تويت
كل شيء عن الكروموسومات
قبل أن نبدأ بالحديث عن الكروموسومات ووظيفتها وكل شيءٍ عنها، لا بدّ أن نشرح كيف تتشكّل هذه الكروموسومات. إنّ تكوين الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (DNA)، عبارةً عن جزيئاتٍ تسمى النيوكليوتيدات، ويحتوي كل نوكليوتيد منها على مجموعة فوسفاتٍ، ومجموعة سكرٍ، وقاعدةٍ نيتروجينيةٍ. للقواعد النيتروجينية أو الآزوتية أربعة أنواعٍ وهي الأدينين (A)، التايمين (T)، الغوانين (G) والسيتوزين (C).
ترتبط النيوكليوتيدات مع بعضها لتشكّل خيطين طويلين يلتفان حول بعضهما البعض لتنتج بنية حلزونية الشكل مزدوجة (الحلزون المزدوج)، والتي يمكن تشبيهها بالدّرج، حيث تجتمع جزيئات الفوسفات والسكر على الجانبين، في حين أن القواعد النيتروجينية ستكون الدرجات، ترتبط القواعد الآزوتية الموجودة على الخيط الأول مع القواعد على الخيط الثاني حيث تقترن أزواج الأدينين مع التايمين، وأزواج الجوانين مع السيتوزين.
جزيئات الحمض النووي (DNA) طويلة لتوضع ضمن الخلايا بدون غلافٍ، ولذلك يتم لفّ الحمض النووي DNA بإحكامٍ حول بروتينات تسمى الهستونات (Histones) لتشكيل هياكل نسميها الكروموسومات..
مم يتكوّن الكروموسوم
الكروموسومات هياكل خيطية تحافظ على الحمض النووي داخل النواة، ولكل كروموسومٍ قطعة مركزية أو سنترومير (Centromere). يقسم الكروموسوم إلى قسمين الذراع القصير (p)، والذراع الطويل (q)، ويقع السنترومير عند نقطة انقباض الخلية والتي قد توجد أو لا توجد في مركز الكروموسوم.
يوجد في نهاية كل كروموسوم قُسَيم طرفي أو تيلومير (Telomere)، وهو عبارةٌ عن تسلسلٍ من النوكليوتيدات المتكررة (تسلسل TTAGGG مكرر إلى حوالي 15000 زوج أساسي في الفقاريات)، وتؤدي دورًا حيويًّا في تثبيط اندماج الكروموسومات وإعادة تركيبها كما تشارك أيضًا في تنظيم الكروموسوم داخل النواة. تترتب الجينات على الكروموسومات، وتتكون من DNA، والذي يحتوي على تعليماتٍ لبناء البروتينات، وهي جزءٌ لا يتجزأ من صناعة الجسم البشري والحفاظ عليه.
الكروموسوم
الكرموسومات عند الإنسان
عند الإنسان، يترتب 46 كروموسوم في 23 زوجًا، منها 22 زوجًا من الكروموسومات وتسمى الجسيمات الجسدية أو الذاتية (Autosomes)، والتي يتم وسمها بالأرقام من 1-22، يتكون كل زوجٍ من الكروموسومات من كروموسومٍ واحدٍ موروث من الأم والآخر من الأب.
بالإضافة إلى زوجٍ واحدٍ من الكروموسومات الجنسية أو تُسمى الصبغي الجنسي (Allosome)، يوسم هذا الزوج بأحرف مثل XX وXY. لدى الإناث نسختان من الكروموسوم X (أحدهما موروث من الأم والآخر من الأب)، ولدى الذكور نسخة واحدة من الكروموسوم X (الموروث من الأم) ونسخة واحدة من الكروموسوم Y (الموروث من الأب).
وظيفة الكروموسومات
يحافظ الهيكل الفريد للكروموسومات على التفاف الحمض النووي بإحكامٍ حول بروتينات تشبه البكرة (الهستونات)، فبدون الكرموسومات، ستكون جزيئات الحمض النووي طويلةً جدًا لتتوضع داخل الخلايا، إذا تم بسط جميع جزيئات الحمض النووي المتواجدة في خليةٍ بشريةٍ، والملتفة حول هيستوناتها، ووضعها من طرفٍ إلى طرفٍ، سيكون طولها حوالي ستة أقدامٍ.
لكي ينمو الكائن الحي ويعمل جسمه بالشكل الصحيح؛ يجب أن تنقسم الخلايا باستمرارٍ لإنتاج خلايا جديدة لتحل محل الخلايا القديمة البالية. أثناء عملية الانقسام يجب أن يبقى الحمض النووي سليمًا ويحافظ على توزعه بالتساوي بين الخلايا، وهنا يأتي دور الكروموسومات، حيث تمثل جزءًا أساسيًّا من العملية التي تضمن نسخ الحمض النووي بدقةٍ وتوزيعه في الغالبية العظمى من أقسام الخلايا، لكن إذا حدثت بعض الأخطاء، كالتغييرات في عدد أو تركيب الكروموسومات في الخلايا الجديدة مثلًا، فتؤدي إلى مشاكلَ خطيرةٍ، كالإصابة بأحد أنواع سرطانات الدم أو بعض أنواع السرطان الأخرى التي تحدث بسبب الكروموسومات المعيبة المكونة من قطعٍ متصلةٍ من الكروموسومات المكسورة.
من المهم أيضًا أن تحتوي الخلايا التناسلية (البويضات والحيوانات المنوية)، على العدد الصحيح من الكروموسومات، وأن تكون ذات بنيةٍ صحيحةٍ وسليمة، في حال عدم حدوث ذلك فقد يفشل النسل الناتج في التطور بشكلٍ صحيحٍ.
التفاف الحمض النووي حول الهستونات
كيف يدرس العلماء الكروموسومات
يدرس العلماء الكروموسومات من خلال النظر إليها تحت المجهر، ولتطبيق ذلك لا بد من تلوينها بموادٍ كيميائيةٍ، تبدو الكروموسومات عند صبغها كخيوطٍ مع عُصاباتٍ فاتحةٍ ومظلمةٍ، ومن ثمَّ التقاط صورتها. يشير مصطلح علم النواة الخلوية (Karyotype)، إلى تقنيةٍ مخبريةٍ تنتج صورة لكروموسومات الإنسان، مما يساعد في تحديد الشذوذ في بنية أو عدد الكروموسومات.
تم تطوير تقنيات أحدث سمحت للعلماء والأطباء بالكشف عن تشوهات الكروموسومات دون استخدام المجهر، تقارن هذه التقنيات الحمض النووي المريض بعينة الحمض النووي السليم، يمكن استخدام هذه المقارنة للعثور على تشوهات الكروموسومات حيث تختلف العينات عن بعضها.
تسمى إحدى هذه الطرق اختبار ما قبل الولادة غير الباضع (Noninvasive Prenatal Testing)، وتُستخدم لتحديد ما إذا كان الطفل لديه فرصة متزايدة للإصابة باضطرابات كروموسومية معينة حيث يفحص الاختبار الحمض النووي للطفل في دم الأم.
تشوهات الكرموسومات
هناك أنواعٌ عديدةٌ من تشوهات الكروموسوم، يمكن تقسيمها في مجموعتين أساسيتين:
تحديد موقع الجين على الكروموسوم
يتم تحيد موقع الجين على الكروموسومات بتحديد الموقع الوراثي الخلوي (Cytogenetic location)، وهي طريقةٌ موحدةٌ لوصف موقع الجين على الكروموسوم، عبر مزيجٍ من الأرقام والحروف، وتضم ثلاثة مكوناتٍ:
كمثال لأحد أنواع الجينات، لدينا موقع الكروموسومات (21q14)، ووصف الموقع يكون كالتالي:
يتم استخدام الاختصارات "cen" و"ter" و"tel" أيضًا لوصف موقع الجينات. يشير "Cen" إلى أن الجين قريبٌ جدًا من المركز، أما الاثنتين الآخرتين فتشير كلٍ منهما إلى مدى قرب الجينات من نهاية الذراع p أو q. أمثلة:
قبل أن نبدأ بالحديث عن الكروموسومات ووظيفتها وكل شيءٍ عنها، لا بدّ أن نشرح كيف تتشكّل هذه الكروموسومات. إنّ تكوين الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (DNA)، عبارةً عن جزيئاتٍ تسمى النيوكليوتيدات، ويحتوي كل نوكليوتيد منها على مجموعة فوسفاتٍ، ومجموعة سكرٍ، وقاعدةٍ نيتروجينيةٍ. للقواعد النيتروجينية أو الآزوتية أربعة أنواعٍ وهي الأدينين (A)، التايمين (T)، الغوانين (G) والسيتوزين (C).
ترتبط النيوكليوتيدات مع بعضها لتشكّل خيطين طويلين يلتفان حول بعضهما البعض لتنتج بنية حلزونية الشكل مزدوجة (الحلزون المزدوج)، والتي يمكن تشبيهها بالدّرج، حيث تجتمع جزيئات الفوسفات والسكر على الجانبين، في حين أن القواعد النيتروجينية ستكون الدرجات، ترتبط القواعد الآزوتية الموجودة على الخيط الأول مع القواعد على الخيط الثاني حيث تقترن أزواج الأدينين مع التايمين، وأزواج الجوانين مع السيتوزين.
جزيئات الحمض النووي (DNA) طويلة لتوضع ضمن الخلايا بدون غلافٍ، ولذلك يتم لفّ الحمض النووي DNA بإحكامٍ حول بروتينات تسمى الهستونات (Histones) لتشكيل هياكل نسميها الكروموسومات..
مم يتكوّن الكروموسوم
الكروموسومات هياكل خيطية تحافظ على الحمض النووي داخل النواة، ولكل كروموسومٍ قطعة مركزية أو سنترومير (Centromere). يقسم الكروموسوم إلى قسمين الذراع القصير (p)، والذراع الطويل (q)، ويقع السنترومير عند نقطة انقباض الخلية والتي قد توجد أو لا توجد في مركز الكروموسوم.
يوجد في نهاية كل كروموسوم قُسَيم طرفي أو تيلومير (Telomere)، وهو عبارةٌ عن تسلسلٍ من النوكليوتيدات المتكررة (تسلسل TTAGGG مكرر إلى حوالي 15000 زوج أساسي في الفقاريات)، وتؤدي دورًا حيويًّا في تثبيط اندماج الكروموسومات وإعادة تركيبها كما تشارك أيضًا في تنظيم الكروموسوم داخل النواة. تترتب الجينات على الكروموسومات، وتتكون من DNA، والذي يحتوي على تعليماتٍ لبناء البروتينات، وهي جزءٌ لا يتجزأ من صناعة الجسم البشري والحفاظ عليه.
الكروموسوم
الكرموسومات عند الإنسان
عند الإنسان، يترتب 46 كروموسوم في 23 زوجًا، منها 22 زوجًا من الكروموسومات وتسمى الجسيمات الجسدية أو الذاتية (Autosomes)، والتي يتم وسمها بالأرقام من 1-22، يتكون كل زوجٍ من الكروموسومات من كروموسومٍ واحدٍ موروث من الأم والآخر من الأب.
بالإضافة إلى زوجٍ واحدٍ من الكروموسومات الجنسية أو تُسمى الصبغي الجنسي (Allosome)، يوسم هذا الزوج بأحرف مثل XX وXY. لدى الإناث نسختان من الكروموسوم X (أحدهما موروث من الأم والآخر من الأب)، ولدى الذكور نسخة واحدة من الكروموسوم X (الموروث من الأم) ونسخة واحدة من الكروموسوم Y (الموروث من الأب).
وظيفة الكروموسومات
يحافظ الهيكل الفريد للكروموسومات على التفاف الحمض النووي بإحكامٍ حول بروتينات تشبه البكرة (الهستونات)، فبدون الكرموسومات، ستكون جزيئات الحمض النووي طويلةً جدًا لتتوضع داخل الخلايا، إذا تم بسط جميع جزيئات الحمض النووي المتواجدة في خليةٍ بشريةٍ، والملتفة حول هيستوناتها، ووضعها من طرفٍ إلى طرفٍ، سيكون طولها حوالي ستة أقدامٍ.
لكي ينمو الكائن الحي ويعمل جسمه بالشكل الصحيح؛ يجب أن تنقسم الخلايا باستمرارٍ لإنتاج خلايا جديدة لتحل محل الخلايا القديمة البالية. أثناء عملية الانقسام يجب أن يبقى الحمض النووي سليمًا ويحافظ على توزعه بالتساوي بين الخلايا، وهنا يأتي دور الكروموسومات، حيث تمثل جزءًا أساسيًّا من العملية التي تضمن نسخ الحمض النووي بدقةٍ وتوزيعه في الغالبية العظمى من أقسام الخلايا، لكن إذا حدثت بعض الأخطاء، كالتغييرات في عدد أو تركيب الكروموسومات في الخلايا الجديدة مثلًا، فتؤدي إلى مشاكلَ خطيرةٍ، كالإصابة بأحد أنواع سرطانات الدم أو بعض أنواع السرطان الأخرى التي تحدث بسبب الكروموسومات المعيبة المكونة من قطعٍ متصلةٍ من الكروموسومات المكسورة.
من المهم أيضًا أن تحتوي الخلايا التناسلية (البويضات والحيوانات المنوية)، على العدد الصحيح من الكروموسومات، وأن تكون ذات بنيةٍ صحيحةٍ وسليمة، في حال عدم حدوث ذلك فقد يفشل النسل الناتج في التطور بشكلٍ صحيحٍ.
التفاف الحمض النووي حول الهستونات
كيف يدرس العلماء الكروموسومات
يدرس العلماء الكروموسومات من خلال النظر إليها تحت المجهر، ولتطبيق ذلك لا بد من تلوينها بموادٍ كيميائيةٍ، تبدو الكروموسومات عند صبغها كخيوطٍ مع عُصاباتٍ فاتحةٍ ومظلمةٍ، ومن ثمَّ التقاط صورتها. يشير مصطلح علم النواة الخلوية (Karyotype)، إلى تقنيةٍ مخبريةٍ تنتج صورة لكروموسومات الإنسان، مما يساعد في تحديد الشذوذ في بنية أو عدد الكروموسومات.
تم تطوير تقنيات أحدث سمحت للعلماء والأطباء بالكشف عن تشوهات الكروموسومات دون استخدام المجهر، تقارن هذه التقنيات الحمض النووي المريض بعينة الحمض النووي السليم، يمكن استخدام هذه المقارنة للعثور على تشوهات الكروموسومات حيث تختلف العينات عن بعضها.
تسمى إحدى هذه الطرق اختبار ما قبل الولادة غير الباضع (Noninvasive Prenatal Testing)، وتُستخدم لتحديد ما إذا كان الطفل لديه فرصة متزايدة للإصابة باضطرابات كروموسومية معينة حيث يفحص الاختبار الحمض النووي للطفل في دم الأم.
تشوهات الكرموسومات
هناك أنواعٌ عديدةٌ من تشوهات الكروموسوم، يمكن تقسيمها في مجموعتين أساسيتين:
- التشوهات العددية:
- أحادي الصبغي (Monosomy): عندما يفقد الفرد أحد الكروموسومات من الزوج، ومثال على ذلك متلازمة تيرنر (Turner)، حيث تولد الأنثى مع كروموسومٍ جنسيٍّ واحد X، ونتيجة لذلك تكون أقصر من المتوسط وغير قادرةٍ على الإنجاب مع صعوباتٍ أخرى.
- التثلّث الصبغي (Trisomy): عندما يكون لدى الفرد أكثر من كروموسومين بدلًا من زوجٍ، وكمثالٍ عليها متلازمة داون (Down)، حيث يمتلك الفرد المصاب ثلاث نسخٍ من الكروموسوم 21 بدلًا من نسختين، ولذلك تُعرف أيضًا باسم (Trisomy 21). يعاني المصاب بهذه المتلازمة من التخلف العقلي، صعوبات التعلم، ومظهر الوجه المميز وضعف العضلات في مرحلة الطفولة.
- التشوهات الهيكلية: يمكن أن تتغيَر بنية الكروموسوم بعدة طرقٍ:
- النقص أو عملية الحذف: في حال حدوث فقد بجزءٍ من الكروموسوم.
- التضاعف: في حال حدوث تكرار بجزءٍ من الكروموسوم، مما ينتج عنه مواد جينية إضافية.
- الانتقال: في حال حدوث نقل جزء من الكروموسوم إلى كروموسومٍ آخر، وهناك نوعان رئيسان من الانتقال وهما:
- الانتقال الكروموسومي المتبادل (Reciprocal Translocation): عندما يتم تبادل أجزاءَ من كروموسومين مختلفين.
- الإزفاء الروبرتسوني (Robertsonian Translocation): عندما يتم ربط كروموسوم كامل بالقطعة المركزية من كروموسومٍ آخر.
- الانقلاب: في حال حدوث كسرٍ بجزءٍ من الكروموسوم وانقلابه ثم إعادة ربطه، وبذلك يتم عكس المادة الوراثية.
- التكوين الحلقي: في حال حدوث كسر بجزءٍ من الكروموسوم ومن ثمّ تشكيله بشكل دائرةٍ أو حلقةٍ، قد يترافق ذلك مع أو بدون فقد المواد الجينية..
تحديد موقع الجين على الكروموسوم
يتم تحيد موقع الجين على الكروموسومات بتحديد الموقع الوراثي الخلوي (Cytogenetic location)، وهي طريقةٌ موحدةٌ لوصف موقع الجين على الكروموسوم، عبر مزيجٍ من الأرقام والحروف، وتضم ثلاثة مكوناتٍ:
- رقم أو حرف الكروموسوم (1-23 / X أو Y).
- ذراع الكروموسوم (p أو q).
- موضع الجين على الذراع (العصابات الخلوية): يعتمد على الحزم الفاتحة والداكنة التي تظهر على الكروموسوم عند تلوينها، ويتم التعبير عنها برقمٍ من رتبتين (تمثل رتبة منهما المنطقة وتمثل الأخرى النطاق)، قد تتبع الرتبة بفاصلةٍ عشريةٍ، ورقمٍ واحدٍ أو أكثر (يمثلون نطاقات فرعية داخل منطقةٍ فاتحةٍ أو مظلمة)، كما تمثل هذه الأرقام المسافة عن القطعة المركزية (زيادة القيمة الرقمية تشير إلى مسافةٍ أبعد من المركز).centromere)..
كمثال لأحد أنواع الجينات، لدينا موقع الكروموسومات (21q14)، ووصف الموقع يكون كالتالي:
- الكروموسوم: 21.
- موقع الصبغي: 14.
- الذراع: q .
يتم استخدام الاختصارات "cen" و"ter" و"tel" أيضًا لوصف موقع الجينات. يشير "Cen" إلى أن الجين قريبٌ جدًا من المركز، أما الاثنتين الآخرتين فتشير كلٍ منهما إلى مدى قرب الجينات من نهاية الذراع p أو q. أمثلة:
- يشير p cen16 إلى الذراع القصيرة p للكروموسوم 16 بالقرب من المركز.
- يشير q ter14 إلى طرف الذراع الطويلة q للكروموسوم 14. (يُستخدَم أيضًا "Tel" لوصف موقع الجين ويدل على التيلوميرات الموجودة في نهايات كل كروموسومٍ، كما قلنا؛ تشير الاختصارات "tel " و"ter " إلى نفس الموقع)..