Danas ćemo demistificirati genetske poremećaje i odgovoriti na popularno pitanje: što su točno kromosomi? Ljudsko tijelo sastavljeno je od milijuna stanica, a svaka stanica predstavlja poseban, delikatan sustav koji je samostalan od ostatka tijela. Te stanice surađuju i komuniciraju s okolnim tkivima kako bi tijelo radilo savršeno sinkronizirano i kako bi se održalo opće zdravlje i ravnoteža u njemu.
Stanica je građena od niza organela, struktura koje unutar stanice funkcioniraju kao svojevrsni organi, obavljajući specijalne funkcije te održavajući zdravlje cijele stanice. Od tih organela najvažnija je jezgra, organel koji sadrži nasljedni materijal bez kojeg stanica ne bi mogla obavljati čak ni svoje osnovne funkcije i bez koje se ne bi mogla dijeliti.
Nasljedni materijal u jezgri je DNK (deoksiribonukleinska kiselina) koja predstavlja osnovni genetski materijal svih ljudi. Ta izuzetno važna molekula tvori gene koji sadrže upute za izgradnju našeg tijela. Ovi geni određuju kakvu boju očiju ćemo imati, koliko smo visoki i imamo li neku bolest ili ne. Oni se nalaze na strukturama koji se zovu kromosomi i koji su stoga iznimno važni za nasljeđivanje svojstava, a promjene u kromosomima mogu biti kobne, rezultirajući u raznim sindromima.
Što su kromosomi?
Kromosomi su strukture slične nitima koje se nalaze u stanicama živih organizama: biljaka, životinja i ljudi. Sastoje se od molekula DNK (deoksiribonukleinske kiseline) omotanih oko proteina koje zovemo histoni.
Sama riječ „kromosom“ dolazi od grčkog „chroma“ što znači boja i „soma“ što znači tijelo jer su ove strukture u obliku slova X po prvi puta uočene nakon bojanja kada su poprimile intenzivnu boju i postale vidljive pod mikroskopom.
Kromosomi imaju ključnu ulogu u pohrani, organizaciji i prijenosu genetskih informacija s roditelja na potomke. Ovo je važno jer se tako nasljeđuju geni koji određuju brojne osobine i funkcije organizama. Ove informacije zapisane su u genima, segmentima DNA koji se nalaze na kromosomu.
Kromosomi se repliciraju i dijele tijekom stanične diobe kako bi nova stanica imala potpuni i identičan skup genetskih informacija, to jest da bi nastala jednaka tjelesna stanica. Ipak, razlikujemo dva procesa stanične diobe iliti dijeljenja: mitozu i mejozu.
Što su mitoza i mejoza?
Mitoza je proces kojim se somatske (tjelesne, nereproduktivne) stanice dijele kako bi proizvele dvije identične stanice kćeri koje posjeduju jednak broj i jednaku vrstu kromosoma kao i sama roditeljska stanica. Ovaj proces potreban je za rast tijela (stanice čine cijelo naš tijelo i njihovo duplanje procesom mitoze omogućuje povećanje volumena i razvitak potrebnog tkiva, organa i slično) i popravak tkiva.
Mejoza je pak proces koji se ne odvija u svim tjelesnim stanicama kao i mitoza već samo u specijaliziranim stanicama koje su uključene u spolno razmnožavanje. Mejoza dovodi do stvaranja spermija i jajne stanice (takozvanih gameta), a svakim ciklusom mejoze nastaju četiri stanice kćeri s upola manjim brojem kromosoma od matične stanice. Ovo je zato što će iz ovih spolnih stanica tj. gameta povezivanjem stanice od oca i majke nastati zigota s kompletnim brojem kromosoma, od kojih su pola očevih, a pola majčinih. Tako nastaje zametak iz kojeg se razvija dijete koje nasljeđuje dio svojstava od majke, a dio od oca.
Koliko kromosoma ima čovjek, a koliko drugi organizmi?
Čovjek ima 46 kromosoma u svojim tjelesnim stanicama. Oni su raspoređeni u 23 para – 22 para su takozvani autosomi (tjelesni kromosomi koji nisu uključeni u određivanje spola) i 1 par spolnih kromosoma (određuju spol pojedinca). Ipak, postoje odstupanja od ovog broja kromosoma, a bilo kakvo odstupanje (primjerice pojava kromosoma viška) rezultira u određenom sindromu ili čak u nevijabilnoj zigoti (dijete nije rođeno, događa se spontani pobačaj).
Čimpanze, najbliži živući rođaci čovjeka imaju 48 kromosoma, dakle 24 kromosomska para. Neki manji organizmi poput poznate vinske mušice na kojoj su rađeni brojni revolucionarni eksperimenti imaju 8 kromosoma, dakle 4 para.
Kućni miš ima 40 kromosoma iliti 20 kromosomska para, a pas ima 78 kromosoma tj. 39 parova. Kukuruz pak ima 20 kromosoma. Dakle, postoji jako velika raznolikost u broju kromosoma, posebice kod biljaka koje često imaju velike i komplicirane genome.
Kakva je struktura kromosoma?
Glavne komponente koje grade kromosom su DNK i proteini histoni koji tvore takozvane nukleosome i na kraju vlakna i same kromosome.
DNK molekula je genetski materijal koji nosi uputu za izgradnju organizma i obavljanje njegovih metaboličkih funkcija. Radi se o dvolančanoj spirali koja nosi sve genetske informacije.
Histoni su mali i pozitivno nabijeni proteini čija je uloga da zapakiraju negativno nabijenu molekulu DNK (pozitivan i negativan naboj se privlači) kako bi molekula bila kompaktna i kako bi se lakše prenosila i kretala u stanici. DNK se tako omotava oko ovih histonskih proteina i tvori nukleosome. Općenito kompleks DNK i histona nazivamo kromatinom, a nukleosomi su podjedinice kromatina.
Ovi nukleosomi se zatim još dodatno zbijaju i čine kromatinsko vlakno koje se namotava i stvara ono što znamo kao kromatide. Dvije kromatide čine kromosom, a spajaju se u strukturu nalik X preko centromera, regije koja veže dvije jednake kromatide. Ovako se formira krajnja struktura koju nazivamo kromosom.
Kako se kromosomi nasljeđuju?
Kromosomi se nasljeđuju kroz spolnu reprodukciju kombiniranje genetskog materijala (DNK) od dvaju roditelja. Prvo nastaju gamete iliti spolne stanice (spermiji i jajne stanice) procesom mejoze. Ove gamete sadrže polovicu broja kromosoma koje se nalaze u tjelesnim stanicama. Ovo smanjenje broja kromosoma važno je za održavanje stalnog broja kromosoma u stanicama potomstva – dvije gamete spajaju se i nastaje stanica s brojem kromosoma jednakim kao i roditeljska tjelesna stanica.
Spajanje gameta događaje se tijekom oplodnje kada muška spolna stanica oca probija u žensku jajnu stanicu majke. Ovu novonastalu stanicu zovemo zigotom i ona sadrži potpuni komplet kromosoma, a polovica nasljednog materijala je od oca, a polovica od majke.
Zigota zatim prolazi kroz brojne mitoze (dijeli se i nastaju identične stanice) sve dok se ne razvije prvo embrio pa zatim i novi organizam.
Ono što je važno je da tijekom spolnog razmnožavanja pola kromosoma dolazi od jednog, a pola od drugog roditelja. Ovo je razlog zašto djeca sliče oboje majci i ocu, sadrže kombinaciju gena od oba roditelja.
Koja je uloga X i Y kromosoma u nasljeđivanju spola?
Već smo spomenuli da ljudska stanica sadrži jedan par spolnih kromosoma. Kod žena radi s o XX kromosomima, a kod muškaraca o XY kromosomima. Dakle, ovisno o tome da li je od roditelja dijete naslijedilo X ili Y bit će žensko ili muško.
Ženska jajna stanica sadržava samo X kromosome te će stoga djetetu iliti zigoti uvijek dati X kromosom. S druge strane, muški roditelj stvara spermijske stanice koje mogu nositi ili X ili Y kromosom. Dakle, spermijske stanice iliti muški roditelj je taj koji određuje spol djeteta. Ako spermij s X kromosomom oplodi jajnu stanicu dijete je ženskog spola (XX), a ako je jajna stanica oplođena sa spermijem s Y kromosomom dijete je muškog spola (XY).
Ovo je zbog toga što se na Y kromosomu nalazi poseban SRY gen koji je odgovoran za početak razvoja muških karakteristika u embriju to jest za razvitak muškog djeteta. X kromosom ne posjeduje ovaj gen te stoga ne dolazi do stvaranja muškog spolnog hormona testosterona niti testisa i drugih muških spolnih karakteristika.
Može li čovjek imati višak ili manjak kromosoma?
Da, osobe mogu imati odstupanja od uobičajenog broja kromosoma. Ovo zovemo kromosomskim abnormalnostima ili aneuploidijom. Ovakva stanja nastaju zbog grešaka tijekom mejoze kada pojedini kromosom tijekom stanične diobe uđe u krivu gametu. Tako nastaje jedna gameta s manjkom i jedna gameta s viškom kromosoma.
Ne mora se raditi o aneuploidiji u kojoj postoji samo jedan kromosom manjka ili viška, postoje i one u kojima postoje primjerice dva kromosoma viška. Ipak, one nisu toliko uobičajene jer embriji s velikim greškama često rezultiraju u spontanim pobačajima pa dijete nije ni rođeno.
Ovisno o tome koliko viška ili manjka kromosoma postoji u stanici imenujemo različite vrste aneuploidije. Trisomija je stanje u kojoj osoba ima dodatne kopije kromosoma, umjesto dvije ima tri kopije kromosoma. Ovisno o tome koji kromosom je kopiran razlikujemo trisomije koje rezultiraju u Downovom sindromu, Edwardsovom sindromu i Patauovom sindromu. Zanimljiv je i Klinefelterov sindrom kod kojeg postoji višak X spolnog kromosoma.
Monosomija je pak nedostatak jedne kopije kromosoma. Iako ovo stanje često dovodi do spontanog pobačaja, postoje određene iznimke, primjerice Turnerov sindrom kod žena koje imaju jedan X spolni kromosom manjka.
1. Downow sindrom
Downov sindrom je poznat pod nazivom trisomija 21 jer se radi o trisomiji to jest prisutnošću dodatne kopije dvadeset i prvog kromosoma. Dakle, osobe s Downovim sindromom imaju tri umjesto dvije kopije dvadeset i prvog kromosoma. Ovo je najčešća trisomija kod ljudi, a događa se jednom u tisuću novorođenčadi.
Osobe s Downovim sindromom imaju karakterističan fizički izgled: niski rast, lagano spljošteno lice, karakterističan oblik očiju, mali nos i niski tonus mišića. Ove fizičke značajke popraćene su blagom do umjerenom intelektualnom zaostalošću. Djeca s Downovim sindromom imaju nešto sporiji razvoj te često imaju teškoće s učenjem i razumijevanjem apstraktnijih pojmova.
Kao i kod svih sindroma koji su povezani s kromosomskom abnormalnošću postoje određeni zdravstveni problemi. Tako su osobe s Downovim sindromom sklonije određenim zdravstvenim problemima, primjerice često imaju srčane mane, probleme sa sluhom i vidom (nerijetko astigmatizam), probleme sa štitnjačom i slično.
Važno je spomenuti da rani tretman i intervencija kod djece s Downovim sindromom značajno poboljšava njihovu kvalitetu života. Prilagođena edukacija i emocionalna podrška ljudi iz okoline iznimno su važni za razvoj oboje motoričkih i komunikacijskih vještina kod ovakvih osoba.
Osobe s Downovim sindromom jedinstvene su i posjeduju brojne talente te su sposobne samostalno voditi svoj život. Stoga ih je važno tretirati s poštovanjem i razumijevanjem kako bi dostigle svoj pun potencijal i vodile sretne i ispunjene živote.
2. Edwardsov sindrom
Edwardsov sindrom poznat je pod nazivom trisomija 18 jer se radi o genetskom poremećaju uzrokovanom prisutnošću dodatne kopije upravo osamnaestog kromosoma. Dakle, osobe s Edwardsovim sindromom imaju tri umjesto dvije kopije osamnaestog kromosoma što rezultira u raznim abnormalnostima. Spomenuti sindrom mnogo je rjeđi od Downovog sindroma i nalazimo ga u 1 od 10000 novorođenih beba.
Osobe s Edwardsovim sindromom imaju karakteristične fizičke značajke i izgled koji uključuje: niski rast, malen obujam glave, deformirane i male uši, malu donju čeljust, dugačke ruke s preklapajućim prstima i slično. Osim samog izgleda, ovaj sindrom često je popraćen raznim problemima u radu bubrega i srca, a nisu rijetke ni neke druge, jedinstvene tjelesne malformacije.
Novorođenčad s Edwardsovim sindromom čest imaju problema s disanjem, hranjenjem i radom bubrega i srca te postoji velik rizik od razvoja raznim neuroloških problema. Ovi ozbiljni zdravstveni problemi često rezultiraju smrću ubrzo nakon rođenja djeteta te iznimno mali postotak beba s ovim sindromom preživi svoju prvu godinu. Međutim, postoje slučajevi gdje su osobe sa sindromom preživjele do odrasle dobi.
Kako bi se umanjile malformacije i osiguralo zdravlje djeteta često su potrebni razni kirurški pothvati te cijeli proces može biti iznimno težak za pogođenu obitelj. Važno je djetetu pružiti ljubav i pažnju te ga podržavati kako bi se kvaliteta života i životni vijek produžio.
3. Patauov sindrom
Patauov sindrom znan je pod nazivom trisomija 13 jer se radi o poremećaju koji nastaje zbog dodatne kopije trinaestog kromosoma. Dakle, osoba ima tri umjesto dvije kopije trinaestog kromosoma. Ovaj poremećaj iznimno je rijedak, događa se kod 1 od 15000 beba te ima velike posljedice na dijete.
Osobe s Patauovim sindromom imaju karakteristična obilježja poput male glave, cijepane usnice i nepca, niskih ušiju te je sindrom često praćen i viškom ili spojenim prstima kao i raznim drugim tjelesnim malformacijama. Osim fizičkih promjena, Patauov sindrom uzrokuje i zdravstvene probleme poput srčanih mana, problema s bubrezima, problema s disanjem i hranjenjem, razna neurološka i intelektualna oštećenja te čak i epilepsiju.
Većina djece rođenih s Patauovim sindromom ne preživi prvu godinu, slično kao i kod Edwardsovog sindroma te je stoga potrebnom dati podršku ne samo djetetu već i obiteljima koje se nose s velikim emocionalnim teretom.
4. Turnerov sindrom
Turnerov sindrom poznat je pod nazivom monosomija X. Radi se o genetskom poremećaju kod žena koje imaju smo jedan umjesto dva X spolna kromosoma. Sam poremećaj je relativno rijedak i pogađa 1 od 5000 djevojčica, ali uzrokuje razne promjene, specifično u spolnom razvoju pogođene djece.
Žene s Turnerovim sindromom imaju niski rast, širok vrat i nisko postavljene uši, natečene ruke i noge i široki prsni koš. Zapravo se radi o fizičkim promjenama koje se kose s tipičnim ženskim izgledom. Osim tjelesnih promjena, Turnerov sindrom uzrokuje srčane mane i probleme s radom bubrega, kao i teškoće u rastu i razvoju tijekom puberteta. Nisu rijetki ni poremećaji štitnjače, problemi s vidom i sluhom, problemi s kostima i slično.
Postoje određeni rani tretmani kako bi se kontrolirao razvoj djevojčica s Turnerovim sindromom. Radi se o hormonskoj terapiji koja se koristi za stimuliranje rasta i poticanje razvoja sekundarnih spolnih karakteristika u pubertetu. Zbog manjka ženskog X kromosoma tijelo ima problema sa stvaranjem raznih ženskih hormona pa je to potrebno nadomjestiti.
Većina žena s Turnerovim sindromom nema pravilan razvoj jajnika što dovodi do neplodnosti. Dakle, žene s ovim sindromom nisu u mogućnosti imati djecu jer nema ovulacije kao ni pravilne i redovite menstruacije.
5. Klinefelterov sindrom
Suprotno od Turnerova sindroma, Klinefelterov sindrom pogađa isključivo muškarce. Radi se o dodatnoj kopiji X kromosoma kod muškaraca (ne posjeduju XY već XXY genotip). Višak X kromosoma uzrokuje različite abnormalnosti, pogotovo u spolnom razvoju muškaraca. Klinefelterov sindrom pogađa 1 od 1000 novorođenčadi, dakle radi se o relativno čestom genetskom poremećaju.
Muškarci sa spomenutim sindromom imaju karakteristične fizičke značajke: visok rast, uska ramena i kukove, dugačke udove, povećane dojke, manjak dlaka na tijelu i slično. Ovo je popraćeno s raznim reproduktivnim problemima – muškarci sa sindromom posjeduju manjak spermija ili defektne spermije što može doći do smanjene plodnosti.
Klinefelterov sindrom može uzrokovati smanjeno lučenje testosterona te različite hormonske promjene poput smanjenog libida, umora, smanjene dlakavosti i slično. Sindrom može biti povezan i s poteškoćama u učenju i smanjenjem kognitivnih sposobnosti te čak s depresijom i anksioznošću.
Pravilna edukacija i podrška muškaraca s ovim sindromom iznimno su važni, kao i rana intervencija i ako je potrebno hormonalan terapija kako bi razvitak sekundarnih spolnih značajki tekao nesmetano.