Ομόλογα χρωμοσώματα

Ένα ζευγάρι ομόλογων χρωμοσωμάτων, ή ομόλογα, είναι μία σειρά ενός μητρικού κι ενός πατρικού χρωμοσώματος που κάνουν ζευγάρι το ένα με το άλλο μέσα σε ένα κύτταρο κατά τη  μείωση. Αυτά τα αντίγραφα έχουν τα ίδια γονίδια στους ίδιους τόπους όπου παρέχουν σημεία κατά μήκος κάθε χρωμοσώματος τα οποία καθιστούν ένα ζευγάρι χρωμοσωμάτων ικανό να ευθυγραμμιστεί σωστά το ένα με το άλλο πριν από χωριστούν κατά τη μείωση. Αυτή είναι η βάση για τη Μεντελική κληρονομικότητα η οποία χαρακτηρίζει τα πρότυπα κληρονομικότητας του γενετικού υλικού από έναν οργανισμό στο γονικό αναπτυσσόμενο κύτταρο του απογόνου του σε ένα δεδομένο χρόνο και τόπο.

Επισκόπηση

Τα χρωμοσώματα είναι γραμμικές διευθετήσεις συμπυκνωμένου δεοξυριβονουκλεϊκού οξέος (DNA) και πρωτεϊνών ιστόνη, οι οποίες σχηματίζουν ένα σύμπλοκα που ονομάζεται χρωματίνη. Τα ομόλογα χρωμοσώματα συνίστανται από ζεύγη χρωμοσωμάτων περίπου ίδιου μήκους, τη θέση κεντρομερούς, και το πρότυπο χρώσης, για γονίδια με ίδιους αντίστοιχους τόπους. Το ένα ομόλογο χρωμόσωμα κληρονομείται από τον οργανισμό της μητέρας• το  άλλο κληρονομείται από τον οργανισμό του πατέρα. Αφού γίνει η μίτωση μεταξύ των θυγατρικών κυττάρων, αυτά έχουν το σωστό αριθμό γονιδίων τα οποία είναι μείγμα των γονιδίων των δύο γονέων. Στους διπλοειδείς (2n) οργανισμούς, το γονιδίωμα αποτελείται από μία σειρά κάθε ζεύγους ομόλογων χρωμοσωμάτων, σε αντίθεση με τους τετραπλοειδείς οργανισμούς οι οποίοι μπορούν να έχουν δύο σειρές από κάθε ζεύγος ομόλογων χρωμοσωμάτων. Τα αλληλόμορφα στα ομόλογα χρωμοσώματα μπορεί να είναι διαφορετικά, έχοντας ως αποτέλεσμα διαφορετικούς φαινοτύπους των ίδιων γονιδίων. Αυτή η ανάμειξη μητρικών και πατρικών χαρακτηριστικών αυξάνεται από τη διασταύρωση κατά τη μείωση, τρόπος με τον οποίο τα μήκη των χρωμοσωμικών βραχιόνων και το DNA που περιέχεται μεταξύ ενός ζεύγους ομόλογων χρωμοσωμάτων ανταλλάσονται το ένα με το άλλο.

Ιστορία

Στις αρχές της δεκαετίας του 1900 ο Γουίλιαμ Μπάτεσον και ο Ρέτζιναλντ Πάννετ μελετούσαν τη γενετική κληρονομικότητα  και παρατήρησαν ότι κάποιοι συνδυασμοί των αλληλομόρφων εμφανίζονταν πιο συχνά από άλλους. Αυτά τα δεδομένα και οι πληροφορίες εξερευνήθηκαν περαιτέρω από τον Τόμας Μόργκαν. Χρησιμοποιώντας πειράματα δοκιμών διασταύρωσης, αποκάλυψε ότι, για ένα μονό γονέα, τα αλληλόμορφα των γονιδίων κοντά το ένα στο άλλο κατά μήκος του χρωμοσώματος κινούνται μαζί. Χρησιμοποιώντας αυτή τη λογική συμπέρανε ότι τα δύο γονίδια που μελετούσε βρίσκονταν σε ομόλογα χρωμοσώματα.
Αργότερα κατά τη δεκαετία του 1930 οι Χάρριετ Κρέιτον και Μπάρμπαρα ΜακΚλίντοκ μελετούσαν τη μείωση σε κύτταρα αραβοσίτου και εξέτασαν τους γονιδιακούς τόπους στα χρωμοσώματα του αραβόσιτου. Οι Κρέιτον και ΜακΚλίντοκ ανακάλυψαν ότι οι καινούριοι συνδυασμοί αλληλομόρφων που παρουσιάζονταν στον απόγονο και το γεγονός της διασταύρωσης συσχετίζονταν άμεσα. Αυτό απέδειξε τον ενδοχρωμοσωμικό γενετικό ανασυνδυασμό.

Δομή

Τα ομόλογα χρωμοσώματα είναι χρωμοσώματα που περιέχουν τα ίδια γονίδια στην ίδια διάταξη κατά μήκος των χρωμοσωμικών βραχιόνων τους. Υπάρχουν δύο κύριες ιδιότητες των ομόλογων χρωμοσωμάτων: το μήκος των χρωμοσωμικών βραχιόνων και η θέση του κεντρομερούς  
Το πραγματικό μήκος του βραχίονα, σε συμφωνία με τις θέσεις των γονιδίων, είναι σε μεγάλο βαθμό σημαντικό για τη σωστή ευθυγράμμιση. Η θέση του κεντρομερούς μπορεί να χαρακτηρίζεται από τέσσερις βασικές διατάξεις, που είναι είτε μετακεντρικό, υπομετακεντρικό, τελοκεντρικό, ή ακροκεντρικό. Και οι δύο αυτές ιδιότητες είναι οι βασικοί παράγοντες για τη δημιουργία δομικής ομολογίας μεταξύ των χρωμοσωμάτων. Συνεπώς, όταν υπάρχουν δύο χρωμοσώματα της ακριβής δομής, είναι ικανά να ταιριάξουν μαζί για να σχηματίσουν τα ομόλογα χρωμοσώματα.
Εφόσον τα ομόλογα χρωμοσώματα δεν είναι ταυτόσημα και δεν προέρχονται από τον ίδιο οργανισμό, διαφέρουν στις αδελφές χρωματίδες. Οι αδελφές χρωματίδες σχηματίζονται αφού έχει προκύψει η αντιγραφή του DNA, και έτσι είναι ταυτόσημα, αντίγραφα δίπλα-δίπλα η μία της άλλης.

Στους ανθρώπους

Οι άνθρωποι έχουν ένα σύνολο 46 χρωμοσωμάτων, αλλά υπάρχουν μόνο 22 ζεύγη των ομόλογων αυτοσωμικών χρωμοσωμάτων. Το επιπλέον 23ο ζεύγος είναι τα φυλετικά χρωμοσώματα, X και Y. Για το ζεύγος που αποτελείται από X και Y χρωμοσώματα,ισχύει ότι το ζεύγος δεν είναι στην πραγματικότητα ομόλογο (επειδή τα συγκεκριμένα χρωμοσώματα είναι ανισομεγέθη και δεν έχουν όλες τις περιοχές τους ομόλογες), όμως, παρολαυτα, χαρακτηρίζονται ομόλογα. Τα 22 ζεύγη των ομόλογων χρωμοσωμάτων περιέχουν τα ίδια γονίδια αλλά κωδικοποιούν διαφορετικά χαρακτηριστικά στα αλληλόμορφά τους από τη στιγμή που ένα κληρονομήθηκε από τη μητέρα και ένα από τον πατέρα. Άρα οι άνθρωποι έχουν δύο ομόλογες σειρές χρωμοσωμάτων σε κάθε κύτταρο, που σημαίνει ότι οι άνθρωποι είναι διπλοειδείς οργανισμοί.

Σχετική έρευνα

Τρέχουσα και μελλοντική έρευνα σχετικά με το θέμα των ομόλογων χρωμοσωμάτων είναι σε μεγάλο βαθμό εστιασμένη στους ρόλους των διαφόρων πρωτεϊνών κατά τον ανασυνδυασμό ή κατά την επιδιόρθωση του DNA. Σε ένα πρόσφατα δημοσιευμένο άρθρο από τον Πέζζα κ.ά. η πρωτεΐνη γνωστή ως HOP2 είναι υπεύθυνη τόσο για την ομόλογη σύναψη των χρωμοσωμάτων όσο και για την επιδιόρθωση σπασίματος της διπλής έλικας μέσω ομόλογου ανασυνδυασμού. Η αφαίρεση της HOP2 σε ποντίκια έχει μεγάλες επιπτώσεις στη μείωση. Άλλες πρόσφατες μελέτες επικεντρώνονται σε συγκεκριμένες πρωτεΐνες που εμπλέκονται επίσης σε ομόλογο ανασυνδυασμό.
Υπάρχει μία έρευνα σε εξέλιξη σχετικά με την ικανότητα των ομόλογων χρωμοσωμάτων να επιδιορθώνουν σπασίματα στο δίκλωνο DNA. Οι ερευνητές διερευνούν τη δυνατότητα αξιοποίησης αυτής της ικανότητας για την αναγεννητική ιατρική. Αυτό το φάρμακο θα μπορούσε να είναι πολύ διαδεδομένο όσον αφορά τον καρκίνο, καθώς οι βλάβες του DNA πιστεύεται ότι συμβάλλουν στην καρκινογένεση. Ο χειρισμός της λειτουργίας επιδιόρθωσης των ομόλογων χρωμοσωμάτων μπορεί να επιτρέψει τη βελτίωση ενός συστήματος αντιμετώπισης βλαβών ενός κυττάρου. Ενώ η έρευνα δεν έχει ακόμη επιβεβαιώσει την αποτελεσματικότητα μίας τέτοιας αγωγής, μπορεί να καταστεί χρήσιμη θεραπεία για τον καρκίνο.