Sitogenetik

Tanım ve Kapsam

Sitogenetik, kromozomların sayı, yapı, morfoloji, hücresel davranış ve kalıtım özelliklerini inceleyen genetik bilim dalıdır. Klasik sitogenetik; kromozomların mikroskobik olarak görüntülenmesi, bantlanması ve karyotip hâlinde düzenlenmesine dayanır. Moleküler sitogenetik ise floresan problar, kromozomal mikrodiziler ve genomik yöntemler aracılığıyla daha küçük kromozomal değişikliklerin araştırılmasını kapsar.

Sitogenetik analizler başlıca şu değişiklikleri değerlendirmek amacıyla kullanılır:

• Kromozom sayısındaki artış veya azalmalar
• Kromozom bölgesi delesyonları
• Duplikasyonlar
• İnversiyonlar
• Resiprokal ve Robertson tipi translokasyonlar
• Halka kromozomlar
• İzokromozomlar
• Marker kromozomlar
• Kromozomal mozaiklik
• Gen amplifikasyonları
• Füzyon genleriyle ilişkili yeniden düzenlenmeler
• Submikroskobik kopya sayısı değişiklikleri

İnsan somatik hücrelerinin çoğunda 22 çift otozom ve bir çift eşey kromozomu olmak üzere toplam 46 kromozom bulunur. Normal kadın karyotipi 46,XX, normal erkek karyotipi ise 46,XY şeklinde gösterilir. Gametlerde kromozom sayısı haploiddir ve 23 kromozom bulunur.

Sitogenetik analizler prenatal tanı, tekrarlayan gebelik kaybı, infertilite, konjenital anomaliler, gelişimsel gecikme, nörogelişimsel bozukluklar, hematolojik maligniteler ve solid tümörlerin değerlendirilmesinde kullanılmaktadır. Bununla birlikte her sitogenetik yöntem farklı çözünürlük ve kapsam özelliklerine sahiptir. Bu nedenle yöntem seçimi klinik ön tanı ve araştırılan değişikliğin türüne göre yapılmalıdır.

Temel Kavramlar

Kromozom, DNA’nın histonlar ve diğer kromatin proteinleriyle birlikte yoğunlaşmış hâlidir. Kromozomlar genetik bilginin hücre bölünmesi sırasında düzenli biçimde dağıtılmasını sağlar.

Karyotip, bir hücre veya bireyde bulunan kromozomların sayı ve yapısal özelliklerinin bütünüdür. Karyotip aynı zamanda kromozomların büyüklük, sentromer konumu ve bant örüntüsüne göre düzenlenmiş görüntüsünü ifade eder.

Karyogram, metafaz kromozomlarının homolog çiftler hâlinde sıralandığı görsel düzenlemedir.

İdiyogram, kromozomların bant örüntülerini şematik olarak gösteren çizimdir.

Sentromer, kardeş kromatidlerin birbirine bağlandığı ve kinetokorun kurulduğu kromozom bölgesidir. Sentromer kromozomu kısa p kolu ve uzun q kolu olmak üzere iki ana bölüme ayırır.

Telomer, doğrusal kromozomların uçlarını koruyan tekrarlayıcı DNA-protein yapısıdır. Telomerler kromozom uçlarının DNA kırığı olarak algılanmasını ve birbirleriyle birleşmesini önler.

Kardeş kromatid, DNA replikasyonu sonucunda oluşan ve sentromer bölgesinde birbirine bağlı bulunan özdeş DNA kopyalarından biridir.

Homolog kromozom, aynı gen lokuslarını taşıyan, biri anneden diğeri babadan gelen kromozom çiftlerinden her biridir.

Bant, kromozomların özel boyama yöntemleriyle oluşturulan açık ve koyu bölgeleridir. Bant örüntüsü kromozomların tanımlanmasını ve yapısal bozuklukların yerinin belirlenmesini sağlar.

Mozaiklik, aynı bireyde farklı kromozom sayı veya yapısına sahip iki ya da daha fazla hücre hattının bulunmasıdır.

Klon, aynı kromozomal değişikliği taşıyan ortak kökenli hücre topluluğudur. Bu kavram özellikle kanser sitogenetiğinde önemlidir.

Konstitüsyonel değişiklik, döllenmiş yumurtadan itibaren bulunan veya erken gelişim sırasında oluşan ve bireyin çok sayıda dokusunda saptanabilen kromozomal değişikliktir.

Edinilmiş değişiklik, yaşam sırasında belirli bir somatik hücrede oluşan ve başlıca tümör hücreleri gibi sınırlı bir hücre klonunda bulunan değişikliktir.

Moleküler Yapı ve Bileşenler

Kromozomların temel moleküler bileşeni çift zincirli DNA’dır. DNA, histon proteinlerinin çevresine sarılarak nükleozomları oluşturur. Nükleozomlar daha üst düzey kromatin yapıları hâlinde düzenlenir ve hücre bölünmesi sırasında yoğunlaşarak mikroskopla görülebilen metafaz kromozomlarına dönüşür.

DNA çift sarmalı → Nükleozom → Kromatin lifleri → Kromatin döngüleri → Yoğunlaşmış kromatid → Metafaz kromozomu

Bir metafaz kromozomunun temel bölümleri şunlardır:

• İki kardeş kromatid
• Sentromer
• Kinetokor
• Kısa p kolu
• Uzun q kolu
• Telomerler
• Özgül bant bölgeleri
• Bazı kromozomlarda ikincil boğum ve satellit bölgeleri

İnsan kromozomları sentromer konumlarına göre metasentrik, submetasentrik ve akrosentrik olarak sınıflandırılabilir. İnsanlarda 13, 14, 15, 21 ve 22 numaralı kromozomlar akrosentriktir. Bu kromozomların kısa kollarında ribozomal RNA gen kümeleri ve satellit bölgeleri bulunur.

Sentromerik kromatin, histon H3 yerine CENP-A adlı özel histon varyantını içerir. CENP-A ve diğer sentromer proteinleri kinetokorun kurulmasına zemin hazırlar. Kinetokor, mikrotübüllerin kromozoma bağlanmasını sağlayan çok proteinli yapıdır.

Telomerik DNA, insanda çok sayıda TTAGGG tekrarından oluşur. Telomer tekrarlarına shelterin kompleksi bağlanır. Bu protein kompleksi kromozom uçlarını DNA kırığı yanıtından korur ve telomer uzunluğunun düzenlenmesine katkıda bulunur.

Kromozomların yoğunlaşmasında kohezin, kondensin ve topoizomeraz II gibi proteinler görev yapar. Kohezin kardeş kromatidleri bir arada tutarken kondensin kromozomların eksenel olarak sıkıştırılmasını ve düzenli biçimde yoğunlaşmasını destekler.

Biyokimyasal / Moleküler Mekanizma

Sitogenetik açıdan kromozomların görünür hâle gelmesi, DNA replikasyonu, kromatin yoğunlaşması, sentromer işlevi ve mitotik kromozom ayrılmasıyla ilişkilidir.

Kromozomların oluşumu ve yoğunlaşması

İnterfaz sırasında kromatin görece gevşek durumdadır ve gen ekspresyonuna izin verir. Hücre mitoz evresine girdiğinde siklin bağımlı kinazlar, kondensin kompleksleri ve topoizomeraz II aracılığıyla kromozom yoğunlaşması başlar.

İnterfaz kromatini → Kondensin aktivasyonu → Kromatin döngülerinin sıkıştırılması → Kardeş kromatidlerin belirginleşmesi → Metafaz kromozomu

Metafazda kromozomlar en yüksek yoğunlaşma düzeyine ulaştığı için klasik karyotipleme çoğunlukla bu evredeki hücrelerle gerçekleştirilir.

Kromozomların iğ ipliklerine bağlanması

Kinetokor mikrotübülleri kromozomların sentromer bölgesindeki kinetokorlara bağlanır. Her kardeş kromatid karşıt kutuplardan gelen mikrotübüllere bağlanmalıdır. Bu çift yönlü bağlanma kromozomların metafaz plağında hizalanmasını sağlar.

Kinetokor oluşumu → Mikrotübül bağlanması → Karşıt kutuplardan gerilim → Metafaz hizalanması

İğ kontrol noktası, bütün kromozomların uygun biçimde bağlanıp bağlanmadığını denetler. Bağlanmamış veya hatalı bağlanmış kinetokorlar bulunduğunda anafaz başlangıcı geciktirilir.

Kardeş kromatidlerin ayrılması

Bütün kromozomlar doğru biçimde bağlandığında anafazı teşvik eden kompleks etkinleşir. Securin proteini yıkılır ve separaz serbestleşir. Separaz kohezin kompleksini keserek kardeş kromatidlerin ayrılmasını sağlar.

Doğru kinetokor bağlanması → APC/C aktivasyonu → Securin yıkımı → Separaz aktivasyonu → Kohezin kesilmesi → Kardeş kromatidlerin ayrılması

Bu süreçteki bozukluklar kromozomların eşit olmayan biçimde dağılmasına ve anöploidi oluşmasına neden olabilir.

Klasik sitogenetik analiz iş akışı

Klasik karyotipleme için bölünebilen hücrelere gereksinim vardır. Periferik kan lenfositleri kendiliğinden bölünmediğinden kültüre fitohemaglutinin gibi mitojenler eklenerek hücre döngüsüne girmeleri sağlanır.

Örnek alımı → Hücre kültürü → Mitojenle uyarım → Metafazda durdurma → Hipotonik işlem → Fiksasyon → Lam üzerine yayma → Bantlama → Mikroskobik analiz

Metafazda durdurma amacıyla kolşisin veya kolsemid benzeri mikrotübül inhibitörleri kullanılır. Bu maddeler mitotik iğ oluşumunu bozarak hücrelerin metafazda birikmesini sağlar.

Hipotonik potasyum klorür çözeltisi hücrelerin şişmesini ve kromozomların birbirinden ayrılmasını kolaylaştırır. Hücreler daha sonra çoğunlukla metanol ve asetik asit içeren fiksatifle sabitlenir. Hazırlanan hücre süspansiyonu lam üzerine damlatılır ve kromozomlar bantlama işlemine alınır.

G-bantlama

G-bantlama, kromozomların tripsinle kısmi olarak sindirilmesi ve Giemsa boyasıyla boyanmasına dayanır. Her kromozom kendine özgü açık ve koyu bant örüntüsü gösterir.

Metafaz kromozomu → Tripsin işlemi → Giemsa boyama → Özgül G-bant örüntüsü

Koyu G-bantları çoğunlukla adenin-timin bakımından zengin, geç replike olan ve gen yoğunluğu görece düşük bölgelerle ilişkilidir. Açık bantlar ise genellikle guanin-sitozin bakımından daha zengin, erken replike olan ve daha fazla gen içeren kromatin bölgelerini temsil eder.

Floresan in situ hibridizasyon

FISH yönteminde belirli bir DNA dizisine tamamlayıcı floresan işaretli prob kullanılır.

Örnek DNA’nın denatürasyonu → Floresan probun eklenmesi → Hibridizasyon → Yıkama → Floresan mikroskobik değerlendirme

FISH probları şu amaçlarla kullanılabilir:

• Kromozom sayısının değerlendirilmesi
• Belirli delesyonların araştırılması
• Gen amplifikasyonlarının gösterilmesi
• Translokasyon veya füzyon genlerinin saptanması
• Marker kromozomların kökeninin belirlenmesi
• İnterfaz hücrelerinde hızlı hedef analizi

Kromozomal mikrodizi analizi

Kromozomal mikrodizi, hasta DNA’sının genom boyunca çok sayıda probla karşılaştırılması esasına dayanır. Array-CGH temelli sistemlerde hasta ve referans DNA’sının floresan sinyal oranı değerlendirilir.

Hasta DNA’sı + Referans DNA → Floresan işaretleme → Mikrodiziye hibridizasyon → Sinyal oranı → Delesyon veya duplikasyon analizi

SNP tabanlı mikrodiziler kopya sayısının yanı sıra uzun homozigotluk bölgeleri, olası akrabalık ve bazı uniparental dizomi örüntüleri hakkında da bilgi sağlayabilir.

Metabolizma / Fizyoloji

Sitogenetik doğrudan bir metabolik yolak değildir. Bununla birlikte kromozomların sentezi, paketlenmesi, ayrılması ve korunması hücresel enerji metabolizmasıyla yakından ilişkilidir.

DNA replikasyonu için deoksiribonükleotidler gereklidir:

Ribonükleotidler → Ribonükleotid redüktaz → Deoksiribonükleotidler → DNA sentezi

Pürin ve pirimidin sentezinde folat türevleri, amino asitler, riboz-5-fosfat ve ATP kullanılır. Nükleotid yetersizliği veya dengesizliği replikasyon stresine, kırılgan kromozom bölgelerine ve DNA kırıklarına katkıda bulunabilir.

Kromozom yoğunlaşması ve ayrılması enerji gerektirir. Kondensin, kohezin düzenleyicileri, kromatin yeniden düzenleyici kompleksler ve motor proteinler ATP kullanır. Mikrotübül dinamiği ise GTP bağlı tübülin moleküllerinin polimerizasyonu ve depolimerizasyonuna dayanır.

Tübülin-GTP → Mikrotübül polimerizasyonu → Kinetokor bağlantısı → Kromozom hareketi

Telomeraz, kromozom uçlarına yeni telomer tekrarları eklemek için kendi RNA kalıbını kullanan ters transkriptaz özellikli bir ribonükleoproteindir:

Telomer ucu + Telomeraz RNA kalıbı → Yeni TTAGGG tekrarları

Çoğu somatik hücrede telomeraz etkinliği düşüktür. Germ hücreleri, bazı kök hücreler ve birçok tümör hücresinde telomeraz etkinliği daha yüksek olabilir.

Kromozomal değişikliklerin fizyolojik sonucu çoğunlukla gen dozajının değişmesiyle ortaya çıkar:

Delesyon → Gen kopya sayısında azalma → RNA ve protein miktarında azalma

Duplikasyon veya trizomi → Gen kopya sayısında artış → RNA ve protein miktarında artış

Gen dozajı değişiklikleri metabolik enzimler, reseptörler, transkripsiyon faktörleri ve yapısal proteinler üzerinden çoklu organ sistemlerini etkileyebilir.

Düzenlenme Mekanizmaları

Kromozomların doğru sayı ve yapıda korunması DNA replikasyonu, kromozom yoğunlaşması, iğ kontrol noktası, DNA onarımı ve hücre döngüsü kontrol mekanizmalarıyla sağlanır.

İğ kontrol noktası

İğ kontrol noktası, kinetokorların mikrotübüllere doğru biçimde bağlanmasını denetler. Bağlanmamış kinetokorlarda MAD2, BUB1 ve BUBR1 gibi proteinler anafazı teşvik eden kompleksin etkinleşmesini engeller.

Bağlanmamış kinetokor → MAD/BUB sinyali → APC/C inhibisyonu → Anafazın gecikmesi

Bütün kromozomlar doğru biçimde bağlandığında kontrol sinyali ortadan kalkar ve kardeş kromatidlerin ayrılmasına izin verilir.

Sentromer ve kohezin düzenlenmesi

Kohezin kompleksleri DNA replikasyonu sonrasında kardeş kromatidleri bir arada tutar. Mitozun erken evrelerinde kromozom kollarındaki kohezinlerin önemli bölümü uzaklaştırılır; sentromerik kohezin ise shugoshin ve protein fosfataz 2A tarafından korunur.

Anafaz başlangıcında separaz sentromerik kohezinleri keser ve kardeş kromatidler ayrılır. Bu zamanlama bozulursa erken ayrılma veya kromozomların ayrılamaması görülebilir.

DNA hasarı yanıtı

Kromozom kırıkları ATM ve ATR gibi protein kinazlar tarafından algılanır. Hücre döngüsü geçici olarak durdurulur ve DNA onarım mekanizmaları etkinleştirilir.

DNA hasarı → ATM/ATR → CHK1/CHK2 → Hücre döngüsünün durması → DNA onarımı

Hasarın onarılamaması durumunda p53 aracılı apoptoz veya hücresel yaşlanma gelişebilir. Bu mekanizmaların yetersizliği kırık kromozomların ve genomik instabilitenin birikmesine neden olabilir.

Kromozom uçlarının korunması

Shelterin kompleksi telomer uçlarını DNA kırığı yanıtından korur. Telomerler kritik düzeyde kısaldığında kromozom uçları birbirleriyle birleşebilir.

Telomer kısalması → Uçların korunamaması → Kromozom birleşmesi → Kırılma-birleşme-köprü döngüsü → Genomik instabilite

X kromozomu inaktivasyonu

İki X kromozomu taşıyan somatik hücrelerde X kromozomlarından biri büyük ölçüde inaktive edilir. XIST adlı uzun kodlamayan RNA, inaktive edilecek X kromozomunu kaplayarak baskılayıcı kromatin oluşumuna katkıda bulunur. Bu mekanizma X’e bağlı gen dozajının dengelenmesini sağlar.

Görev Alan Enzimler, Proteinler ve Kofaktörler

Kromozomların korunmasında ATP ve GTP temel enerji kaynaklarıdır. DNA replikasyonu ve onarımında magnezyum iyonları, nükleotidler ve folat metabolizması ürünleri gereklidir.

Doku, Organ ve Hücresel Dağılım

Kromozomlar çekirdekli insan hücrelerinin büyük bölümünde bulunur. Bununla birlikte klasik sitogenetik analiz için hücrelerin bölünebilmesi veya kültürde bölünmeye uyarılabilmesi gerekir.

Başlıca sitogenetik örnek türleri şunlardır:

• Periferik kan lenfositleri
• Kemik iliği aspirasyonu
• Amniyotik sıvı hücreleri
• Koryon villus hücreleri
• Göbek kordonu kanı
• Düşük materyali ve plasental doku
• Deri fibroblastları
• Solid tümör dokuları
• Lenf düğümü örnekleri
• Gonadal dokular

Periferik kan lenfositleri konstitüsyonel karyotip analizinde sık kullanılır. Lenfositler mitojenle uyarılarak bölünmeye yönlendirilir. Kemik iliği örneklerinde hematopoietik hücreler çoğunlukla kendiliğinden bölündüğü için özellikle lösemi ve miyelodisplastik sendromların değerlendirilmesinde kullanılır.

Prenatal sitogenetik analizlerde amniyotik sıvı, koryon villusu veya fetal kan kullanılabilir. Koryon villus örneklerinde plasentaya sınırlı mozaiklik görülebileceği için bazı sonuçların amniyotik sıvı gibi başka bir örnekle doğrulanması gerekebilir.

Olgun eritrositler çekirdek taşımadığı için kromozom analizi yapılamaz. Trombositler de çekirdeksizdir. Buna karşılık eritroid ve megakaryosit öncülleri kemik iliğinde kromozomal olarak incelenebilir.

Kromozomal mozaiklik dokular arasında farklı oranlarda bulunabilir. Periferik kanda saptanmayan bir mozaik değişiklik deri fibroblastı, bukkal epitel veya ilgili hastalıklı dokuda bulunabilir. Bu nedenle klinik şüphe yüksekse uygun doku seçimi önemlidir.

Biyolojik Fonksiyonlar

Kromozomların temel biyolojik işlevleri şunlardır:

• Genetik bilginin paketlenmesi
• DNA’nın çekirdek içinde düzenlenmesi
• Genlerin yapısal bütünlüğünün korunması
• DNA replikasyonunun düzenli biçimde yürütülmesi
• Kardeş kromatidlerin oluşturulması
• Genetik bilginin yavru hücrelere eşit dağıtılması
• Mayoz sırasında homolog kromozomların ayrılması
• Rekombinasyonla genetik çeşitliliğin artırılması
• Telomerler aracılığıyla kromozom uçlarının korunması
• Sentromer ve kinetokor aracılığıyla kromozom hareketinin sağlanması
• Gen dozajının korunması
• Üç boyutlu genom organizasyonunun sürdürülmesi
• Hücreye özgü gen ekspresyonunun düzenlenmesi

Kromozom yapısının bozulması yalnızca gen kaybı veya kazancı oluşturmaz. Bir genin düzenleyici bölgesinden ayrılması, başka bir promotörün yakınına taşınması veya farklı bir genle birleşmesi de hastalık oluşturabilir.

Klinik ve Patofizyolojik Önemi

Sitogenetik analizler kromozom bozukluklarının tanısı, prognozu ve bazı hastalıklarda tedavi seçimi açısından önemlidir. Kromozom bozuklukları konstitüsyonel veya edinilmiş olabilir.

Karyotipleme

Karyotipleme, bütün kromozomları aynı anda değerlendirir ve şu bozuklukları gösterebilir:

• Anöploidiler
• Poliploidiler
• Büyük delesyon ve duplikasyonlar
• Dengeli ve dengesiz translokasyonlar
• Büyük inversiyonlar
• Halka ve marker kromozomlar
• Kromozomal mozaiklik

Karyotipleme bölünen hücre gerektirir ve küçük genom değişikliklerini saptama gücü sınırlıdır.

FISH

FISH hedefe yönelik bir yöntemdir. Belirli bir kromozom, gen veya yeniden düzenlenme araştırıldığında hızlı ve duyarlı sonuç sağlayabilir. İnterfaz hücrelerinde de uygulanabildiği için hücre kültürünün başarısız olduğu bazı örneklerde kullanılabilir.

Başlıca FISH prob türleri şunlardır:

• Sentromerik problar
• Lokus özgül problar
• Kromozom boyama probları
• Füzyon probları
• Ayrılma sinyalli problar
• Telomerik problar

FISH yalnızca probun hedeflediği bölgeyi değerlendirir. Hedef dışındaki genom değişikliklerini göstermez.

Kromozomal mikrodizi

Kromozomal mikrodizi, gelişimsel gecikme, zihinsel yetersizlik, otizm spektrum bozukluğu ve çoklu konjenital anomalilerde submikroskobik delesyon ve duplikasyonların araştırılmasında kullanılabilir.

Mikrodizinin başlıca sınırlılıkları şunlardır:

• Dengeli translokasyon ve inversiyonları çoğunlukla göstermez.
• Bazı düşük düzeyli mozaiklikleri saptamayabilir.
• Tek nükleotid varyantlarını göstermez.
• Klinik anlamı belirsiz kopya sayısı değişiklikleri saptayabilir.
• Tetraploidi gibi bazı dengeli genom seti değişiklikleri platforma göre gözden kaçabilir.

Kanser sitogenetiği

Hematolojik malignitelerde kromozomal değişiklikler tanı, hastalık sınıflandırması, prognoz ve tedavi seçimi açısından önem taşıyabilir.

Eksiklik, Fazlalık ve Bozukluk Durumları

Monozomi, belirli bir kromozom çiftinin bir üyesinin kaybıdır:

2n − 1

Tam otozomal monozomilerin çoğu embriyonik yaşamla bağdaşmaz. Canlı doğumla uyumlu en iyi bilinen tam monozomi örneği 45,X karyotipidir.

Trizomi, belirli bir kromozomun üç kopya hâlinde bulunmasıdır:

2n + 1

Trizomi çoğunlukla mayotik ayrılmama sonucunda oluşur. Trizomi 21, trizomi 18 ve trizomi 13 canlı doğumlarda görülebilen başlıca otozomal trizomilerdir.

Poliploidi, bütün kromozom setinin sayısal olarak artmasıdır. Triploidi 69, tetraploidi 92 kromozomla karakterizedir. Tam poliploidiler çoğunlukla ciddi gelişimsel bozukluklara ve gebelik kaybına neden olur.

Delesyon, kromozom bölgesinin kaybıdır. Fenotip kaybedilen bölgenin büyüklüğüne ve içerdiği doz duyarlı genlere bağlıdır.

Duplikasyon, kromozom bölgesinin fazladan kopyalanmasıdır. Gen ürünlerinin aşırı miktarda üretilmesine ve gelişimsel bozukluklara neden olabilir.

İnversiyon, bir kromozom bölgesinin iki kırık sonrasında ters yönde yeniden yerleşmesidir. Sentromeri içeren inversiyon perisentrik, sentromer dışında kalan inversiyon parasentrik olarak adlandırılır.

Resiprokal translokasyon, homolog olmayan iki kromozom arasında parça değişimidir. Taşıyıcı fenotipik olarak normal olabilir; ancak mayoz sırasında dengesiz gamet oluşturma riski artabilir.

Robertson tipi translokasyon, iki akrosentrik kromozomun uzun kollarının birleşmesiyle oluşur. Taşıyıcılarda kromozom sayısı çoğunlukla 45 olsa da önemli genetik materyal dengeli olabilir.

Halka kromozom, kromozom uçlarında kırık oluşması ve uçların halka biçiminde birleşmesiyle meydana gelir. Hücre bölünmeleri sırasında kararsızlık ve mozaiklik oluşturabilir.

İzokromozom, bir kromozomun bir kolunun iki kopyasını, diğer kolunun ise kaybını içerir.

Marker kromozom, kökeni rutin bantlama yöntemiyle kesin olarak belirlenemeyen küçük yapısal kromozomdur.

Kromozomal instabilite, hücre bölünmeleri boyunca kromozom sayı ve yapısının sürekli değişme eğilimidir. Kanser hücrelerinde yaygın olarak görülebilir.

İlişkili Hastalıklar ve Klinik Tablolar

Kromozomal bozukluklarda fenotip değişikliğin büyüklüğü, içerdiği genler, mozaiklik oranı, ebeveyn kökeni ve eşlik eden diğer genom değişikliklerine göre farklılık gösterebilir.

Beslenme, İlaç ve Çevresel Faktörlerle İlişki

Beslenme mevcut bir kromozomal bozukluğu ortadan kaldırmaz. Bununla birlikte hücre bölünmesi, DNA sentezi ve kromozom bütünlüğü için yeterli nükleotid, folat, vitamin B12 ve enerji kaynağı gereklidir.

Folat metabolizması timidilat ve pürin sentezinde görev alır:

dUMP + 5,10-Metilen-THF → Timidilat sentaz → dTMP

Folat veya vitamin B12 yetersizliği DNA sentezini yavaşlatabilir, urasilin DNA’ya yanlış katılmasını ve kromozom kırılganlığını artırabilir. Kemik iliğinde megaloblastik değişiklikler ve nükleer olgunlaşma bozuklukları görülebilir.

İyonlaştırıcı radyasyon DNA’da tek ve çift zincir kırıkları oluşturarak delesyon, inversiyon ve translokasyonlara neden olabilir. Ultraviyole ışınları daha çok nokta mutasyonlarıyla ilişkili olsa da yüksek hasar düzeylerinde kromozomal kırılma ve hücre ölümüne katkıda bulunabilir.

Benzen ve bazı endüstriyel kimyasallar kemik iliği hücrelerinde kromozom kırıkları, anöploidi ve hematolojik malignite riskinde artışla ilişkilidir.

Bazı ilaçlar kromozom bölünmesini veya DNA bütünlüğünü etkiler:

Kemoterapi ve radyoterapi tümör hücrelerini hedeflerken normal hematopoietik hücrelerde de kromozomal hasar oluşturabilir. Uzun dönemde tedaviyle ilişkili miyelodisplastik sendrom veya lösemi riski kullanılan tedavi, toplam doz ve bireysel yatkınlığa göre değişebilir.

Kısaltmalar ve Açılımları

DNA: Deoksiribonükleik Asit. Kromozomların temel genetik materyalidir.

RNA: Ribonükleik Asit. Gen ekspresyonu ve protein sentezinde görev alan nükleik asittir.

ISCN: International System for Human Cytogenomic Nomenclature – İnsan Sitogenomik Adlandırması için Uluslararası Sistem. Kromozom ve sitogenomik bulguların standart biçimde yazılmasını sağlar.

FISH: Fluorescence In Situ Hybridization – Floresan İn Situ Hibridizasyon. Belirli DNA bölgelerini floresan işaretli problarla gösteren yöntemdir.

CMA: Chromosomal Microarray Analysis – Kromozomal Mikrodizi Analizi. Genom genelindeki kopya sayısı değişikliklerini yüksek çözünürlükle araştıran yöntemdir.

Array-CGH: Array Comparative Genomic Hybridization – Mikrodizi Karşılaştırmalı Genomik Hibridizasyon. Hasta ve referans DNA sinyallerini karşılaştırarak delesyon ve duplikasyonları gösterir.

SNP: Single-Nucleotide Polymorphism – Tek Nükleotid Polimorfizmi. Popülasyonda görece yaygın bulunan tek bazlık DNA farklılığıdır.

CNV: Copy-Number Variation – Kopya Sayısı Varyasyonu. Bir DNA bölgesinin normalden daha az veya daha fazla kopya hâlinde bulunmasıdır.

SKY: Spectral Karyotyping – Spektral Karyotipleme. Her kromozom çiftini farklı spektral renklerle gösteren moleküler sitogenetik yöntemdir.

M-FISH: Multiplex Fluorescence In Situ Hybridization – Çoklu Floresan İn Situ Hibridizasyon. Bütün kromozomların farklı floresan kombinasyonlarla boyanmasını sağlar.

CGH: Comparative Genomic Hybridization – Karşılaştırmalı Genomik Hibridizasyon. Hasta ve referans genomları arasındaki kopya sayısı farklılıklarını araştırır.

PHA: Phytohemagglutinin – Fitohemaglutinin. Periferik kan lenfositlerini hücre bölünmesine uyarmak için kullanılan mitojendir.

APC/C: Anaphase-Promoting Complex/Cyclosome – Anafazı Teşvik Eden Kompleks. Securin ve mitotik siklinlerin yıkımını başlatarak anafaza geçişi sağlar.

CENP: Centromere Protein – Sentromer Proteini. Sentromer ve kinetokor yapısında görev alan protein ailesidir.

ATM: Ataxia Telangiectasia Mutated. Çift zincirli DNA kırığı yanıtında görev alan protein kinazdır.

ATR: Ataxia Telangiectasia and Rad3-Related. Replikasyon stresi ve tek zincirli DNA birikimine yanıt veren kinazdır.

BCR::ABL1: BCR ve ABL1 genlerinin birleşmesiyle oluşan füzyon gendir. Sürekli etkin tirozin kinaz sentezine neden olur.

PML::RARA: PML ve RARA genlerinin birleşmesiyle oluşan füzyon gendir. Akut promiyelositik lösemide hücresel farklılaşmayı bozar.

HER2: Human Epidermal Growth Factor Receptor 2 – İnsan Epidermal Büyüme Faktörü Reseptörü 2. ERBB2 geni tarafından kodlanan ve bazı tümörlerde amplifiye olabilen reseptördür.

Kaynakça

1. Nussbaum, R. L., McInnes, R. R., & Willard, H. F. (2016). Thompson & Thompson genetics in medicine (8th ed.). Elsevier.
2. Strachan, T., & Read, A. P. (2018). Human molecular genetics (5th ed.). Garland Science.
3. Gardner, R. J. M., Sutherland, G. R., & Shaffer, L. G. (2011). Chromosome abnormalities and genetic counseling (4th ed.). Oxford University Press.
4. McGowan-Jordan, J., Hastings, R. J., & Moore, S. (Eds.). (2020). ISCN 2020: An international system for human cytogenomic nomenclature. S. Karger.
5. Heim, S., & Mitelman, F. (2015). Cancer cytogenetics: Chromosomal and molecular genetic aberrations of tumor cells (4th ed.). Wiley-Blackwell.
6. Pinkel, D., Straume, T., & Gray, J. W. (1986). Cytogenetic analysis using quantitative, high-sensitivity, fluorescence hybridization. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 83(9), 2934–2938.
7. Kallioniemi, A., Kallioniemi, O. P., Sudar, D., Rutovitz, D., Gray, J. W., Waldman, F., & Pinkel, D. (1992). Comparative genomic hybridization for molecular cytogenetic analysis of solid tumors. Science, 258(5083), 818–821.
8. Speicher, M. R., Gwyn Ballard, S., & Ward, D. C. (1996). Karyotyping human chromosomes by combinatorial multi-fluor FISH. Nature Genetics, 12(4), 368–375.
9. Miller, D. T., Adam, M. P., Aradhya, S., Biesecker, L. G., Brothman, A. R., Carter, N. P., Church, D. M., Crolla, J. A., Eichler, E. E., Epstein, C. J., Faucett, W. A., Feuk, L., Friedman, J. M., Hamosh, A., Jackson, L., Kaminsky, E. B., Kok, K., Krantz, I. D., Kuhn, R. M., Lee, C., Ostell, J. M., Rosenberg, C., Scherer, S. W., Spinner, N. B., Stavropoulos, D. J., Tepperberg, J. H., Thorland, E. C., Vermeesch, J. R., Waggoner, D. J., Watson, M. S., Martin, C. L., & Ledbetter, D. H. (2010). Consensus statement: Chromosomal microarray is a first-tier clinical diagnostic test for individuals with developmental disabilities or congenital anomalies. American Journal of Human Genetics, 86(5), 749–764.
10. Alberts, B., Heald, R., Johnson, A., Morgan, D., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2022). Molecular biology of the cell (7th ed.). W. W. Norton & Company.