollpunkt on nõrgenenud, siis näiteks ei pruugi rakk tähele panna, et kromosoomide paar ei ole liikunud raku keskele. Sel juhul jaotuks enamik kromosoome normaalselt (üks kromatiid igas rakus), aga osa kromosoomidest ei eralduks üldse. Viimasel juhul tekiks üks tütarrakk puuduva kromosoomiga ja teine tütarrakk üleliigse kromosoomiga.

Mitootilised kontrollpunktid võivad olla ka täielikult peatunud ning lõpetada kromatiidide lahknemise mitmetes kromosoomides korraga.

Multipolaarsus on olukord, kui rakus on rohkem kui kaks mitoositsentrit. Sellise mitootilise jagunemise tulemusel tekib üks rakk iga mitoositsentri kohta ning igal rakul on ettearvamatu kromosoomistik.^[5]

Monopolaarsuse korral tekib ainult üks mitoositsenter. Selle tulemusel tekib üks tütarrakk, millel on kromosoome topelt.

Vahepealne tetraploid võib tekkida monopolaarse jagunemise mehhanismi korral. Sel juhul on rakus kromosoome tavalise rakuga võrreldes topelt. Tekib topeltarv mitoosipoolusi ja moodustub neli tütarrakku. Tütarrakkudes on normaalne arv kromosoome, kuid etteaimamatu kromosoomistik.

Somaatiline mosaiiksus närvisüsteemis

Somaatiliseks mosaiiksuseks nimetatakse olukorda, kus kromosoomide arv erineb tavalistest ainult osal indiviidi rakkudest. Üldiselt on mosaiikse aneuploidsusega inimestel antud haiguse kergem vorm, võrreldes täieliku trisoomiaga inimestega. Paljude autosoomsete trisoomiate puhul jäävad ellu vaid mosaiiksed juhud. Mosaiikset aneuploidsust esineb imetajate ajudes olevates rakkudes. Normaalse inimese ajust (proovid võeti kuuelt 2–86-aastaselt inimeselt) on leitud 21. kromosoomi mosaiikset aneuploidsust (keskmiselt 4% analüüsitud neuronitest). See madalatasemeline aneuploidsus tekib neuraalsetes eellasrakkudes. Antud aneuploidsust põhjustab defekt kromosoomide lahknemises raku jagunemise ajal ja selle defekti tulemusena tekivad vigase kromosoomistikuga neuronid, mis lülituvad tavalisse süsteemi.

Somaatiline mosaiiksus vähi korral

Aneuploidsus on omane mitmetele onkogeneesi ehk vähitekke tüüpidele ning esineb peaaegu kõigi vähi vormide korral. Somaatilist mosaiiksust leidub pea kõigis vähirakkudes, sh trisoomia 12 kroonilise lümfoidse leukeemia (KLL) ja trisoomia 8 ägeda müeloidse leukeemia (AML) rakkudes. Viimased kaks vähirakkude mosaiikse aneuploidsuse vormi tekivad teistsuguste mehhanismide kaudu, kui neid võrrelda teiste vähi vormide tekkemehhanismidega. Näiteks kromosoomide ebastabiilsusega, mille põhjuseks on vähirakkude mitootilise jagunemise defektid. Ka vigased mitootilised kontrollpunktid on onkogeensete protsesside põhjuseks ja võivad viia aneuploidsuseni. p53 kaotus põhjustab genoomset ebastabiilsust, mis sageli põhjustab genotüübis aneuploidsust. 

Uuringud näitavad, et aneuploidsus põhjustab otseselt kartsinogeneesi, segades vahele täiskasvanud tüvirakkude 

asümmeetrilisele jagunemisele. Erinevate tekkemehhanismide tõttu uuritakse kõiki aneuploidsust põhjustavaid molekulaarsed protsesse, et leida vähile ravim.

Aneuploidsust põhjustavad tegurid

Mitmed mutageensed kantserogeenid põhjustavad aneuploidsust. Näiteks röntgenikiired lõhuvad kromosoomi tükkideks või võivad muuta mitoositsentri aparaati ning põhjustavad sellega aneuploidsust. Muud kemikaalid (näiteks kolhitsiin) võivad põhjustada aneuploidsust mikrotuubulite 

polümerasitsiooni rikkumisega.

Inimese kromosoomid

Igas normaalses inimese rakus on 23 paari kromosoome (kokku 46), välja arvatud erütrotsüütides ja haploidsetes 

gameetides. Igast paarist üks kromosoom päritakse isalt ja teine emalt. Karüotüübis on esimesed 22 kromosoomi paari (autosoomid) nummerdatud ühest kahekümne kaheni ja järjestatud suuremast väiksemani. 23. kromosoomide paar on sugukromosoomid. Tervel naisel on kaks X-kromosoomi ning tervel mehel üks X-kromosoom ja üks Y-kromosoom.

Normaalse mehe karüotüüp

Meioosi käigus sugurakud jagunevad ja mõlemal tekkinud poolel peaks olema sama arv kromosoome. Vigase meioosi korral võib sattuda terve paar kromosoome ühte gameeti ja teise gameeti ei jää ühtegi kromosoomi.

Enamus embrüoid ei ela kromosoomi puudumist või üleliigsust üle ja nende areng peatub. Kõige tavalisem aneuploidsus inimestel on trisoomia 16, kuigi selle kromosoomi anomaalia täieliku vormiga looted ei jää ellu. Ellu jäävad osalise trisoomia 16-ga sündinud lapsed, kelle mõnedes rakkudes on 16. paaris kolmas kromosoom, aga mitte kõigis rakkudes. Kõige sagedasemalt suudavad vastsündinud üle elada trisoomia 21, mis põhjustab Downi sündroomi. Selle tõenäosus on 1 juhtum 660 sünnist. Trisoomia 18 (Edwardsi sündroom) tekib 1 sünd 10 000 kohta ja trisoomia 13 (Patau sündroom) 1 sünd 10 000 kohta. 10% trisoomia 18 või trisoomia 13-ga vastsündinutest elab üheaastaseks.

Diagnoos

Näide trisoomia 7 ja trisoomia 19 kohta, mis tehti kindlaks fluorestseeruva in situ hübridisatsiooni (FISH) abil

Suguliselt päritavat aneuploidsust saab diagnoosida karüotüpeerimisega. Selle protsessi käigus rakuproov fikseeritakse ja värvitakse, et tekiks tüüpiline kromosomaalsete vöötide muster ning seda pilti analüüsitakse. Kasutusel on ka teisi tehnikaid: Fluorestseeruv in situ hübridisatsioon (FISH), lühikeste üksteise järel paiknevate korduste kvantitatiivne PCR, kvantitatiivne fluorestseeruv PCR (QF-PCR), kvantitatiivne PCR doosi analüüs, üksiku nukleotiidi polümorfismide kvantitatiivne massispektromeetria ja võrdlev genoomne hübridisatsioon (CGH).

Antud teste saab ka enne sündi teha. Need näitavad, kas lootes esineb aneuploidsust või mitte. Selleks viiakse läbi amniotsentees ehk looteveeuuring või koorioni biopsia. 35-aastastel või vanematel rasedatel naistel soovitatakse teha sünnieelset diagnostikat, sest kromosomaalse aneuploidsuse tõenäosus tõuseb ema vanusega. Viimasel ajal on tekkinud uurimiseks uued ja lihtsamad meetodid, mille abil saadakse loote geneetiline materjal ema verest.

Tüübid

Legend

Värv	Olulisus
	Surmav
	Normaalse emase fenotüüp
	Normaalse isase fenotüüp
	Turneri sündroom (anomaaliaga emane)
	Klinefelteri sündroom (anomaaliaga isane)

Suguline

	0	X	XX	XXX	XXXX	XXXXX
0	00	X0	XX	XXX	XXXX	XXXXX
Y	Y0	XY	XXY	XXXY	XXXXY	XXXXXY
YY	YY	XYY	XXYY	XXXYY	XXXXYY	XXXXXYY
YYY	YYY	XYYY	XXYYY	XXXYYY	XXXXYYY	XXXXXYYY
YYYY	YYYY	XYYYY	XXYYYY	XXXYYYY	XXXXYYYY	XXXXXYYYY
YYYYY	YYYYY	XYYYYY	XXYYYYY	XXXYYYYY	XXXXYYYYY	XXXXXYYYYY

Legend

Värv	Olulisus
	Juhtum, kus täieliku trisoomiaga isend ei jää ellu
	Juhtum, kus täieliku trisoomiaga isend võib jääda ellu
	Juhtum, kus täieliku trisoomiaga isend jääb alati ellu

Autosoomne

#	Monosoomia	Trisoomia
1		Trisoomia 1
2		Trisoomia 2
3		Trisoomia 3
4	Wolf-Hirschhorni sündroom	Trisoomia 4
5	Cri du chat 5q deletsiooni sündroom	Trisoomia 5
6		Trisoomia 6
7	Williamsi sündroom	Trisoomia 7
8		Trisoomia 8
9		Trisoomia 9
10		Trisoomia 10
11	Jacobseni sündroom	Trisoomia 11
12		Trisoomia 12
13		Patau sündroom
14		Trisoomia 14
15	Angelmani sündroom Praderi-Willi sündroom	Trisoomia 15
16		Trisoomia 16
17	Milleri-Diekeri sündroom Smithi-Magenisi sündroom	Trisoomia 17
18	18q deletsiooni sündroom	Edwardsi sündroom
19		Trisoomia 19
20		Trisoomia 20
21		Downi sündroom
22	DiGeorge'i sündroom	Kassisilma sündroom Trisoomia 22

Triploidsus

Triploidsus on liigiomase kromosoomikomplekti kolmekordsus indiviidi (raku) kromosoomistikus.

Polüploidsus

Polüploidsus (inglise polyploidy) on indiviidi (raku) kromosoomikomplektide paljukordsus; haplofaasis (sugurakkudes) on kromosoomikomplekte rohkem kui üks (n > x) ja diplofaasis (viljastatud munarakkudes) rohkem kui kaks, tähistatakse (2n > 2x).

Polüploidsuse astet määratletakse diplofaasi kromosoomistiku kordsuse kaudu. Nõnda saab tuletada tri-, tetra-, heksa-, oktaploidsust ja nii edasi.

Polüploidsus on laialt levinud taimeriigis, loomariigis harva. Inimesele on polüploidsus reeglina surmav. Üliharva on sündinud ka triploidsusega lapsi.

Nähtust, kus ainult osa organismi (näiteks mõne koe või elundi) rakkudest on polüploidsed, nimetatakse polüsomaatiaks. See on paljude organismide (kaasa arvatud inimese) puhul normaalne nähtus.

Haplodiploidsus

Haplodiploidsus (inglise haplodiploidy) tähendab, et ühe soo organismidel on haploidsed rakud ja teisel sool diploidsed rakud.

Kõige sagedamini on isastel haploidsed rakud ja emastel diploidsed rakud (kuid võib olla ka vastupidi). Sellistel liikidel on isased arenenud viljastamata munadest ja emased viljastatud munadest. Haplodiploidsust on leitud putukate hulgast, eriti sipelgate, mesilaste ja herilaste seast.

Ploidsus

Ploidsus (inglise ploidy) on samatüübiliste ehk homoloogiliste kromosoomide või liigiomaste kromosoomikomplektide kordsus indiviidi (raku) kromosoomistikus.

Enamiku eukarüootsete organismide elutsüklis vahelduvad kahekordselt erinevad ploidsusfaasid – gameetne haplofaas ja sügootne diplofaas.

Lähte kromosoomikomplekti arvu organismis kutsutakse monoploidsuse arvuks, mida tähistatakse "x"-ga. Rakkude ploidsus võib muutuda organismis. Inimesel on valdav osa rakke diploidsed (üks kromosoomikomplekt pärineb emalt ja teine isalt), aga sugurakud (spermid ja munarakud) on haploidsed.

Haplo- ja diploidsuse vahepealne juht on haplodiploidsus, mille korral ühe soo organismidel on haploidsed rakud ja teisel sool diploidsed rakud. Kõige sagedamini on isastel haploidsed rakud ja emastel diploidsed rakud.

Lisaks nendele kolmele ploidsuse tüübile võib kromosoomikomplekt olla mitmes kordsuses (üle kahe; polüploidsus)), ebavõrdses kordsuses (aneuploidsus) või võrdkordsuses (euploidsus).

Euploidsus

Euploidsus (inglise euploidy) on kromosoomistiku võrdkordsus, genoomi kõigi kromosoomide (erandiks võivad olla sugukromosoomid) võrdne arv indiviidil (rakus).

Euploidsuse vastand on aneuploidsus.

Genoom

Genoom on ühes liigiomases kromosoomikomplektis (haploidne kromosoomistik) sisalduv geneetiline materjal. Genoomi iseloomustatakse kromosoomide arvu ja tüüpide, DNA koguse, DNA nukleotiidjärjestuse tüüpide, geenide arvu ja vastastikuse paiknemise ja teiste taoliste tunnuste kaudu.

Inimese genoomi moodustavad 24 kromosoomi: 22 autosoomi ja 2 gonosoomi, X ja Y. Inimese haploidne (sugurakkude) genoom koosneb seega 23-st kromosoomist; keharakud (somaatilised rakud) on aga diploidsed, st neis on 46 kromosoomi. Igas organismi diploidses rakus (välja arvatud punastes verelibledes) sisaldub kaks kogu organismi genoomi.

Genoomi mõistet kasutatakse ka rakuorganellide geneetilise struktuuri tähistamiseks, näiteks mitokondrigenoom ja 

plastiidigenoom.

Genoommutatsioonid

Genoommutatsioonid tähendavad indiviidi normaalse liigiomase kromosoomistiku arvuline muutus, kas kogu kromosoomikomplekti kordne muutus

1. euploidsus
2. polüploidsus

või üksikute kromosoomide arvu muutus

1. aneuploidsus

Genoommutatsioonid on omased lihtsamatele organismidele, peamiselt taimed ja seened. Loomadel esineb g-mutatsioone harvem ja nende olemus on piiratud. Mõned autosoomid võivad esineda 3-kordsuses. Sugukromosoomide arvu muutusega võib esineda naistel (X, XXX, XXXX jne), meestel (XYY, XXY, XXXY)

Genoommutatsioonide tekkepõhjused

• Endomitoos
• Viljastumisel osaleb diploidne gameet
• Ristuvad erineva kromosoomi arvuga vanemad
• Häired meioosis

Levinud on ka inimeste poolt tahtlikult muudetud taimede kromosoomide üldarvu muutus, nn polüploidid. See põhjustab teatud taimedel saagikuse suurenemist.