Het proces van spontaan optredende verwijdering moet twee chromosoomonderbrekingen omvatten om het tussenliggende segment eruit te snijden. Als de twee uiteinden samenkomen en een van hen de centromeer draagt, resulteert een verkort chromosoom, waarvan wordt gezegd dat het een deletie draagt. Het verwijderde fragment is acentrisch; bijgevolg is het onbeweeglijk en zal het verloren gaan. Een effectief mutageen voor het induceren van allerlei soorten chromosomale herrangschikkingen is ioniserende straling. Dit soort straling, waarvan röntgenstraling en γ-straling voorbeelden zijn, is zeer energetisch en veroorzaakt chromosoombreuken. De manier waarop de pauzes weer samenkomen, bepaalt het soort herschikking dat wordt geproduceerd. Er zijn twee soorten verwijdering mogelijk: twee onderbrekingen kunnen een interstitiële verwijdering veroorzaken, zoals weergegeven in figuur 17.2. In principe kan een enkele onderbreking een terminale verwijdering veroorzaken; maar vanwege de behoefte aan de speciale chromosoomtips (telomeren), is het waarschijnlijk dat schijnbaar terminale deleties twee pauzes omvatten, één dichtbij de telomeer.

De effecten van verwijderingen zijn afhankelijk van hun grootte. Een kleine deletie binnen een gen, een intragene deletie genaamd, inactiveert het gen en heeft hetzelfde effect als andere nulmutaties van dat gen. Als het homozygote nulfenotype levensvatbaar is (zoals bijvoorbeeld bij menselijk albinisme), dan zal de homozygote deletie ook levensvatbaar zijn. Intragene deleties kunnen worden onderscheiden van enkele nucleotideveranderingen omdat ze niet omkeerbaar zijn.

Voor de meeste van in deze sectie zullen we te maken hebben met multigene deleties, die van twee tot enkele duizenden genen verwijderen. Multigene deleties hebben ernstige gevolgen. Als door inteelt een dergelijke deletie homozygoot wordt gemaakt (dat wil zeggen, als beide homologen dezelfde deletie hebben), dan is de combinatie bijna altijd dodelijk. Deze uitkomst suggereert dat de meeste regio’s van de chromosomen essentieel zijn voor normale levensvatbaarheid en dat volledige eliminatie van elk segment uit het genoom schadelijk is. Zelfs individuen die heterozygoot zijn voor een multigene deletie – degenen met een normale homoloog en een die de deletie draagt – zullen mogelijk niet overleven. Er zijn verschillende mogelijke redenen waarom dit niet kan overleven. Ten eerste is een genoom tijdens de evolutie ‘verfijnd’ om een specifiek evenwicht van genen te vereisen, en de deletie verstoort dit evenwicht. We zullen dit evenwichtsbegrip verschillende keren tegenkomen in dit hoofdstuk en het volgende, omdat verschillende soorten chromosoommutaties de oorzaak verstoren, of balans, van genen in een genoom. Ten tweede, in veel organismen zijn er dodelijke en andere schadelijke mutaties door het hele genoom heen. Indien ‘bedekt’ door wild-type allelen op de andere homoloog, worden deze recessieven niet uitgedrukt. Een deletie kan echter wel voorkomen. “ontdekken” recessieven, waardoor hun expressie op het fenotypische niveau mogelijk is.

Niettemin zijn sommige kleine deleties levensvatbaar in combinatie met een normale homoloog. In deze gevallen kan de deletie soms worden geïdentificeerd door cytogenetische analyse. Als meiotische chromosomen worden onderzocht in een individuele drager Bij een heterozygote deletie kan het gebied van de deletie worden bepaald door het falen van het corresponderende segment op het normale homoloog om te paren, wat resulteert in een deletielus (Figuur 17-3a). Bij insecten worden deletionloops gedetecteerd in de polytene-chromosomen, waarin de homologen zijn versmolten (Figuur 17-3b). Een deletie kan worden toegewezen aan een specifieke chromosoomlocatie door te bepalen welk chromosoom de verwijderingslus en de positie van de lus langs het chromosoom laat zien.

Deleties van sommige chromosomale regio’s produceren hun eigen unieke fenotypes. Een goed voorbeeld is een deletie van een specifiek klein chromosoomgebied van Drosophila. Wanneer één homoloog de deletie draagt, vertoont de vlieg een uniek notch-wing fenotype, dus de deletie werkt in dit opzicht als een dominante mutatie. Maar de verwijdering is dodelijk als ze homozygoot is en werkt daarom als noodzakelijk met betrekking tot het dodelijke effect ervan. Het specifieke dominante fenotypische effect van bepaalde deleties kan worden veroorzaakt doordat een van de chromosoombreuken zich in een gen bevindt, dat bij verstoring als een dominante mutatie zal werken.

Wat zijn de genetische eigenschappen van deleties?Naast cytogenetische criteria zijn er verschillende zuiver genetische criteria om de aanwezigheid van een deletie af te leiden. Deze criteria zijn vooral nuttig bij soorten waarvan de chromosomen niet gemakkelijk cytogenetisch geanalyseerd kunnen worden.

Twee genetische criteria zijn we al tegengekomen. De eerste is het falen van het chromosoom om als homozygoot te overleven; dit effect kan echter ook worden veroorzaakt door een dodelijke mutatie. Ten tweede kunnen chromosomen met deleties nooit terugkeren naar een normale toestand. Dit criterium is alleen bruikbaar als er een specifiek fenotyp is dat geassocieerd is met de deletie.

Een derde criterium is dat bij heterozygote deleties de recombinante frequenties tussen genen die de deletie flankeren lager zijn dan bij controlekruisen. Dit maakt intuïtief gevoel omdat een deel van het gebied een ongepaard chromosomaal gebied bevat, dat niet kan deelnemen aan het oversteken. We zullen zien dat inversies een soortgelijk effect hebben op recombinante frequenties, maar op andere manieren kunnen worden onderscheiden.

Een vierde criterium voor het afleiden van de aanwezigheid van een deletie is dat deletie van een segment op één homoloog soms recessieve allelen ontmaskert die aanwezig zijn op de andere homoloog, leidend tot hun onverwachte uitdrukking. Beschouw bijvoorbeeld de verwijderingen die in het volgende diagram worden getoond:

In dit geval wordt geen van de zes recessieve allelen verwacht worden uitgedrukt, maar, ifb en c worden uitgedrukt, dan wordt gesuggereerd dat er een deletie heeft plaatsgevonden op de andere homoloog die de b + en c + loci overspant. Omdat het in dergelijke gevallen lijkt dat recessieve allelen dominantie vertonen, wordt het effect pseudodominantie genoemd.

Het pseudodominantie-effect kan ook in de tegenovergestelde richting worden gebruikt. Een bekende set van overlappende deleties wordt gebruikt om de kaartposities van nieuwe mutante allelen te lokaliseren. Deze procedure wordt deletion mapping genoemd. Een voorbeeld van de fruitvlieg Drosophila wordt getoond in figuur 17.4. In dit diagram wordt de recombinatiekaart bovenaan getoond, gemarkeerd met afstanden in kaarteenheden vanaf de linkerkant. De horizontale balken onder het chromosoom tonen de omvang van de deleties die links zijn geïdentificeerd. De mutationprune (pn) vertoont bijvoorbeeld alleen pseudodominantie met deletion264-38, die de locatie in het 2D-4 tot 3A-2-gebied bepaalt. Fa laat echter pseudodominantie zien met op twee na verwijderingen, dus zijn positie kan worden gelokaliseerd op band 3C-7.

Deletieanalyse maakt het mogelijk om een koppelingskaart op basis van recombinante frequentie te vergelijken met de chromosoomkaart op basis van deletiekaart. Over het algemeen, waar deze vergelijking is gemaakt, komen de kaarten goed overeen – een bevredigende cytologische goedkeuring van een puur genetische creatie.

Bovendien kan pseudodominantie worden gebruikt om een kleine deletie in kaart te brengen dat kan microscopisch niet worden gevisualiseerd. Laten we eens kijken naar een X-chromosoom in Drosophila met een recessieve dodelijke aandoening waarvan wordt vermoed dat het een skelet is; we noemen dit chromosoom ‘X *’. We kunnen X * -dragende vrouwtjes kruisen met mal-dragende recessieve allelen van loci op dat chromosoom. Een kaart van loci in het tipgebied is bijvoorbeeld

Stel dat we alle wildtype vliegen verkrijgen in kruisingen tussen X * / X-vrouwtjes en malescarry y, dor, br, gt, rst en vt, maar krijgen pseudodominantie van swa en w met X * (dat wil zeggen, X * / swa toont het recessieve swa-fenotype en X * / w toont het recessieve w-fenotype.) Dan hebben we goed genetisch bewijs voor een deletie van het chromosoom dat tenminste de w en w loci omvat maar niet gt orrst.

Clinici vinden regelmatig deleties in menselijke chromosomen. In de meeste gevallen zijn de deleties relatief klein, maar ze hebben niettemin een ongunstig fenotypisch effect, ook al zijn ze heterozygoot. Deleties van specifieke menselijke chromosoomregio’s veroorzaken unieke syndromen van fenotypische afwijkingen. Een voorbeeld is het cri duchat-syndroom, veroorzaakt door een heterozygote deletie van de punt van de korte arm van chromosoom 5 (Figuur 17-5). Het is de gewoonte om de korte arm van een chromosoom p te noemen en de lange armq. De specifieke banden die zijn verwijderd bij het cri du chat-syndroom zijn 5p15.2 en 5p15.3, de twee meest distale banden die identificeerbaar zijn op 5p.Het meest karakteristieke fenotype in het syndroom is het fenotype dat het zijn naam geeft, de kenmerkende katachtige miauwende kreten van zuigelingen met deze deletie. Andere fenotypische manifestaties van het syndroom zijn micro-encefalie (abnormaal klein hoofd) en een maanachtig gezicht. Net als syndromen die worden veroorzaakt door andere verwijderingen, omvat het cri du chat-syndroom ook mentale retardatie.

De meeste menselijke deleties, zoals degene die we zojuist hebben overwogen, ontstaan spontaan in de kiembaan van een normale ouder van een getroffen persoon; er worden dus geen tekenen van verwijdering gevonden in de somatische chromosomen van de ouders. Echter, zoals we in een later gedeelte zullen zien, worden sommige menselijke deleties geproduceerd door meiotische onregelmatigheden in een ouder die heterozygoot is voor een ander type herschikking. Het Cri du chat-syndroom kan bijvoorbeeld het gevolg zijn van een ouder die heterozygoot is voor een translocatie.

Genetici hebben menselijke genen in kaart gebracht op basis van deleties met behulp van een moleculaire techniek die in situ hybridisatie wordt genoemd. Deze techniek werd geïntroduceerd in de hoofdstukken 3 en 6, maar voor nu kunnen we de basis bekijken om het nut van verwijderingen aan te tonen. Als een interessant gen of ander DNA-fragment is geïsoleerd met behulp van moderne moleculaire technologie, kan het worden gelabeld met een radioactief of chemisch label en vervolgens worden toegevoegd aan een chromosomaal preparaat onder de microscoop. In een dergelijke situatie herkent het DNA en bindt het zich fysiek aan zijn normale chromosomale tegenhanger door middel van nucleotidenparing en wordt het herkend als een plek van radioactiviteit of kleurstof. De precieze locatie van dergelijke vlekken is moeilijk te correleren met specifieke banden, maar de deletietechniek komt te hulp. Als een deletie zich voordoet om de betreffende locus te overspannen, zal er geen vlek verschijnen wanneer de test wordt uitgevoerd met het chromosoom dat de deletie draagt, omdat het gebied voor binding eenvoudigweg niet aanwezig is (Figuur 17.6). Door cellijnen te redden van patiënten met deleties, ontwikkelen genetici testpanels van overlappende deleties die specifieke chromosomale gebieden overspannen, en deze testpanels kunnen worden gebruikt om de positie van een gen te bepalen. Een voorbeeld van chromosoom 11 wordt getoond in figuur 17-7. De omvang van de verwijderingen in het testpaneel wordt weergegeven als verticale balken, en de gecodeerde DNA-fragmenten onder de test worden rechts weergegeven. Als fragment 270 bijvoorbeeld niet kon binden aan deleties35, 8, 10, 7, 9, 23, 24, A2, 27A en 4D maar wel aan de andere deleties bindt, kan hieruit worden afgeleid dat dit stukje DNA oorspronkelijk afkomstig was van de regio overspannen door 11q13.5 en 11q21.

Chromosoommutaties vaak voorkomen in kankercellen, en we zullen in dit hoofdstuk en het volgende verschillende gevallen zien. Figuur 17-8 laat als voorbeeld enkele deleties zien die consistent worden aangetroffen in solide tumoren. Niet alle cellen in een tumor vertonen de aangegeven deletie, en vaak is er een mengsel van verschillende chromosoommutaties in één tumor te vinden. De bijdrage van dergelijke veranderingen aan het kankerfenotype wordt niet begrepen.

Een interessant verschil tussen dieren en planten wordt onthuld door verwijderingen. Een mannelijk dier dat heterozygoot is voor een deletiechromosoom en een normaal dier produceert functioneel sperma dat elk van de twee chromosomen in ongeveer gelijke aantallen draagt. Met andere woorden, sperma lijkt tot op zekere hoogte te functioneren, ongeacht hun genetische inhoud. In diploïde planten, aan de andere kant, bestaat het stuifmeel dat wordt geproduceerd door adeletie heterozygoot uit twee soorten: (1) functioneel stuifmeel met het normale chromosoom en (2) niet-functionele (of afgebroken) stuifmeel met het deficiënte homoloog. gevoelig voor veranderingen in de hoeveelheid chromosomaal materiaal, en deze gevoeligheid kan leiden tot het verwijderen van deleties. De situatie is enigszins anders voor polyploïde planten, die veel toleranter zijn voor pollendeleties. Deze tolerantie is te wijten aan het feit dat zelfs het stuifmeel meerdere chromosoomsets draagt, en het verlies van een segment in een van deze sets is minder cruciaal dan in een haploïde pollencel.Ovules in diploïde of polyploïde planten zijn ook behoorlijk tolerant voor deleties, vermoedelijk vanwege het verzorgende effect van de omringende maternale weefsels.