Der Prozess der spontan auftretenden Deletion muss zwei Chromosomenbrüche umfassen, um das dazwischenliegende Segment auszuschneiden. Wenn sich die beiden Enden verbinden und eines von ihnen das Zentromer trägt, entsteht ein verkürztes Chromosom, das eine Deletion tragen soll. Das gelöschte Fragment ist zentrisch; folglich ist es unbeweglich und geht verloren. Ein wirksames Mutagen zur Induktion chromosomaler Umlagerungen aller Art ist die ionisierende Strahlung. Diese Art von Strahlung, für die Röntgen- und γ-Strahlen Beispiele sind, ist hochenergetisch und verursacht Chromosomenbrüche. Die Art und Weise, in der sich die Pausen freuen, bestimmt die Art der erzeugten Umlagerung. Es sind zwei Arten des Löschens möglich. Zwei Unterbrechungen können zu einer interstitiellen Löschung führen, wie in Abbildung 17-2 dargestellt. Im Prinzip kann eine einzelne Unterbrechung eine Terminallöschung verursachen. Aufgrund der Notwendigkeit der speziellen Chromosomenspitzen (Telomere) ist es jedoch wahrscheinlich, dass anscheinend terminale Deletionen zwei Brüche umfassen, eine in der Nähe des Telomers.

Die Auswirkungen von Deletionen hängen von ihrer Größe ab. Eine kleine Deletion innerhalb eines Gens, die als intragene Deletion bezeichnet wird, inaktiviert das Gen und hat den gleichen Effekt wie andere Nullmutationen dieses Gens. Wenn der homozygote Null-Phänotyp lebensfähig ist (wie zum Beispiel beim menschlichen Albinismus), ist auch die homozygote Deletion lebensfähig. Intragene Deletionen können von Veränderungen einzelner Nukleotide unterschieden werden, da sie nicht reversibel sind.

Für die meisten von ihnen In diesem Abschnitt werden wir uns mit multigenen Deletionen befassen, die zwei bis mehrere tausend Gene entfernen. Multigene Deletionen haben schwerwiegende Konsequenzen. Wenn durch Inzucht eine solche Deletion homozygot gemacht wird (dh wenn beide Homologen die gleiche Deletion haben), ist die Kombination fast immer tödlich. Dieses Ergebnis legt nahe, dass die meisten Regionen der Chromosomen für eine normale Lebensfähigkeit wesentlich sind und dass eine vollständige Eliminierung eines Segments aus dem Genom schädlich ist. Selbst Personen, die heterozygot für eine multigene Deletion sind – solche mit einem normalen Homologen und einer, die die Deletion trägt -, überleben möglicherweise nicht. Es gibt mehrere mögliche Gründe für dieses Überleben. Erstens wurde ein Genom während der Evolution „fein abgestimmt“, um ein spezifisches Gleichgewicht der Gene zu erfordern, und die Deletion stört dieses Gleichgewicht. Wir werden diesen Gleichgewichtsbegriff in diesem und im nächsten Kapitel mehrmals begegnen, da verschiedene Arten von Chromosomenmutationen das Verhältnis stören. oder Gleichgewicht der Gene in einem Genom. Zweitens gibt es in vielen Organismen rezessive tödliche und andere schädliche Mutationen im gesamten Genom. Wenn sie durch Wildtyp-Allele auf dem anderen Homologen „bedeckt“ sind, werden diese rezessiven Gene nicht exprimiert. Eine Deletion kann jedoch Rezessive „aufdecken“ und ihre Expression auf phänotypischer Ebene ermöglichen.

Trotzdem sind einige kleine Deletionen in Kombination mit einem normalen Homologen lebensfähig. In diesen Fällen kann die Deletion manchmal durch zytogenetische Analyse identifiziert werden. Ifmeiotische Chromosomen werden in einem einzelnen Carry untersucht Bei einer heterozygoten Deletion kann der Bereich der Deletion durch das Versagen des entsprechenden Segments des normalen Homologen zur Paarung bestimmt werden, was zu einer Deletionsschleife führt (Abbildung 17-3a). Bei Insekten werden Deletionsschleifen in den Polytenchromosomen nachgewiesen, in denen die Homologen fusioniert sind (Abbildung 17-3b). Eine Deletion kann einem bestimmten Chromosomenort zugeordnet werden, indem bestimmt wird, welches Chromosom die Deletionsschleife und die Position der Schleife entlang des Chromosoms zeigt.

Ein Goodexample ist eine Deletion einer bestimmten kleinen Chromosomenregion von Drosophila. Wenn ein Homolog die Deletion trägt, zeigt die Fliege einen einzigartigen Kerbflügel-Phänotyp, so dass die Deletion in dieser Hinsicht als dominante Mutation fungiert. Die Deletion ist jedoch tödlich, wenn sie homozygot ist, und wirkt daher hinsichtlich ihrer tödlichen Wirkung als notwendig. Der spezifische dominante phänotypische Effekt bestimmter Deletionen kann durch einen der Chromosomenbrüche im Agen verursacht werden, der bei Störung als dominante Mutation wirkt.

Was sind die genetischen Eigenschaften von Deletionen?Zusätzlich zu den zytogenetischen Kriterien gibt es mehrere rein genetische Kriterien, um auf das Vorhandensein einer Deletion zu schließen. Diese Kriterien sind besonders nützlich bei Arten, deren Chromosomen nicht leicht zytogenetisch analysiert werden können.

Zwei genetische Kriterien, auf die wir bereits gestoßen sind. Das erste ist das Versagen des Chromosoms, als Homozygote zu überleben; Dieser Effekt könnte jedoch auch durch eine tödliche Mutation hervorgerufen werden. Zweitens können Chromosomen mit Deletionen niemals zu einem anormalen Zustand zurückkehren. Dieses Kriterium ist nur dann nützlich, wenn ein spezifischer Phänotyp mit der Deletion assoziiert ist.

Ein drittes Kriterium ist, dass bei heterozygoten Deletionen die rekombinanten Häufigkeiten zwischen Genen, die die Deletion flankieren, niedriger sind als bei Kontrollkreuzen. Dies macht intuitiv Sinn, da ein Teil der Region eine ungepaarte chromosomale Region enthält, die nicht an der Überkreuzung teilnehmen kann. Wir werden sehen, dass Inversionen einen ähnlichen Effekt auf rekombinante Frequenzen haben, aber auf andere Weise unterschieden werden können.

Ein viertes Kriterium, um auf das Vorhandensein einer Deletion zu schließen, ist, dass die Deletion eines Segments auf einem Homologen manchmal rezessive Allele entlarvt, die auf vorhanden sind der andere Homologe, was zu ihrem unerwarteten Ausdruck führt. Betrachten Sie beispielsweise die im folgenden Diagramm gezeigten Löschungen:

In diesem Fall wird keines der sechs rezessiven Allele erwartet ausgedrückt werden, aber wenn b und c ausgedrückt werden, dann wird eine Deletion vermutet, die auf dem anderen Homolog aufgetreten ist, das sich über die Loci b + und c + erstreckt. In solchen Fällen scheint es, dass rezessive Allele eine Dominanz zeigen, der Effekt wird als Pseudodominanz bezeichnet.

Der Pseudodominanz-Effekt kann auch in die entgegengesetzte Richtung verwendet werden. Ein bekannter Satz überlappender Deletionen wird verwendet, um die Kartenpositionen neuer mutierter Allele zu lokalisieren. Dieses Verfahren wird als Deletionsmapping bezeichnet. Ein Beispiel aus der Fruchtfliege Drosophila ist in Abbildung 17.4 dargestellt. In diesem Diagramm ist die Rekombinationskarte oben dargestellt und mit Abständen in Karteneinheiten vom linken Ende markiert. Die horizontalen Balken unter dem Chromosom zeigen das Ausmaß der links identifizierten Deletionen. Die Mutationsprune (pn) zeigt zum Beispiel Pseudodominanz nur mit Deletion264-38, die ihre Position in der Region 2D-4 bis 3A-2 bestimmt. Fa zeigt jedoch Pseudodominanz mit allen bis auf zwei Deletionen, so dass die Position auf Band 3C-7 genau bestimmt werden kann.

Die Deletionsanalyse ermöglicht es, eine Verknüpfungskarte basierend auf der rekombinanten Häufigkeit mit der Chromosomenkarte basierend auf der Deletionskartierung zu vergleichen. Im Großen und Ganzen stimmen die Karten, wenn dieser Vergleich durchgeführt wurde, gut überein – eine zufriedenstellende zytologische Bestätigung einer rein genetischen Schöpfung.

Darüber hinaus kann die Pseudodominanz verwendet werden, um eine kleine Deletion abzubilden das kann nicht mikroskopisch visualisiert werden. Betrachten wir ein X-Chromosom inDrosophila, das ein rezessives Letal trägt, bei dem der Verdacht auf Adeletion besteht. Wir nennen dieses Chromosom „X *“. Wir können X * -tragende Frauen mit Männern kreuzen, die rezessive Allele von Loci auf diesem Chromosom tragen. Beispielsweise ist eine Karte der Loci in der Spitzenregion

Angenommen, wir erhalten alle Wildtyp-Fliegen in Kreuzungen zwischen X * / X-Weibchen und Männchen mit y, dor, br, gt, rst und vt, erhalten aber mit X * (dh X *) die Pseudodominanz von swa und w / swa zeigt den rezessiven swa-Phänotyp und X * / w zeigt den rezessiven w-Phänotyp. Dann haben wir gute genetische Beweise für eine Deletion des Chromosoms, die mindestens die Orte wa und w, aber nicht gt orrst enthält.

Kliniker finden regelmäßig Deletionen in menschlichen Chromosomen. In den meisten Fällen sind die Deletionen relativ klein, aber sie haben dennoch einen nachteiligen phänotypischen Effekt, obwohl sie heterozygot sind. Deletionen spezifischer menschliche Chromosomenregionen verursachen einzigartige Syndrome phänotypischer Anomalien. Ein Beispiel ist das Cri-Duchat-Syndrom, das durch eine heterozygote Deletion der Spitze des kurzen Arms von Chromosom 5 verursacht wird (Abbildung 17-5). Es ist die Konvention, den kurzen Arm eines Chromosoms p und den langen Arm zu nennen. Die spezifischen Banden, die beim Cri-du-Chat-Syndrom gelöscht wurden, sind 5p15.2 und 5p15.3, die zwei distalsten Banden, die auf 5p identifizierbar sind.Der charakteristischste Phänotyp bei diesem Syndrom ist derjenige, der ihm seinen Namen gibt, das charakteristische katzenartige Miauen, das von Säuglingen mit dieser Deletion erzeugt wird. Andere phänotypische Manifestationen des Syndroms sind Mikroenzephalie (ungewöhnlich kleiner Kopf) und ein mondähnliches Gesicht. Wie das durch andere Deletionen verursachte Syndrom umfasst auch das Cri-du-Chat-Syndrom eine geistige Behinderung.

Die meisten menschlichen Deletionen, wie z diejenigen, die wir gerade betrachtet haben, entstehen spontan in der Keimbahn eines normalen Elternteils einer betroffenen Person; Somit finden sich in den somatischen Chromosomen der Eltern keine Anzeichen von Läsionen. Wie wir jedoch in einem späteren Abschnitt sehen werden, werden einige Deletionen beim Menschen durch meiotische Unregelmäßigkeiten bei einem Elternteil hervorgerufen, der heterozygot für eine andere Art der Umlagerung ist. Das Cri-du-Chat-Syndrom kann beispielsweise von einem Elternteil herrühren, der für eine Translokation heterozygot ist.

Genetiker haben menschliche Gene aus Deletionen mithilfe einer molekularen Technik kartiert, die als In-situ-Hybridisierung bezeichnet wird. Diese Technik wurde in den Kapiteln 3 und 6 eingeführt, aber jetzt können wir die Grundlagen überprüfen, um die Nützlichkeit von Löschungen zu demonstrieren. Wenn ein interessantes Gen oder ein anderes DNA-Fragment unter Verwendung moderner molekularer Technologie isoliert wurde, kann es mit einer radioaktiven oder chemischen Markierung markiert und dann unter dem Mikroskop einem chromosomalen Präparat zugesetzt werden. In einer solchen Situation erkennt die DNA ihr normales chromosomales Gegenstück durch Nukleotidpaarung und bindet physikalisch an dieses und wird als Fleck der Radioaktivität oder des Farbstoffs erkannt. Die genaue Position solcher Flecken ist schwer mit bestimmten Banden zu korrelieren, aber die Löschtechnik hilft. Wenn eine Deletion den betreffenden Ort überspannt, erscheint kein Fleck, wenn der Test mit dem Chromosom durchgeführt wird, das die Deletion trägt, da der Bereich für die Bindung einfach nicht vorhanden ist (Abbildung 17-6). Durch die Rettung von Zelllinien vor Patienten mit Deletionen entwickeln Genetiker Testfelder mit überlappenden Deletionen, die sich über bestimmte chromosomale Regionen erstrecken. Diese Testfelder können verwendet werden, um die Position eines Gens zu bestimmen. Ein Beispiel aus Chromosom 11 ist in Abbildung 17-7 dargestellt. Das Ausmaß der Deletionen im Testfeld ist als vertikale Balken dargestellt, und die zu testenden codierten DNA-Fragmente sind rechts dargestellt. Wenn beispielsweise das Fragment 270 nicht an die Deletionen 35, 8, 10, 7, 9, 23, 24, A2, 27A und 4D binden konnte, aber an die anderen Deletionen band, kann geschlossen werden, dass dieses DNA-Stück ursprünglich von diesen stammte Die von 11q13.5 und 11q21 überspannte Region.

Chromosomenmutationen häufig in Krebszellen auftreten, und wir werden in diesem und dem nächsten Kapitel mehrere Fälle sehen. Als Beispiel zeigt Abbildung 17.8 einige Deletionen, die konsistent in soliden Tumoren gefunden wurden. Nicht alle Zellen in einem Tumor zeigen die angegebene Deletion, und häufig kann eine Mischung verschiedener Chromosomenmutationen in einem Tumor gefunden werden. Der Beitrag solcher Änderungen zum Krebsphänotyp ist nicht bekannt.

Ein interessanter Unterschied zwischen Tieren und Pflanzen wird durch Deletionen aufgedeckt. Ein Maleanimal, das für ein Deletionschromosom heterozygot und ein normales ist, produziert funktionelle Spermien, die jedes der beiden Chromosomen in ungefähr gleichen Zahlen tragen. Mit anderen Worten, Spermien scheinen unabhängig von ihrem genetischen Gehalt in gewissem Maße zu funktionieren. In diploiden Pflanzen hingegen gibt es zwei Arten von Pollen, die durch Adeletionsheterozygote produziert werden: (1) funktionelle Pollen, die das Normalchromosom tragen, und (2) nicht funktionelle (oder abgebrochene) Pollen, die das defiziente Homolog tragen. Daher scheinen Pollenzellen zu sein empfindlich gegenüber Änderungen der Menge an chromosomalem Material, und diese Empfindlichkeit kann dazu führen, dass Deletionen ausgesondert werden. Bei polyploiden Pflanzen, die gegenüber Pollendeletionen weitaus toleranter sind, ist die Situation etwas anders. Diese Toleranz beruht auf der Tatsache, dass sogar der Pollen mehrere Chromosomensätze trägt und der Verlust eines Segments in einem dieser Sätze weniger entscheidend ist als in einer haploiden Pollenzelle.Eizellen in diploiden oder polyploiden Pflanzen sind auch ziemlich tolerant gegenüber Deletionen, vermutlich aufgrund der pflegenden Wirkung des umgebenden mütterlichen Gewebes