close
Naar inhoud springen

Aneuploïdie

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
BERJAYA
Karyogram van een individu met het syndroom van Turner. Dit is een vorm van aneuploïdie, omdat er een geslachtschromosoom (hier het X-chromosoom) ontbreekt.

Aneuploïdie is een genoommutatie (ploïdiemutatie) waarbij meer of minder dan het aantal gebruikelijke 2n chromosomen voorkomt. Het is in het algemeen een gevolg van non-disjunctie of een ander type van variaties bij de splitsing van de chromatiden van de chromosomen, wat kan voorkomen zowel bij de meiose als bij de mitose. Aneuploïdie komt minder frequent voor dan euploïdie.

Een extra of ontbrekend chromosoom is een veelvoorkomende oorzaak van sommige genetische aandoeningen. Sommige kankercellen hebben ook een abnormaal aantal chromosomen.[1][2] Ongeveer 68% van de tumoren bij de mens is aneuploïd.[2] Aneuploïdie ontstaat tijdens de celdeling wanneer de chromosomen niet goed scheiden tussen de twee cellen (non-disjunctie). De meeste gevallen van aneuploïdie in de autosomen leiden tot een miskraam, en de meest voorkomende extra autosomale chromosomen bij levendgeborenen zijn 21, 18 en 13.[3] Chromosoomafwijkingen worden vastgesteld bij 1 op de 160 levendgeborenen. Autosomale aneuploïdie is gevaarlijker dan aneuploïdie van de geslachtschromosomen, omdat autosomale aneuploïdie bijna altijd dodelijk is voor de embryo's, die daardoor stoppen met ontwikkelen.

Naarmate vrouwen ouder worden, ontwikkelen eicellen defecten in de mitochondriale structuur en functie en treedt er een ontregeling van de meiotische spoel op: dit verhoogt de kans op aneuploïdie en miskraam.[4] De kans op aneuploïdie bij vrouwen die IVF ondergaan, stijgt van 30% op 31-jarige leeftijd tot 36% op 36-jarige leeftijd. Daarna neemt deze met 7% per jaar toe tot 89% op 44-jarige leeftijd.[5]

Aneuploïdie bij diploïde organismen
Aneuploïdie
vorm
aantal
chromosomen
Nullisomie2n - 2
Monosomie2n - 1
Trisomie2n + 1
Tetrasomie2n + 2
Pentasomie2n + 3

Bij diploïde organismen zijn verschillende vormen van aneuploïdie te onderscheiden.[6] Zo is bij nullisomie één chromosomenpaar afwezig, terwijl bij monosomie bij een chromosomenpaar slechts één chromosoom over is (2n-1). Bij trisomie, tetrasomie en pentasomie zijn er bij een bepaald chromosomenpaar respectievelijk één (2n+1), twee (2n+2) of drie (2n+3) extra chromosomen toegevoegd. Afhankelijk van de plaats waar de mutatie is opgetreden, bijvoorbeeld bij de geslachtschromosomen (heterosomen) of bij de overige autosomen, treden er andere specifieke verschijnselen op.

Monosomie (zoals het syndroom van Turner) en trisomie (onder andere trisomie-21 of syndroom van Down) zijn twee vormen van aneuploïdie die voorkomen bij de mens.

Bij haploïde organismen is disomie een voorkomende afwijking.[7] Disomie kan bij schimmels het gevolg zijn van non-disjunctie bij de meiose, zowel bij de eerste meiotische deling als bij de tweede meiotische deling. In het eerste geval hebben uiteindelijk twee dochtercellen n-1 en twee dochtercellen n+1 chromosomen. In het tweede geval hebben twee dochtercellen resp. n+1, n-1, en twee dochtercellen hebben n chromosomen.

Aneuploïdie ontstaat door fouten in het uiteengaan van de chromosomen, die op verschillende manieren mis kan gaan.[8]

Non-disjunctie treedt meestal op als gevolg van een verzwakt mitotisch controlepunt, omdat deze controlepunten de celdeling vaak stoppen of vertragen totdat alle componenten van de cel klaar zijn om de volgende fase in te gaan. Als een controlepunt bijvoorbeeld verzwakt is, kan de cel niet 'opmerken' dat een chromosomenpaar niet is omwikkeld met de spoelfiguur. In zo'n geval zouden de meeste chromosomen normaal scheiden (waarbij één chromatide in elke cel terechtkomt), terwijl andere helemaal niet zouden scheiden. Dit zou resulteren in een dochtercel zonder een kopie en een dochtercel met een extra kopie.[9]

Volledig inactieve mitotische controlepunten kunnen non-disjunctie veroorzaken bij meerdere chromosomen, mogelijk zelfs bij alle. Een dergelijk scenario zou ertoe kunnen leiden dat elke dochtercel een onsamenhangende set genetisch materiaal bezit.

Merotelische aanhechting vindt plaats wanneer één kinetochoor aan beide mitotische spoelpolen is gehecht. De ene dochtercel zou een normaal aantal chromosomen hebben; de tweede zou er één missen. Een derde dochtercel zou uiteindelijk het 'ontbrekende' chromosoom kunnen krijgen.

Multipolaire spoelen: er vormen zich meer dan twee spoelpolen. Een dergelijke mitotische deling zou resulteren in één dochtercel per spoelpool; elke cel zou een onvoorspelbaar aantal chromosomen kunnen bezitten.

Monopolaire spoel: er vormt zich slechts één spoelpool. Dit produceert één dochtercel met een verdubbeld aantal kopieën.

Een tetraploïde intermediair kan het eindresultaat zijn van het monopolaire spoelmechanisme. In dat geval heeft de cel een verdubbeld aantal kopieën ten opzichte van een normale cel en produceert ook een verdubbeld aantal spoelpolen. Dit resulteert in vier dochtercellen met een onvoorspelbare samenstelling van chromosomen, maar met een normaal aantal kopieën.

Somatisch mozaïcisme in het zenuwstelsel

[bewerken | brontekst bewerken]

Mozaïcisme voor aneuploïde chromosoominhoud kan deel uitmaken van de constitutionele samenstelling van de hersenen van zoogdieren.[10][11] In de normale menselijke hersenen vertoonden hersenmonsters van zes individuen in de leeftijd van 2 tot 86 jaar mozaïcisme voor aneuploïdie van chromosoom 21 (gemiddeld 4% van de geanalyseerde zenuwcellen).[12] Deze aneuploïdie op laag niveau lijkt te ontstaan door defecten in het uiteengaan van de chromosomen tijdens de celdeling in voorloperzenuwcellen,[13] en zenuwcellen met een dergelijke aneuploïde chromosoominhoud integreren naar verluidt in normale circuits.[14] Recent onderzoek met behulp van single-cell sequencing heeft deze bevindingen echter in twijfel getrokken en gesuggereerd dat aneuploïdie in de hersenen in werkelijkheid zeer zeldzaam is.[15][16]

Somatisch mozaïcisme bij kanker

[bewerken | brontekst bewerken]

Aneuploïdie wordt consistent waargenomen in vrijwel alle kankers.[2][17] De Duitse bioloog Theodor Boveri was de eerste die een oorzakelijke rol voor aneuploïdie bij kanker voorstelde. De theorie van Boveri raakte echter in de vergetelheid totdat de moleculair bioloog Peter Duesberg deze opnieuw onder de loep nam.[18] Het begrijpen via welke mechanismen het de tumorevolutie kan beïnvloeden, is een belangrijk onderwerp in het huidige kankeronderzoek.[19]

Somatisch mozaïcisme komt voor in vrijwel alle kankercellen, waaronder trisomie 12 bij chronische lymfatische leukemie (CLL) en trisomie 8 bij acute myeloïde leukemie (AML). Deze vormen van mozaïsche aneuploïdie ontstaan echter via mechanismen die verschillen van die welke doorgaans geassocieerd worden met genetische syndromen met volledige of mozaïsche aneuploïdie, zoals chromosomale instabiliteit[20] (als gevolg van defecten in de mitotische segregatie in kankercellen). Daarom zijn de moleculaire processen die leiden tot aneuploïdie doelwitten voor de ontwikkeling van kankermedicijnen. Zowel resveratrol als aspirine zijn in vivo (bij muizen) aangetroffen in het selectief vernietigen van tetraploïde cellen die mogelijk voorlopers zijn van aneuploïde cellen, en in het activeren van AMPK, dat mogelijk bij dit proces betrokken is.[21]

Verstoring van normale mitotische controlepunten zijn ook belangrijke tumorvormende gebeurtenissen, en deze kunnen rechtstreeks leiden tot aneuploïdie.[22] Verlies van het tumorsuppressorgen p53 resulteert vaak in genomische instabiliteit, wat kan leiden tot het aneuploïde genotype.[23]

Daarnaast worden genetische syndromen waarbij een individu vatbaar is voor chromosoombreuken (chromosoominstabiliteitssyndromen) vaak geassocieerd met een verhoogd risico op verschillende soorten kanker, wat de rol van somatische aneuploïdie bij carcinogenese benadrukt.[24]

Het vermogen om het immuunsysteem te ontwijken lijkt versterkt te zijn in tumorcellen met sterke aneuploïdie. Dit heeft er daarom toe geleid dat de aanwezigheid van een abnormaal aantal chromosomen een effectieve voorspellende biomarker zou kunnen zijn voor de respons op precieze immunotherapie. Bijvoorbeeld, bij melanoompatiënten zijn hoge somatische kopieaantalafwijkingen geassocieerd met een minder effectieve respons op immuuncheckpointblokkade met anti-CTLA4 (cytotoxisch T-lymfocyt-geassocieerd proteïne 4) therapie.[19]

Een onderzoek gepubliceerd in 2008 richt zich op de mechanismen die betrokken zijn bij de vorming van aneuploïdie, met name op de epigenetische oorsprong van aneuploïde cellen. Epigenetische overerving wordt gedefinieerd als cellulaire informatie, anders dan de DNA-sequentie zelf, die nog steeds erfelijk is tijdens celdeling. DNA-methylering en histonmodificaties vormen twee van de belangrijkste epigenetische modificaties die van belang zijn voor veel fysiologische en pathologische aandoeningen, waaronder kanker. Abnormale DNA-methylering is de meest voorkomende moleculaire afwijking in kankercellen, zelfs vaker dan genmutaties. Het stilleggen van tumorsuppressorgenen door hypermethylering van de CpG-eilandpromotor wordt beschouwd als de meest voorkomende epigenetische modificatie in kankercellen. Epigenetische kenmerken van cellen kunnen worden gemodificeerd door verschillende factoren, waaronder blootstelling aan de omgeving, tekorten aan bepaalde voedingsstoffen, straling, enz. Sommige van deze veranderingen zijn in vivo in verband gebracht met de vorming van aneuploïde cellen. In deze studie wordt op basis van een groeiend aantal bewijzen gesuggereerd dat niet alleen genetica, maar ook epigenetica bijdragen aan de vorming van aneuploïde cellen.[25]

Partiële aneuploïdie

[bewerken | brontekst bewerken]

De termen "partiële monosomie" en "partiële trisomie" worden gebruikt om een onevenwicht in genetisch materiaal te beschrijven dat wordt veroorzaakt door verlies of winst van een deel van een chromosoom. Deze termen worden met name gebruikt in het geval van een ongebalanceerde translocatie, waarbij een individu een afgeleid chromosoom draagt dat is ontstaan door de breuk en fusie van twee verschillende chromosomen. In deze situatie heeft het individu drie kopieën van een deel van één chromosoom (twee normale kopieën en het deel dat zich op het afgeleide chromosoom bevindt) en slechts één kopie van het deel van het andere chromosoom dat bij het afgeleide chromosoom betrokken is. Robertsoniaanse translocaties zijn bijvoorbeeld verantwoordelijk voor een zeer klein deel van de gevallen van het syndroom van Down (<5%). De vorming van één isochromosoom resulteert in partiële trisomie van de genen die aanwezig zijn in het isochromosoom en partiële monosomie van de genen in de verloren arm.

Stoffen die aneuploïdie kunnen veroorzaken, worden aneugenen genoemd. Veel mutagene carcinogenen zijn aneugenen. Röntgenstraling kan bijvoorbeeld aneuploïdie veroorzaken door het chromosoom te fragmenteren; het kan ook het spoelapparaat aantasten.[26] Andere chemicaliën, zoals colchicine, kunnen ook aneuploïdie veroorzaken door de polymerisatie van microtubuli te beïnvloeden.

Blootstelling van mannen aan leefstijl-, milieu- en/of beroepsrisico's kan het risico op aneuploïdie van zaadcellen verhogen. [27] Sigarettenrook bevat chemicaliën die DNA-schade veroorzaken.[28] Roken kan ook aneuploïdie induceren. Roken verhoogt bijvoorbeeld de disomie van chromosoom 13 in zaadcellen met een factor 3,[29] en de YY-disomie met een factor 2.[30]

Beroepsmatige blootstelling aan benzeen wordt in verband gebracht met een 2,8-voudige toename van XX-disomie en een 2,6-voudige toename van YY-disomie in zaadcellen.[31]

Pesticiden komen in zulke grote hoeveelheden in het milieu terecht dat de meeste mensen er in zekere mate aan worden blootgesteld. Van de insecticiden fenvaleraat en carbaryl is gemeld dat ze de aneuploïdie van zaadcellen verhogen. Beroepsmatige blootstelling van werknemers in pesticidenfabrieken aan fenvaleraat wordt in verband gebracht met verhoogde DNA-schade in zaadcellen.[32] Blootstelling aan fenvaleraat verhoogde de disomie van de geslachtschromosomen met een factor 1,9 en de disomie van chromosoom 18 met een factor 2,6.[33] Blootstelling van mannelijke werknemers aan carbaryl verhoogde de DNA-fragmentatie in zaadcellen en verhoogde tevens de disomie van de geslachtschromosomen met een factor 1,7 en de disomie van chromosoom 18 met een factor 2,2.[34]

Mensen worden blootgesteld aan perfluorverbindingen (PFC's) in veel commerciële producten.[35] Mannen die besmet zijn met PFC's in bloed of zaadvocht hebben zaadcellen met verhoogde niveaus van DNA-fragmentatie en chromosomale aneuploïdieën.[35]

BERJAYA hoofdartikel prenatale diagnostiek
BERJAYA
Voorbeeld van trisomie 21 gedetecteerd via kwantitatieve PCR-analyse van short tandem repeats.

Kiembaan-aneuploidie wordt doorgaans gedetecteerd door middel van karyotypering. Hierbij wordt een celmonster gefixeerd en gekleurd om het typische patroon van lichte en donkere chromosomale banden te creëren, waarna een afbeelding van de chromosomen wordt geanalyseerd. Andere technieken zijn onder andere fluorescentie-in-situhybridisatie (FISH), kwantitatieve PCR van short tandem repeats, kwantitatieve fluorescentie-PCR (QF-PCR), kwantitatieve PCR-doseringsanalyse, kwantitatieve massaspectrometrie van enkel-nucleotide-polymorfismen en comparatieve genomische hybridisatie (CGH).

Deze testen kunnen ook prenataal worden uitgevoerd om aneuploïdie tijdens een zwangerschap op te sporen, via vruchtwaterpunctie of vlokkentest. Zwangere vrouwen van 35 jaar en ouder krijgen prenatale testen aangeboden, omdat de kans op chromosomale aneuploïdie toeneemt met de leeftijd van de moeder.

Recente ontwikkelingen hebben minder invasieve testmethoden mogelijk gemaakt, gebaseerd op de aanwezigheid van foetaal genetisch materiaal in het bloed van de moeder. Zie tripeltest en celvrij foetaal DNA.