کروموزومها ساختارهايي هستند که ژنهاي سلولها بر روي آنها سوارند. هر گونه تغييري در اين ساختمانها باعث بروز ناهنجاريهايي در بدن موجود زنده مي‌شود. تغييرات ساختماني نياز به شکستگي در کروموزومها دارد. در اين نوع تغييرات تعداد کل کروموزومها ثابت بوده و فقط ساختمان آنها تغيير مي‌کند. بسته به تعداد شکستگي ، موضع آنها و روشهايي که قطعات شکسته شده بهم متصل مي‌گردند انواع مختلفي از تغييرات ساختماني را امکان پذير مي‌سازد.
سلولهاي سوماتيک گياهان و جانوران معمولا داراي کروموزومهاي زوج هستند. تغيير در تعداد کروموزومها ممکن است به صورت کاهش در قدرت بقا و اختلالات فنوتيپي در آنهايي که زنده مانده‌اند ظاهر مي‌گردد. در مواردي نيز اين تغييرات براي بشر سودمند بوده است براي مثال گوجه فرنگي که داراي مجموعه کروموزومي بيش از 2n است ميوه بزرگتر و با کيفيت بهتر توليد مي‌کند.
تاريخچه
در سال 1959 با دو کشف همزمان ، عصر نويني در ژنتيک پزشکي شروع شد، يکي آنکه لوژن و همکارانش دريافتند که کودکان مونگولسيم يا مبتلا به سندرم داون ، در سلولهاي بدني خود به جاي 46 کروموزوم 47 عدد دارند و کشف ديگر اينکه ، فورد و همکارانش و ژاکوب و استرانگ براي نخستين بار به وجود ناهنجاريهاي کروموزومي در بيماران مبتلا به اختلال در نمو جنسي پي بردند.
ناهنجاريها در تعداد کروموزومها
سلولهاي سماتيک گياهان و جانوران عالي معمولا داراي کروموزومهاي زوج هستند (2n). بدين معني که از هر کروموزوم ، دو عدد در يک سلول موجود است. سلولهاي بالغ زايشي که تقسيم ميوز انجام داده‌اند، بطور طبيعي داراي يک عضو از هر جفت کروموزوم مي‌باشند يعني به صورت n هستند. با اين وجود بسياري از گياهان و جانوران ، داراي بافتهاي سماتيکي هستند که به صورت موضعي داراي کروموزومهايي بيشتر از حد معمول مي‌باشند.
تغيير در تعداد کروموزومها ممکن است به صورت کاهش در قدرت بقا و اختلالات فنوتيپي در آنهايي که زنده مانده‌اند ظاهر شود. تغييرات در تعداد کروموزومها به دو نوع تقسيم مي‌شوند: يوپلوئيدي و انوپلوئيدي.
يوپلوئيدي
- ديپلوئيد: اکثريت موجودات که به صورت جنسي تکثير مي‌يابند به اين صورت اند اما جلبکها و قارچها در بيشتر چرخه زندگي خود به صورت هاپلوئيد مي‌باشند.
- پلي پلوئيد: به موجوداتي گفته مي‌شود که تعداد مجموعه کروموزومي آن از دو بيشتر مي‌باشد. يکي از روشهايي که اين حالت را ايجاد مي‌کند لقاح يک تخمک با بيش از يک اسپرم است. تري پلوئيدي (3n) يک نمونه از پلي پلوئيد مي‌باشد. تري پلوئيدها کميابند، زيرا در صورت قادر به زنده ماندن، به علت نقص در توليد گامت عقيم‌اند. چرا که در ميوز ، بين دو دسته از سه دسته کروموزوم سيناپس صورت مي‌گيرد اما دسته سوم نمي‌تواند جفت شود.
انوپلوئيدي
در سال 1916 بريجز با مطالعه بر روي مگس سرکه‌اي که فاقد يک کروموزوم x بود يا مگس که حامل يک کروموزوم جنسي اضافه بوده (ماده xxy) انوپلوئيدي را مشخص گرديد. بريجز علت انوپلوئيدي را عدم تفرق صحيح کروموزومي معرفي کرد. از انوپلوئيديهايي که در انسان مشخص شده است مي‌توان به موارد زير اشاره کرد:
- تريزومي شماره 21 يا سندرم داون: به اين منگوليسم هم مي‌گويند. عقب افتادگي ذهني از خصوصيات اين افراد است اما تا حدودي مي‌توان آنها را آموزش داد. کروموزوم کوچک اتوزومي شماره 21 به مجموعه کروموزومي اين افراد اضافه شده و بنابراين اينها در کروموزوم 21 ، به جاي 2 تا کروموزوم (ديزومي) ، 3 تا (تريزومي) دارند.
- از تريزوميهاي ديگر مي‌توان به تريزومي ادوارد (تريزومي در کروموزوم شماره 18) و يا پاتو (ترويزومي در کروموزوم شماره 13) اشاره کرد.
- ناهنجاريهاي کرموزومهاي جنسي: از آن جمله به سندرم ترنر مي‌توان اشاره کرد که مونوزومي در کروموزوم جنسي است يعني فرد ماده ، بجاي xx بودن ، xo است. اين تنها نوع حذف کروموزومي است که قابل تحمل مي‌باشد و افراد قابليت بقا دارند. از اين دسته ناهنجاريها مي‌توان به سندرم کلاين فلتر (xxy) و سندرم xyy ، تريزومي xxx نيز اشاره کرد.
ناهنجاريهاي ساختاري کروموزومها
تغييرات ساختماني احتياج به شکستگي در کروموزومها دارد. در اين نوع تغييرات ، تعداد کل کروموزومها ثابت بوده و فقط ساختمان آنها تغيير مي‌کند. در اثر شکستگي ، ممکن است قطعات حاصل بهم وصل نشوند و در نتيجه قطعه بدون سانترومر از بين برود و يا ممکن است اين قطعات با قطعات حاصل از کروموزومهاي ديگر ، اتصال ايجاد کنند که در اين صورت مبادله ژنتيکي انجام مي‌شود و ممکن است بدون هيچ تغييري ، دوباره در جاي اول خود قرار گيرند.از انواع تغييرات ساختاري کروموزومها مي‌توان به موارد زير اشاره کرد:
- کمبود (Deficiencies): به معناي کم شدن ماده ژنتيکي است و اولين اختلال کروموزومي است که کشف گرديد. در سال 1917 بريجز اين اختلال را در مگس سرکه مشاهده نمود. مثلا در انسان مي‌توان به سندرم فرياد گربه (کمبود در کروموزوم شماره 5) اشاره کرد. علت نامگذاري اين بيماري ، شباهت گريه نوزاد مبتلا به صداي گربه است.
- مضاعف شدنها (Duplication): تکرار يک قطعه کروموزوم بيش از حد طبيعي را مضاعف شدن گويند. قسمت مضاعف شدن ممکن است به يک جفت کروموزوم همولوگ يا به کروموزوم غير همولوگي منتقل گردد. از آن جمله مي‌توان به مضاعف شدگي جايگاه ژنB (bar) در مگس سرکه اشاره کرد که هر گاه تعداد اين قطعه از يک عدد به دو تا برسد، شکل چشم مگس سرکه ميله اي و وقتي سه تا شود ميله‌اي مضاعف مي‌گردد.
- واژگونيها (Inversions): در اين حالت مقدار ماده ژنتيکي هم ثابت است، اما ترتيب اين ماده ژنتيکي ، بهم خورده و ترکيبات جديدي ايجاد مي‌شود. کروموزومهاي داراي واژگوني ، در هنگام جفت شدن (تشکيل سيناپس) در ميتوز ايجاد دايره‌هايي در جهت عکس کروموزوم طبيعي همولوگ خود مي‌کنند. به نظر نمي‌رسد که واژگونيها ، در انسان توليد فنوتيپ غير طبيعي کند بلکه اشکال اصلي در توليد گامتهايي است که از يک فرد با واژگوني هتروزگويس (يعني يک کروموزوم طبيعي و کروموزوم همولوگ آن داراي واژگوني باشد) ايجاد مي‌شود.
- جابجاييها (Translocation): انتقال يک قطعه کروموزوم به کروموزوم غير همولوگ را جابجايي گويند. اولين بار مورد جابجايي توسط استون در 1926 گزارش شد. نوعي از جابجايي ، به نام رابرتسونيان وجود دارد که در آن فقط کروموزومهاي آکروسانتريک شرکت مي‌کنند. يک نمونه که در انسان ديده شده جابجايي بين کروموزوم 22 و 9 است. که در 95 درصد افراد مبتلا به لوسمي ميلوژني مزمن ديده مي‌شود که قطعه از انتهاي بازوي بزرگ 22 جدا شده و به انتهاي بازوي بزرگ کروموزوم 9 وصل مي‌شود.