מֵידָע

כיצד נבחרים 23 כרומוזומים בזרע אנושי?

כיצד נבחרים 23 כרומוזומים בזרע אנושי?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

אני לא ביולוג ויש לי רק ידע בסיסי. חשבתי הרבה זמן על השאלה הבאה: כיצד הגוף בוחר אילו 23 כרומוזומים צריכים להיות פעילים בזרע אנושי וביציות נקבות?

תודה מראש שעזרת לי עם זה!

עריכה: כל תא ביצה או זרע מכילים 23 כרומוזומים ואילו לתא רגיל יש 46 כרומוזומים. אז איך זה ש-23 הכרומוזומים הספציפיים האלה הם הנבחרים. האם אוסף אקראי של כרומוזומים נבחר בסוף המיוזה או שהוא יותר ספציפי מזה?


הם אינם נבחרים, הם מייצגים חצי זוגי, מכלול שלם של כרומוזומים.

מכלול גנים של תאים (המצויים בכרומוזומים) נקרא גנום.

תאים סומטיים הם התאים בגופנו שאינם כוללים זרע וביצה. זרע וביצה נקראים תאי קו נבט.

מיליארדי התאים הסומטיים בא הומו סאפיין בעלי אותם 46 כרומוזומים. 23 (חצי) מהם הגיעו מאבא ו-23 מאמא. לפיכך אנו אומרים שלתאים סומטיים יש שני עותקים של כל כרומוזום וזה מקוצר 2n. תאי קו הנבט הם 1n או רק n.

אז לזרע שלך יש 23 כרומוזומים ואחרי זמן סקסי אחד מהם יכול לשלב עם ביצה (שיש לה גם 23) כדי לייצר תא (הנקרא זיגוטה) שיש לו גנום שלם (46). ואז הזיגוטה הזו מתפצלת, ומתפצלת ומתפצלת... ובכל פעם לפני שהיא מתפצלת, את כל 46 כרומוזומים מועתקים (ההעתקים נקראים אחיות, או אחות כרומטידים, בהתאמה זה לזה). התאים מתפצלים לשני תאים חדשים הנקראים תא בת ולכל בת יש גנום שלם. צורה זו של פיצול תאים נקראת מיטוזה.

כנראה האירוע החשוב ביותר במחזור התא הוא שכפול כל דוכן DNA. זה נקרא שלב סינתזה (S). זה אינו מרכיב של מיטוזה! זהו אירוע חובה שקורה לפני המיטוזה. אז כל 46 הכרומוזומים מועתקים ואז במהלך המיטוזה כל עותק (עותק זהה) מחובר זה לזה באזור שנקרא קינטאכור. קינטצ'ור מצרף כרומטידות אחיות (כל אחות היא העתק של אחת מהשנייה).

בתחילת המיטוזה נוצר רשת בתא ואתה יכול לחשוב על החוטים שהופכים את הרשת כשרשראות הזזה שיכולות למשוך דברים ממרכז התא לאחד משני מיקומים היקפיים (קטבים) של התא.

השרשרת כמו רשת נצמדת לקינטאכור והיא קורעת את זוג הכרומוזומים, קורעת את האחיות. כך שאחות אחת הולכת לצד אחד של התא והכרומוזום האחות השני עובר לצד השני של התא. אז עכשיו בצדדים מנוגדים של התא יש לך גנום שלם (שיהפוך לתאי הבת החדשים).

תהליך זהה מתרחש במיוזה (במיוחד במיוזה II) שהיא חלק מהתהליך היוצר את הזרע ואת הביצית. אולם במהלך מיוזה יש הפרדה נוספת (הפרדה של הומולוגים המתרחשת במיוזה I) המתרחשת אך זה ממש לא רלוונטי לשאלתך.


טריזומיה

א טריזומיה הוא סוג של פוליסומיה שבה ישנם שלושה מופעים של כרומוזום מסוים, במקום השניים הנורמליים. [1] טריזומיה היא סוג של aneuploidy (מספר לא תקין של כרומוזומים).

טריזומיה
דוגמה ל- Trisomy 21 שהתגלה באמצעות טנדם קצר של qPCR חזור על כ
תחום התמחותגנטיקה רפואית


ייצור ומשלוח זרע

זכר בוגר מיני מייצר מספר מדהים של זֶרַעובדרך כלל, מאות מיליונים בכל יום! ייצור הזרע נמשך בדרך כלל ללא הפרעה עד המוות, אם כי מספר ואיכות הזרע יורדים במהלך הבגרות המאוחרת.

Spermatogenesis

תהליך ייצור זרע בוגר נקרא זרע. זרע מיוצר ב אבוביות זרעיות של האשכים ולהיות בוגרים ב יותרת האשך. כל התהליך אורך כ -9 עד 10 שבועות.

אם אתה מסתכל בתוך הצינורית הזרעית המוצגת ב דמות להלן, אתה יכול לראות תאים בשלבים שונים של זרע. הצינורית מרופדת ב spermatogonia, שהם תאים דיפלואידים, המייצרים זרע. סביב הסרמטוגוניה נמצאים תאים אחרים. חלק מהתאים האחרים מפרישים חומרים להזנת זרע, וחלק מפרישים טסטוסטרון, הדרוש לייצור זרע.

צינורית זרע. חתך של אשך וצינוריות זרע.

Spermatogonia המצפה את האבובת הזרע עוברת מיטוזה להיווצרות ספרמטוציטים ראשוניים, שגם הם דיפלואידים. ה-spermatocytes הראשוניים עוברים את החלוקה המיוטית הראשונה להיווצרות spermatocytes משני, שהם הפלואידים. Spermatocytes מרכיבים את שכבת התאים הבאה בתוך הצינורית הזרעית. לבסוף, הזרעונים המשניים משלימים מיוזה ליצירה spermatids. Spermatids מהווים שכבה שלישית של תאים באבובית.

התבגרות זרע

לאחר היווצרות הזרעים, הם עוברים לאפידידימיס כדי להתבגר לזרע, כמו זה שמוצג בו דמות לְהַלָן. הזרעים מגדלים זנב ומאבדים עודף ציטופלזמה מהראש. כאשר זרע בוגר, הזנב יכול להסתובב כמו מדחף, כך שהזרע יכול להניע את עצמו קדימה. המיטוכונדריה ביצירת החיבור מייצרת את האנרגיה (ATP) הדרושה לתנועה. ראש הזרע הבוגר מורכב בעיקר מהגרעין, הנושא עותקים של הכרומוזומים האב & רסקו. החלק של הראש שנקרא אקרוסום מייצר אנזימים שעוזרים לראש הזרע לחדור לביצית.

תא זרע בוגר. לתא זרע בוגר יש מספר מבנים שעוזרים לו להגיע ולחדור לביצה. מבנים אלה כוללים את הזנב, המיטוכונדריה והאקרוזום. כיצד כל מבנה תורם לתפקוד הזרע?

הַפלָטָה

זרע משתחרר מהגוף במהלך הַפלָטָה. שפיכה מתרחשת כאשר התכווצויות שרירים מונעות זרע מהאפידידימיס. הזרע נדחף דרך הצינורות ויוצא מהגוף דרך השופכה. כאשר הזרע עובר בצינורות, הם מתערבבים עם נוזלים מהבלוטות ליצירת זרע. מאות מיליוני זרע משתחררים בכל שפיכה.


מיטוזה לעומת מיוזה

האיקריוטים מסוגלים לשני סוגים של חלוקת תאים: מיטוזה ומיוזה

מיטוזיס מאפשר לתאים לייצר עותקים זהים של עצמם, מה שאומר שהחומר הגנטי משוכפל מתאי הבת לתאיו. מיטוזיס מייצר שני תאי בת מתא האב אחד.

אאוקריוטים חד תאיים, כגון אמבה ושמרים, משתמשים במיטוזה כדי להתרבות א-מינית ולהגדיל את אוכלוסייתם. איקריוטים רב תאיים, בדומה לבני אדם, משתמשים במיטוזה כדי לגדל או לרפא רקמות פגועות.

מאיוזה, לעומת זאת, היא צורה מיוחדת של חלוקת תאים המתרחשת באורגניזמים המתרבים מינית. כפי שצוין לעיל, הוא מייצר תאי רבייה, כגון תאי זרע, תאי ביצה ונבגים בצמחים ובפטריות.

בבני אדם, תאים מיוחדים הנקראים תאי נבט עוברים מיוזה ובסופו של דבר מעוררים זרע או ביצים. תאי נבט מכילים קבוצה שלמה של 46 כרומוזומים (23 כרומוזומים אימהיים ו-23 כרומוזומים אב). בסוף המיוזה, לתאי הרבייה המתקבלים, או הגמטות, לכל אחד יש 23 כרומוזומים ייחודיים מבחינה גנטית.

התהליך הכולל של מיוזה מייצר ארבעה תאי בת מתא יחיד יחיד. כל תא בת הוא הפלואידי, מכיוון שיש לו מחצית ממספר הכרומוזומים מאשר תא האב המקורי.

"מיוזה מצמצמת", אמר מ 'אנדרו הויט, ביולוג ופרופסור מאוניברסיטת ג'ונס הופקינס.

שלא כמו במיטוזה, תאי הבת המיוצרים במהלך המיוזה מגוונים מבחינה גנטית. כרומוזומים הומולוגיים מחליפים פיסות DNA ליצירת כרומוזומים היברידיים ייחודיים מבחינה גנטית המיועדים לכל תא בת.


קריוטיפ

זהו סידור הכרומוזומים בירידה בהתאם לגודלם, ולאחר מכן ספר אותם, כדי להקל על סידור וניסוי הכרומוזומים, ניתן לצבוע אותם בצבעים שונים.

אנחנו יכולים לסווג כרומוזומים כשהם בצורה הכי ברורה, כרומוזומים מסווגים לזוגות הומולוגיים (בתאים סומטיים וגונדות) ומסודרים יורד לפי גודלם, ואז הם ממוספרים, זה נקרא קריוטיפ.

קריוטיפ אנושי

הקריוטיפ האנושי:

ישנם 46 (23 זוגות) כרומוזומים בתאים הסומטיים האנושיים, כרומוזומים אלו מסודרים בירידה בזוגות הומולוגיים לפי גודלם ממספר (1) למספר (23), כאשר:

הזוגות מספר (1) עד (22) נקראים אוטוזומים או כרומוזומים סומטיים, מספר הזוגות (23) מייצג את כרומוזומי המין, מכיוון שהוא נושא את המידע הגנטי של קביעת מין.

זוג כרומוזומי המין מאופיין על ידי הדברים הבאים:

הוא אינו כפוף לסידור הכרומוזומים בגודלו מכיוון שהוא מגיע לאחר גודלו של זוג 7, אך הוא מסודר בקצה הכרומוזומים וניתן למספר (23).

הוא הטרוזיגטי (א -סימטרי) בזכר (XY) והומוזיגוט (סימטרי) אצל נקבה (XX). לכן, קריוטיפ של זכר שונה מקריוטיפ של נקבה.

מספר הכרומוזומים

מספר הכרומוזומים באורגניזמים חיים שונה ממין לאחר, אך הוא קבוע אצל פרטים מאותו מין.

קביעות מספר הכרומוזומים באנשים מאותו מין מצביעה על כך שהכרומוזומים נושאים את המידע הגנטי הקובע את דמויות האורגניזם החי.

מספר הכרומוזומים בתאי האורגניזם החי אינו מבטא את התקדמותו או גודלו.

מספר הכרומוזומים בתאי סומטיים ומין של יצורים חיים:
תאים סומטיים

הם מכילים שתי קבוצות של כרומוזומים הומולוגיים (אחד מהם יורש מאבא והשני מאמא), הם תאים דיפלואידים (2n).

הם מיוצרים מחלוקה מיטוטית של גוף התאים, כגון הגרעין של התא הסומטי האנושי מכיל 46 (23 זוגות) כרומוזומים.

תאי מין (גמטות)

הם מכילים מחצית ממספר הכרומוזומים שנמצא בתאים הסומטיים, מכיוון שהם מיוצרים על ידי מיוזה של תאי בלוטת המין, הם תאים הפלואידים (n).

כגון הגרעין של גמטת הזרע האנושית (זרע) וגמטה נקבה (ביצית) מכילים 23 כרומוזומים.

כרומוזומים וגנים:

אתה כבר יודע ש:

  • כרומוזומים מורכבים מחומצת גרעין DNA וחלבון.
  • DNA מורכב מיחידות בנייה הנקראות נוקלאוטידים.
  • מולקולות ה-DNA נושאות את הגנים האחראים על התכונות של האורגניזם החי.
  • גן הוא רצף של נוקלאוטידים על מולקולת DNA המייצגת קוד של חלבון מסוים שאחראי להופעת תכונה מסוימת.

מדענים גילו כי ישנם 60-80 אלף גנים הנישאים על 23 זוגות כרומוזומים בבני אדם. קבוצת הגנים המורכבת בתא ידועה בשם הגנום האנושי.


תוצאות

מבחני SCSA ו- TUNEL בחולים ובקבוצות הביקורת

מספר דיווחים הקשור לרמת הנזק ל- DNA דווחו בספרות. נכון לעכשיו לא נקבעו גבולות מוחלטים מכיוון שרמת פיצול ה-DNA לא הייתה בקורלציה חד משמעית עם ההפריה ויכולה להיות דומה בין מקרים בהם התרחש הריון למקרים בהם הנשים לא נכנסו להריון או הפלו. נכון לעכשיו, רוב המחברים מקבלים את ערך הסף להיות ערך DFI של 25% באמצעות מבחן SCSA 30,38 ו 5-10% מתאי הזרע המציגים נזק ל- DNA כפי שנצפו באמצעות מבחן TUNEL 39.

קבוצה של חולים פוריים (64 גברים) עברה ניתוח של פיצול DNA באמצעות מבחני SCSA ו- TUNEL. עבור קבוצה זו, הערך הממוצע P של DFI היה 14.0% (SD ± 13.2%) ו- HDS היה 5.83% (SD ± 4.5%) (טבלה 1). התדירות הכוללת הממוצעת של תאי זרע עם פיצול DNA המצוין במבחן TUNEL הייתה 29.3% (SD ± 2.3%). עשרים אחוזים מתוך 64 הזכרים הציגו תוצאות שליליות (25% ל- SCSA ו -10% למבחני TUNEL) ורק 10% הציגו תוצאות שליליות ביותר (בהנחה שרירותית שהם 40% ל- SCSA ו -30% למבחני TUNEL) היו 10% בלבד ( נתונים בודדים לא מוצגים).

מתוך קבוצה זו, נבחרו ארבעה חולים (מקודדים P1-P4) עם שיעור גבוה של פיצול DNA (טבלה 2) ושבני זוגם עברו שני הליכי IVF לא מוצלחים, ובשלב מאוחר יותר של המחקר, הטופולוגיה הכרומוזומלית בזרעונים של חולים אלה נותחו. טבלה 2 מציגה תוצאות בדיקת SCSA ו-TUNEL בודדות עבור חולים P1-P4.

קבוצה של 30 זכרים פוריים המשמשים כבקרות עברו ניתוחי פיצול DNA באמצעות מבחני SCSA ו-TUNEL (טבלה 1, ערכי C עבור n = 30). התוצאות שהתקבלו עבור קבוצת הביקורת הן כדלקמן (טבלה 1): ערך ה-C הממוצע של DFI היה 5.4% (SD ± 2.3%) וערך ה-C הממוצע של HDS היה 2.7% (SD ± 22.3%). התדירות הכוללת הממוצעת של תאי זרע המציגים פיצול DNA כפי שמצוין בתוצאות assay TUNEL הייתה 7.45% (SD ± 4.07%). תוצאות בודדות שהתקבלו באמצעות מבחני SCSA ו-TUNEL מוצגות בטבלה 2 רק עבור זכרי ביקורת המקודדים C1-C7, מכיוון שהמחקר של הטופולוגיה הכרומוזומלית של תאי הזרע בוצע בקבוצה זו של זכרים. עבור ששת המתנדבים (C1 – C6, טבלה 2) תוצאות בדיקות SCSA ו- TUNEL לא נבדלו מערכי הבקרה הממוצעים C (טבלה 1). עם זאת, C7 זכר הביקורת הציג ערכים גבוהים יותר באופן משמעותי של תוצאות מבחני DFI ו- TUNEL, הערך של DFI היה 34.6% ותדירות תאי הזרע המציגים פיצול DNA כפי שמציין מבחן TUNEL היה 9.4%. שני המבחנים חזרו על עצמם במשך מספר חודשים עם תוצאות דומות. בקרת זכר C7 הציגה פרמטרים שפיכים תקינים 40 והייתה אב לשלושה ילדים קטנים. C7 היה מעניין במידה שהוא השתלב בדיון הספרות בנוגע לערכי הסף שמעליהם ניתן להניח כי נזק ל- DNA בזרע הוא משמעותי לרבייה.

מיקום מרכזי מרכזי מרכזי בתוך גרעיני הזרע של החולים הפוריים עם נזק ל- DNA בזרע ובתוך גרעיני הזרע של זכרי הביקורת

הלוקליזציות הרדיאליות של הצנטרומרים של כרומוזומים 7, 9, 15, 18, X ו-Y נבדקו עבור ארבעה חולים נבחרים P1-P4 שהפגינו רמה גבוהה של DNA פגום של זרע. הפרמטרים הדרושים לבחינת הלוקליזציה הרדיאלית התקבלו על פי הסכמה המוצגת באיור 1 (כלומר לפי השיטה המתוארת ב-Zalenskaya & Zalensky 15. בכל מקרה (P1-P4) ולכל כרומוזומים, לפחות 50 זרעונים נמדדו גרעינים. הערכים הממוצעים של 50 מדידות ליחידים P1 – P4 והערכים הממוצעים (P עבור n = 4) של מדידות עבור הקבוצה הנבדקת מוצגים בטבלה 3.

תכנית של גרעין תא הזרע הממחישה את הלוקליזציה הרדיאלית (המרחבית) של הצנטרומרים על ידי מדידת פרמטרים דו -ממדיים בהתאם לספרות 15.

התוכנית כוללת את הפרמטרים הגאומטרים הבאים של תא הזרע: L - אורך הציר הארוך l - אורך הציר הרוחבי (יחס L/l מתאר את צורת הגרעין) D - המרחק בין הצנטרומר לאתר ההתקשרות של הזנב H - המרחק מהציר הארוך. הנקודה השחורה (•) ונקודת האור (o) מציינים צנטרומר של כרומוזום נתון משני צידי הציר המוארך (תמונת המראה). הרקע האפור ממחיש את השטח הפוטנציאלי של מיקומם של הצנטרומרים השונים של הכרומוזומים משני צידי ציר האורך (תמונת מראה) בתא זרע יחיד, שיוצרים יחד את הכרומומרכז. ניתן לפרש את D/L ו- H/L כדלקמן: D/L = 1.0 מציין מיקום סמוך לקצה האפיק של תא זרע D/L = 0.0 מציין מיקום קרוב לזנב H/L = 0.5 מציין את לוקליזציה היקפית ביותר ו-H/L = 0.0 מצביע על לוקליזציה מרכזית בתוך גרעין הזרע 15 .

הלוקליזציות הרדיאליות של המרכזים של הכרומוזומים 7, 8, 9, 15, 18, X ו- Y נבדקו גם עבור שבעה זכרים פוריים של שליטה C1 – C7. הפרמטרים של גרעיני הזרע נמדדו באותו אופן כפי שתואר עבור חולים P1-P4, על פי הסכימה המופיעה באיור 1. באופן דומה, בכל מקרה ולכל כרומוזום, נמדדו לפחות 50 גרעיני זרע. תוצאות הלוקליזציה הרדיאלית המועדפת (ערך C הממוצע (n = 7)) מוצגות בטבלה 3 (לערכים בודדים של לוקליזציה רדיאלית בתוך גרעיני זרע לאנשי הביקורת C1 – C7, ראה טבלה משלימה S1 ואיור משלים S1 ). איורים של הטופולוגיה הרדיאלית המועדפת המבוססת על ערכי C הממוצעים המוצגים בטבלה 3 מופעלים באיור 2 א. על בסיס תוצאות אלו, הושוו הטופולוגיה של הצנטרומרים של גרעיני הבקרה והזרע הפוריים. כלומר, ערכי ה-P הממוצעים והערכים הבודדים מ-P1-P4 מושווים לערכי ביקורת C הממוצעים בטבלה 3 (כפי שמודגם באיור. 2B והצגה סכמטית של הלוקליזציה הרדיאלית הצנטרומרית שנוצרה על בסיס כל הערכים המוצגים בטבלה. 3 מוצג באיור 3). לגבי פרמטרי ה- H/L נמצאו הבדלים מובהקים סטטיסטית בין ממוצע ערכי P ו- C עבור הצנטרומים של כל הכרומוזומים המנותחים (7, 9, 15, 18, X ו- Y (טבלה 3). עבור הפרמטרים D/L , לא נמצאו הבדלים בין ערכי P ו- C הממוצעים לצנטרומרים של כרומוזומים 9 ו- X בלבד. בנוסף, נצפו הבדלים ניכרים בין האינדיבידואלים בין הפרמטרים D/L ו/או H/L. לדוגמה, בחולה P1, ערכי H/L לכרומוזומים 7, X ו- Y היו שונים באופן משמעותי מאלו של רוב החולים האחרים. הבדלים בין -אישיים בין P1 – P4 לא נמצאו רק עבור H/L לכרומוזום 15 ול- D/L לכרומוזום 18 (טבלה 3).

(א) איור של הטופולוגיה הרדיאלית המועדפת של הצנטרומרים של הכרומוזומים 7, 9, 18, 15, X ו- Y בתוך גרעיני הזרע של הזכרים הפוריים. הכתמים הכהים המעוגלים ממחישים שני שברים של אזור הכרומו-מרכז, שבהם היו הצנטרומרים הנחקרים מקומיים (מבלי להתחשב בהשתקפות המראה בצד הציר הארוך). הפרמטרים הגיאומטריים ששימשו לתיאור הלוקליזציה התוך -גרעינית של הצנטרומרים מתוארים באיור 1, ערכי C הממוצעים H/L ו- D/L ממוצעים לקבוצת הביקורת (כלומר הערכים המועדפים) הם מטבלה 3. להקל על בהשוואה, האיור מציג את הצנטרומרים של כרומוזומים X ו-Y באותו גרעין, עם זאת, יש לציין שבגרעין הזרע הרגיל רק X או Y נמצאים. (ב) השוואה בין הלוקליזציה הרדיאלית של צנטרומרים של כרומוזומים 7, 9, 15, 18, X ו- Y בין קבוצת הביקורת שלה (כתמים המסומנים ב- C) ובקבוצת החולים העקרים הנבחרים (כתמים המסומנים ב- P). כתמים מראים את הערכים הממוצעים של C ו- P המוצגים בטבלה 3 הבדלים ניכרים בין כתמים C ו- P מסומנים בחצים.

ויזואליזציה סכמטית של הלוקליזציה הרדיאלית של המרכזים של הכרומוזומים 7, 9, 15, 18, X ו- Y בהתבסס על כל הערכים המוצגים בטבלה 3.

כתמים עגולים המסומנים C ממחישים את ערכי הביקורת הממוצעים C (כלומר ערכים מועדפים עבור הכרומוזומים הנבדקים), יהלומים המסומנים P ממחישים את הערכים הממוצעים של P ויהלומים קטנים ללא תווית ממחישים ערכים בודדים עבור חולים פוריים נבחרים. כל נקודה מייצגת את הקואורדינטות הנורמליות שנקבעו D/L ו- H/L כפי שמוסבר באיור 1. כל ממוצע ערכי P שונה באופן משמעותי מממוצע ערכי C (p ≤ 0.01) (ראה טבלה 3) ומנקודות בודדות השונות משמעותית מהתוצאות מערך P הממוצע מסומנות בחצים.

בהתחשב בכך שהלוקליזציה הרדיאלית התוך-גרעינית של הצנטרומרים נקבעת על ידי שני פרמטרים, כלומר D/L ו-H/L, ראינו שהלוקליזציה של הצנטרומרים שנבדקו השתנתה בחולים P1-P4 בהשוואה לערכי ה-C הממוצעים המועדפים (טבלה 3). ).

מיקום צנטרומר רדיאלי מועדף בתוך גרעיני הזרע עם ובלי נזק ל-DNA

ניסויים נוספים בוצעו כדי לקבוע אם ההבדלים שנצפו בטופולוגיה של הצנטרומרים של הכרומוזומים שנבדקו בקבוצת החולים P1 – P4 קשורים לפירוק DNA גבוה יותר של כרומוזום הזרע. בשלב הראשון בוצעה תגובת TUNEL על תאי זרע שיוצבו על שקופיות מיקרוסקופיות. תחת אור ה-UV של מיקרוסקופ הקרינה, רק תאי הזרע עם DNA פגום, (TUNEL–positive (T+) תאי זרע), פלטו את תאי הזרע שליליים TUNEL-שליליים (T-) (TUNEL-positive (T+) ), (DAPI) . התגובה הייתה יציבה מספיק לביצוע תגובת FISH באמצעות בדיקות צנטרומריות (איור 4).

דוגמאות לאותות צנטרומר FISH עבור כרומוזום 7 (בדיקה TexasRed/DAPI) בשתי תת-אוכלוסיות של גרעיני זרע: TUNEL-חיובי (T+) (תאים ירוקים בהירים) ו-TUNEL-שליליים (T-) (תא כחול).

זה איפשר לנו להבחין בין תאי זרע חיוביים ל-TUNEL (T+) (המפגינים מידה ניכרת של פיצול DNA) מתאי זרע שליליים (T-) (רגילים) של TUNEL ולמדוד בנפרד את הלוקליזציה של הצנטרומרים. ניתוחים כאלה בוצעו בזרע שהתקבלו מזכר הביקורת C7 (טבלה 2) ומהמטופל P2 (טבלה 2). בדקנו את הטופולוגיה של כרומוזומים 7, 9, 15, 18, X ו-Y centromeres. תוצאות הלוקליזציה הרדיאלית מוצגות בטבלה 4. במקרה של לוקליזציה בתאי זרע הן מזכר הביקורת C7 והן מהמטופל P2, נצפו הבדלים משמעותיים בין (T+) ו-(T-) תאי זרע (טבלה 4 ). ההבדלים שזוהו כללו את רוב התוצאות שהושגו, אולם, מעט פחות הבדלים נצפו עבור זכר הביקורת C7: לא נצפו הבדלים בו-זמניים לערכי D/L ו-H/L רק עבור הצנטרומר של כרומוזום 9 של הבדלים C7, שניהם עבור D ערכי/L ו- H/L נמצאו רק עבור הצנטרומרים של כרומוזום 18 (טבלה 4). נמצאו הבדלים עבור ערכי H/L בלבד עבור הצנטרומרים של כרומוזומים 7, 15, X ו-Y (טבלה 4). בחולה P2, ההבדלים נמצאו ב- D/L ו- H/L במרכזי הכרומוזומים 7 ו- X. ההבדלים בערכי D/L נמצאו רק עבור הצנטרומרים של הכרומוזומים 9 ו -15 וההבדלים בינם לבין ערכי ה- H/L היו נמצא עבור הצנטרומרים של הכרומוזומים 18 ו- X (טבלה 3). הלוקליזציה הרדיאלית שנוצרה על בסיס ערכי T (+) ו- T ( -) לבקרה C7 ולמטופל P2 (טבלה 4) מוצגים באיור 5.

השוואה בין הלוקליזציה הרדיאלית של המרכזים של הכרומוזומים 7, 9, 15, 18, X ו- Y בתוך גרעיני זרע עם וללא רמת פיצול DNA גבוהה.

כתמים T(+) (TUNEL-חיובי) ו-T(-) (TUNEL-שלילי) מייצגים קואורדינטות מנורמלות עבור H/L ו-D/L כפי שהוסבר באיור 1, עבור הערכים המוצגים בטבלה 4. הבדלים ניכרים בין T נקודות (+) ו-T(-) מסומנות בחצים. כדי להקל על ההשוואה, האיור מציג את המרכז של כרומוזומים X ו- Y באותו גרעין אולם יש לציין כי בגרעין הזרע הרגיל קיים רק X או Y. (א) המחשה המבוססת על הערכים עבור T(+) ו-(T−) המוצגים בטבלה 4 עבור זכר הביקורת הפוריה C7 עם פיצול DNA גבוה. (ב) איור המבוסס על הערכים עבור T(+) ו-(T−) המוצגים בטבלה 4 עבור המטופל P2.


איך SRY עובד ומה יכול להשתבש?

לאחר זיהוי הגן SRY כולנו חשבנו שזה יהיה רק ​​שלב אחד או שניים בין SRY לבין הפעלת גנים אחרים שעושים אשך.

אבל מסתבר שיש רשת מורכבת של תגובות הנשלטת על ידי לפחות 30 גנים. חלקם מקדמים את התפתחות האשכים. חלקם מקדמים את התפתחות השחלות. חלקם סותמים את היווצרות האשכים, אחרים מעכבים את השחלות. זה ממש מצב של "דחף-בי-מושך-בך".

ישנם גם גנים (דוגמה אחת היא DMRT1) ששומרים על בלוטות המין על מסלול התפתחות ברור. אם אתה דופק גנים כאלה, תאים באשך מתחילים להתנהג כמו תאי שחלה, או שתאים בשחלה מתחילים להתנהג כמו אשך.

אבל זה לא עוצר כאן. למרבה הפלא, הגן האחד הזה SRY, באמצעות הרשתות וההשפעות ההורמונליות שלו, משפיע על פעילותם של יותר מ -6,500 גנים (מתוך 20,000 שלנו) באופן שונה אצל גברים ונשים.

אז זכרים ונקבות באמת שונים מאוד מבחינה גנטית הן בגנים שיש להם והן בכמה פעילים הם.

מוטציה בכל אחד מ-30 הגנים המעורבים ברשת המורכבת של תגובות מבדילות גונדה יכולה להוביל להיפוך מין (נקבות XY או זכרים XX), או התמיינות גונדה לא מלאה. לדוגמה, לחלק מהנקבות יש כרומוזום Y וגן SRY שלם, אך חסרות את החלבון שמקבל אותות מהורמונים זכרים.

ולכמה נקבות XY חסר מעט כרומוזום 4 המכיל את הגן DMRT1: אתה צריך שני עותקים של הגן הזה כדי להיות זכר, אפילו עם גן SRY.


וריאציה גנטית

רבייה מינית מביא לאפשרויות אינסופיות של שונות גנטית. במילים אחרות, רבייה מינית גורמת לצאצאים ייחודיים מבחינה גנטית. הם שונים משני ההורים וגם זה מזה. זה קורה מכמה סיבות.

  • כאשר כרומוזומים הומולוגיים יוצרים זוגות במהלך פרופזה I של מיוזה I, יכול להתרחש מעבר. הצלבה הוא החלפת חומר גנטי בין כרומוזומים הומולוגיים. זה מביא לשילובים חדשים של גנים בכל כרומוזום.
  • כאשר תאים מתחלקים במהלך המיוזה, הכרומוזומים ההומולוגיים מחולקים באופן אקראי לתאי הבת, וכרומוזומים שונים נפרדים ללא תלות זה בזה. קוראים לזה נקרא מבחר עצמאי. התוצאה היא גמטות בעלות שילובים ייחודיים של כרומוזומים.
  • ברבייה המינית, שני גמטות מתאחדות לייצר צאצא. אבל אילו שניים ממיליוני הגמטות האפשריות זה יהיו? זה כנראה עניין של מקרה. ברור שזה מקור נוסף לשונות גנטית בצאצאים. זה ידוע בשם הפריה אקראית.

כל המנגנונים הללו פועלים יחדיו מביאים לכמות מדהימה של שונות פוטנציאלית. לכל זוג בני אדם, למשל, יש פוטנציאל לייצר יותר מ -64 טריליון ילדים ייחודיים מבחינה גנטית. אין פלא שכולנו שונים!

הצלבה

המעבר מתרחש במהלך פרופזה I, והוא החלפת חומר גנטי בין כרומטידים שאינם אחות של כרומוזומים הומולוגיים. כזכור במהלך פרופזה I, הכרומוזומים ההומולוגים תורמים בזוגות, גן-גן לאורך כל אורכם, ויוצרים תצורה עם ארבעה כרומטידים, המכונים טטרד. בשלב זה הכרומטידים קרובים מאוד זה לזה וחומר כלשהו משני כרומטידים מחליף כרומוזומים, כלומר החומר מתנתק ומתחבר שוב לאותה מיקום בכרומוזום ההומולוגי (דמות לְהַלָן). החלפה זו של חומר גנטי יכולה להתרחש פעמים רבות בתוך אותו זוג של כרומוזומים הומולוגיים, וליצור שילובים ייחודיים של גנים. תהליך זה ידוע גם בשם שילוב מחדש.

הצלבה. קווצת DNA אימהית מוצגת באדום. קווצת DNA של אבא מוצגת בכחול. מעבר חוצה מייצר שני כרומוזומים שלא היו קיימים קודם לכן. תהליך רקומבינציה כולל שבירה והצטרפות מחדש של הכרומוזומים ההוריים (M, F). התוצאה היא יצירת כרומוזומים חדשים (C1, C2) החולקים DNA משני ההורים.

מבחר עצמאי והפריה אקראית

בבני אדם, יש יותר מ -8 מיליון תצורות שבהן הכרומוזומים יכולים להתייצב במהלך מטאפאזה I של מיוזה. התהליכים הספציפיים של מיוזה, שהביאו לארבעה תאים הפלואידים ייחודיים, הם שמביאים לשילובים רבים אלה. מבחר עצמאי זה, שבו הכרומוזום שירש מהאב או מהאמא יכול למיין כל גמטה, מייצר פוטנציאל לשונות גנטית אדירה. יחד עם הפריה אקראית, קיימות יותר אפשרויות לשונות גנטית בין כל שני אנשים מאשר מספר הפרטים החיים כיום. רבייה מינית היא הפריה אקראית של גמטה מהנקבה באמצעות גמטה מהזכר. בבני אדם קיימים יותר מ -8 מיליון (2 23) שילובי כרומוזומים בייצור גמטות בזכר ובנקבה. תא זרע, עם למעלה מ-8 מיליון צירופי כרומוזומים, מפרה תא ביצית, שיש לו גם למעלה מ-8 מיליון צירופי כרומוזומים. כלומר למעלה מ-64 טריליון שילובים ייחודיים, לא סופרים את השילובים הייחודיים שנוצרו על ידי מעבר. במילים אחרות, כל זוג אנושי יכול להוליד ילד עם יותר מ -64 טריליון שילובי כרומוזומים ייחודיים!


חוקרים טוענים כי הם רצפו את כל הגנום האנושי

אשראי: CC0 Public Domain

צוות בינלאומי גדול של חוקרים טוען כי סוף סוף ריצף את כל הגנום האנושי. בצוותא ידוע הצוות בשם קונסורציום Telomere-to-Telomere (T2T), והם כתבו מאמר המתאר את מאמציהם והעלו אותו לשרת bioRxiv מראש.

בשנת 2000, צוות מפרויקט הגנום האנושי שעבד עם חברת הביוטכנולוגיה Celera Genomics הודיע ​​כי השלימו את הטיוטה הראשונה של רצף הגנום האנושי. הטיוטה הראשונה הזו חסרה בערך 15% מהגנום. עבודה מאז הפחיתה את האחוזים ל -8%בלבד. ועכשיו, קונסורציום T2T טוען שהוריד אותו לאפס - למרות שיש עדיין כמה סייגים. הקבוצה מכירה בכך שהתקשו להתמודד עם כ -0.3% מהגנום, וייתכנו כמה וכמה טעויות פה ושם-אך ללא פערים, ולכן הקבוצה כינתה את עצמה קונסורציום טלומרים-לטלומרים. כחלק מהעבודה שלהם, הצוות גילה כ-115 גנים חדשים המקודדים לחלבונים, מה שנותן סה"כ חדש של 19,969.

החוקרים טוענים שעבודתם הייתה אפשרית רק בגלל שהם השתמשו בטכנולוגיה חדשה שפותחה על ידי Oxford Nanopore ו-Pacific Biosciences - הטכנולוגיה החדשה אפשרה רצף מבלי לחתוך את ה-DNA לחתיכות. במקום זאת, הוא העביר את ה-DNA דרך חור ננוסקופי עם לייזרים שקוראים את הרצפים שוב ושוב כדי להפחית שגיאות. הם גם טוענים שמספר הבסיסים הידועים גדל כעת מ-2.92 מיליארד ל-3.05 מיליארד ומספר הגנים הידועים גדל ב-0.4%.

החוקרים מציינים גם שהגנום שהם רצפו לא הגיע מאדם אלא מהידאטידיפורם, שהוא גידול שבמקרים נדירים נוצר בחלק הפנימי של הרחם של האישה. גידולים כאלה מתרחשים כאשר זרע מצליח להפרות ביצית שאין לה גרעין ולכן יש לה רק 23 כרומוזומים במקום 46 הנורמליים שנמצאים ברוב התאים האנושיים. החוקרים בחרו לרצף את ההידאטידיפורם כי זה הקל על החישובים שלהם.

התוצאות טרם נבדקו על ידי עמיתים, ולכן קהילת הגנומיקה מפסיקה להגיב - בינתיים צוות T2T מתכנן לקחת את עבודתם הלאה על ידי רצף של מספר אנשים מרחבי הגלובוס.