Proces samoistnie występującej delecji musi obejmować dwa pęknięcia chromosomów, aby wyciąć interweniujący segment. Jeśli oba końce łączą się i jeden z nich nosi centromer, powstaje skrócony chromosom, o którym mówi się, że zawiera delecję. Usunięty fragment jest acentryczny; w konsekwencji jest nieruchomy i zostanie utracony. Nieskutecznym mutagenem wywołującym wszelkiego rodzaju przegrupowania chromosomów jest promieniowanie jonizujące. Ten rodzaj promieniowania, którego przykładem są promienie X i promieniowanie γ, jest wysokoenergetyczny i powoduje pęknięcia chromosomów. Sposób, w jaki przerwy ponownie się łączą, determinuje rodzaj powstałego przegrupowania. Możliwe są dwa rodzaje usunięcia. Dwie przerwy mogą spowodować usunięcie śródmiąższowe, jak pokazano na rysunku 17-2. W zasadzie, pojedyncza przerwa może spowodować usunięcie terminala; ale ze względu na potrzebę specjalnych końcówek chromosomów (telomerów) jest prawdopodobne, że pozornie końcowe delecje obejmują dwie przerwy, jedną blisko telomeru.

Efekty usunięcia zależą od ich rozmiaru. Mała delecja w obrębie genu, nazywana delecją wewnątrzgenową, dezaktywuje gen i ma taki sam efekt, jak inne mutacje zerowe tego genu. Jeśli homozygotyczny zerowy fenotyp jest żywotny (jak na przykład w albinizmie człowieka), wówczas homozygotyczna delecja również będzie żywotna. Delecje wewnątrzgenowe można odróżnić od zmian pojedynczego nukleotydu, ponieważ są nieodwracalne.

w tej sekcji zajmiemy się delecjami wielogenowymi, czyli tymi, które usuwają od dwóch do kilku tysięcy genów. Delecje wielogenowe mają poważne konsekwencje. Jeśli przez chów wsobny taka delecja staje się homozygotyczna (to znaczy, jeśli oba homologi mają tę samą delecję), to kombinacja jest prawie zawsze śmiertelna. Wynik ten sugeruje, że większość regionów chromosomów ma zasadnicze znaczenie dla normalnej żywotności, a całkowita eliminacja dowolnego segmentu z genomu jest szkodliwa. Nawet osoby heterozygotyczne pod względem delecji wielogenowej – te z homologami onenormalnymi i takie, które są nosicielami delecji – mogą nie przeżyć. Istnieje kilka możliwych przyczyn tego niepowodzenia. Po pierwsze, genom został „precyzyjnie dostrojony” podczas ewolucji, aby wymagał określonej równowagi genów, a delecja zaburzyła tę równowagę. Z tym pojęciem równowagi spotkamy się kilka razy w tym rozdziale i następnym, ponieważ kilka różnych typów mutacji chromosomowych zakłóca terapię lub równowaga genów w genomie. Po drugie, w wielu organizmach występują powtarzające się śmiertelne i inne szkodliwe mutacje w całym genomie. Jeśli są „pokryte” przez allele typu dzikiego na innym homologu, te recesywne nie ulegają ekspresji. Jednak delecja może „odkryć” recesywne, pozwalając na ich ekspresję na poziomie fenotypowym.

Niemniej jednak, niektóre małe delecje są żywotne w połączeniu z normalnym homologiem. W takich przypadkach delecję można czasami zidentyfikować za pomocą analizy cytogenetycznej. Jeśli mejotyczne chromosomy są badane u osobników W przypadku heterozygotycznej delecji, region delecji można określić na podstawie niepowodzenia w parowaniu odpowiedniego segmentu normalnego homologu, co skutkuje powstaniem pętli delecji (ryc. 17-3a). U owadów pętle delecji są wykrywane w chromosomach politenu, w których homologi są połączone (ryc. 17-3b). Delecję można przypisać do określonej lokalizacji chromosomu, określając, który chromosom przedstawia pętlę delecji i pozycję pętli wzdłuż chromosomu.

W wyniku delecji niektórych regionów chromosomowych powstają własne unikalne fenotypy. Dobrym przykładem jest delecja jednego określonego małego regionu chromosomu Drosophila. Kiedy jeden homolog niesie delecję, muchy wykazują unikalny fenotyp skrzydeł wycięcia, więc delecja działa jako dominująca mutacja w tym względzie. Ale delecja jest śmiertelna, gdy jest homozygotyczna, a zatem działa tak, jak postępuje w odniesieniu do jej śmiertelnego skutku. Specyficzny dominujący efekt fenotypowy niektórych delecji może być spowodowany tym, że jeden z pęknięć chromosomu znajduje się wewnątrz agenu, który po przerwaniu będzie działał jak dominująca mutacja.

Jakie są właściwości genetyczne delecji?Oprócz kryteriów cytogenetycznych istnieje kilka czysto genetycznych kryteriów wnioskowania o obecności delecji. Kryteria te są szczególnie przydatne u gatunków, których chromosomy nie są łatwo analizowane cytogenetycznie.

Dwa kryteria genetyczne, z którymi już się spotkaliśmy. Pierwszą jest niepowodzenie przeżycia chromosomu jako homozygoty; jednakże efekt ten może być również wywołany przez każdą śmiertelną mutację. Po drugie, chromosomy z delecjami nigdy nie mogą powrócić do normalnego stanu. To kryterium jest przydatne tylko wtedy, gdy istnieje jakiś specyficzny fenotyp związany z delecją.

Trzecie kryterium jest takie, że w przypadku delecji heterozygotycznych częstości rekombinacji między genami flankującymi delecję są niższe niż w krzyżówkach kontrolnych. To sprawia, że intuicyjność ma sens, ponieważ część regionu zawiera niesparowany region chromosomowy, który nie może uczestniczyć w krzyżowaniu. Zobaczymy, że inwersje mają podobny wpływ na częstotliwości rekombinacji, ale można je rozróżnić na inne sposoby.

Czwartym kryterium wnioskowania o obecności delecji jest to, że delecja segmentu na jednym homologu czasami ujawnia recesywne allele obecne na inny homolog, co prowadzi do ich nieoczekiwanego wyrazu. Rozważ na przykład delecje pokazane na poniższym diagramie:

W tym przypadku nie oczekuje się żadnego z sześciu recesywnych alleli ma być wyrażony, ale jeśli wyrażane są b i c, to sugeruje się, że delecja wystąpiła na innym homologu obejmującym loci b + i c +. Ponieważ w takich przypadkach wydaje się, że allele recesywne wykazują dominację, efekt nazywa się pseudodominacją.

Efekt pseudodominacji można również zastosować w odwrotnym kierunku. Znany zestaw nakładających się delecji jest używany do lokalizowania pozycji na mapie nowych zmutowanych alleli. Procedura ta nazywa się mapowaniem delecji. Przykład muszki owocowej Drosophila pokazano na rysunku 17-4. Na tym diagramie mapa rekombinacji jest pokazana u góry, oznaczona odległościami w jednostkach mapy od lewego końca. Poziome słupki poniżej chromosomu pokazują zakres delecji zidentyfikowanych po lewej stronie. Na przykład mutationprune (pn) wykazuje pseudodominację tylko z delecją 264-38, która określa jej lokalizację w regionie 2D-4 do 3A-2. Jednak fa pokazuje pseudodominację ze wszystkimi delecjami oprócz dwóch, więc jego położenie można określić do pasma 3C-7.

Analiza delecji umożliwia porównanie mapy powiązań opartej na częstotliwości rekombinacji z mapą chromosomów opartą na mapowaniu delecji. Ogólnie rzecz biorąc, tam, gdzie dokonano tego porównania, mapy odpowiadają dobrze – satysfakcjonującym cytologicznym potwierdzeniem czysto genetycznego stworzenia.

Ponadto pseudodominacja może być użyta do odwzorowania małej delecji których nie można wizualizować mikroskopowo. Rozważmy chromosom X w Drosophila, który jest nosicielem recesywnego śmiertelnika podejrzanego o złuszczanie; nazywamy ten chromosom „X *”. Możemy krzyżować samice rodzące X * z samcami niosącymi recesywne allele loci na tym chromosomie. Na przykład mapa loci w regionie końcowym to

Załóżmy, że otrzymujemy wszystkie muchy typu dzikiego w krzyżówkach między samicami X * / X i samcami przenoszącymi y, dor, br, gt, rst i vt, ale uzyskujemy pseudodominację swa i w z X * (to znaczy X * / swa przedstawia recesywny fenotyp swa, a X * / w przedstawia recesywny fenotyp w). Następnie mamy dobre genetyczne dowody na delecję chromosomu, który zawiera co najmniej loci swa i w, ale nie gt orrst.

Lekarze regularnie znajdują delecje w ludzkich chromosomach. W większości przypadków delecje są stosunkowo małe, ale mimo to mają niekorzystny efekt fenotypowy, nawet jeśli są heterozygotyczne. Delecje specyficznych ludzkie regiony chromosomów powodują unikalne zespoły nieprawidłowości fenotypowych. Przykładem jest zespół cri duchat, spowodowany heterozygotyczną delecją końcówki krótkiego ramienia chromosomu 5 (ryc. 17-5). Zwyczajowo krótkie ramię chromosomu p i długie ramię q. Konkretne prążki usunięte w zespole cri du chat to 5p15.2 i 5p15.3, dwa najbardziej dystalne prążki rozpoznawane na 5p.Najbardziej charakterystycznym fenotypem w tym zespole jest ten, który nadaje mu nazwę, charakterystyczny koci miauczący okrzyk wydawany przez niemowlęta z tą delecją. Inne fenotypowe objawy zespołu to mikroencefalia (nienormalnie mała głowa) i twarz podobna do księżyca. Podobnie jak syndromy spowodowane innymi delecjami, zespół cri du chat obejmuje także opóźnienie umysłowe.

Większość ludzkich delecji, takich jak te, które właśnie rozważaliśmy, powstają spontanicznie w linii zarodkowej normalnego rodzica osoby dotkniętej chorobą; w związku z tym nie stwierdza się oznak delecji w chromosomach somatycznych rodziców. Jednak, jak zobaczymy w dalszej części, niektóre delecje u ludzi są spowodowane nieprawidłowościami mejotycznymi u rodzica heterozygotycznego pod względem innego rodzaju rearanżacji. Na przykład zespół Cri du Chat może wynikać z rodzica heterozygotycznego pod względem translokacji.

Genetycy zmapowali ludzkie geny na podstawie delecji za pomocą techniki molekularnej zwanej hybrydyzacją in situ. Technika ta została wprowadzona w rozdziałach 3 i 6, ale na razie możemy przejrzeć podstawy, aby pokazać przydatność usuwania. Jeżeli za pomocą nowoczesnej technologii molekularnej wyodrębniono interesujący gen lub inny fragment DNA, można go oznaczyć znacznikiem aradioaktywnym lub chemicznym, a następnie dodać do preparatu chromosomalnego pod mikroskopem. W takiej sytuacji DNA rozpoznaje i fizycznie wiąże się ze swoim normalnym chromosomowym odpowiednikiem poprzez parowanie nukleotydów i jest rozpoznawane jako miejsce radioaktywności lub barwnika. Dokładne położenie takich miejsc jest trudne do skorelowania z określonymi pasmami, ale z pomocą przychodzi technika usuwania. Jeśli zdarzy się, że delecja obejmie dane miejsce, nie pojawi się żadna plamka, gdy test zostanie uruchomiony z chromosomem niosącym delecję, ponieważ regionu wiązania po prostu nie ma (ryc. 17-6). Ocalając linie komórkowe od pacjentów z delecjami, genetycy opracowują panele testowe nakładających się delecji obejmujących określone regiony chromosomalne, które można wykorzystać do określenia pozycji genu. Przykład z chromosomu 11 pokazano na rysunku 17-7. Zakres delecji w panelu testowym jest pokazany jako pionowe paski, a kodowane fragmenty DNA testowane są pokazane po prawej stronie. Jeśli na przykład fragment 270 nie wiązał się z delecjami 35, 8, 10, 7, 9, 23, 24, A2, 27A i 4D, ale wiązał się z innymi delecjami, można wywnioskować, że ten fragment DNA pierwotnie pochodzi z region obejmujący 11q13.5 i 11q21.

Mutacje chromosomów często pojawiają się w komórkach nowotworowych i zobaczymy kilka przypadków w tym i następnym rozdziale. Jako przykład, Rycina 17-8 pokazuje pewne delecje konsekwentnie stwierdzane w guzach litych. Nie wszystkie komórki w guzie wykazują wskazaną delecję, a często w jednym guzie można znaleźć mieszaninę różnych mutacji chromosomowych. Wkład takich zmian w fenotyp raka nie jest rozumiany.

Ciekawą różnicę między zwierzętami a roślinami ujawniają delecje. Samiec, który jest heterozygotyczny pod względem chromosomu delecyjnego i normalny, wytwarza funkcjonalne plemniki niosące każdy z dwóch chromosomów w mniej więcej równej liczbie. Innymi słowy, wydaje się, że plemniki do pewnego stopnia funkcjonują niezależnie od ich zawartości genetycznej. Z drugiej strony u roślin diploidalnych pyłek produkowany przez heterozygotę adelecyjną jest dwojakiego rodzaju: (1) funkcjonalny pyłek przenoszący normalny chromosom i (2) niefunkcjonalny (lub poroniony) pyłek przenoszący wadliwy homolog. wrażliwy na zmiany ilości materiału chromosomalnego, a ta wrażliwość może działać na usuwanie delecji. Nieco inaczej sytuacja wygląda w przypadku roślin poliploidalnych, które są znacznie bardziej odporne na zanieczyszczenia pyłkowe. Tolerancja ta wynika z faktu, że nawet pyłek przenosi kilka zestawów chromosomów, a utrata segmentu w jednym z tych zestawów jest mniej istotna niż w przypadku haploidalnej komórki pyłkowej.Owule u roślin diploidalnych lub poliploidalnych są również dość tolerancyjne na delecje, prawdopodobnie ze względu na pielęgnujący wpływ otaczających tkanek matczynych.