kromosom - Struktur, som bærer DNA

Genetiske sygdomme. Mennesket har normalt 46 kromosomer, der er ordnet som 22 autosomale kromosompar og et kønskromosompar, som enten består af to X-kromosomer (kvinder) eller af et X- og et Y-kromosom (mænd). I hvert kromosompar indgår et kromosom fra individets far og et fra dets mor. Her ses en ordnet og nummereret opstilling af det ene af kromosomerne i hvert autosompar og de to kønskromosomer (X og Y) yderst th. Det nederste tal angiver antallet af sygdomsgener, som ved genteknik er fundet på det enkelte kromosom.

John Fowlie.

Licens: Begrænset anvendelse

Kromosom. Mikroskopipræparater af menneskekromosomer, som er undersøgt ved in situ-hybridisering. Hertil er anvendt en farvemærket probe, dvs. en DNA-streng, der fæstner sig til kernemateriale, i dette tilfælde til kromosom nr. 21. Cellerne er opsamlet ved fostervandsprøve under en graviditet; de tre gule pletter i hver celle illustrerer, at fostrets celler har tre kromosomer nr. 21 og dermed, at der foreligger kromosomsygdommen Downs syndrom (trisomi-21).

Karen Brøndum-Nielsen/John F. Kennedy Instituttet.

Licens: Begrænset anvendelse

Et kromosom er en lille, langstrakt struktur, som bærer arvelige egenskaber (gener), og som muliggør genernes nedarvning. Generne består af nukleinsyren DNA. Kromosomer findes i cellekernen (se celle) hos planter og dyr i et antal, som er karakteristisk for den enkelte art.

Faktaboks

Etymologi: Ordet kromosom kommer af kromo- og græsk soma 'legeme'.

Kromosomer er stærkt farvbare og kan ses i lysmikroskop ved stor forstørrelse. De blev første gang påvist i slutningen af 1800-tallet, og allerede dengang betragtede man dem som "arvestoffet"; siden er det blevet klart, at de spiller en vigtig rolle i forbindelse med arternes formering, homøostase (selvopretholdelse) og evolution. I 1959 blev det erkendt, at kromosomfejl kan være årsag til sygdomme som fx Downs syndrom. Læren om kromosomer, cytogenetik, udvikledes i begyndelsen af 1900-tallet, især efter inddragelsen af bananfluer som studieobjekt. Den fundamentale rolle, DNA spiller for den biologiske arv, blev først endeligt påvist i 1950'erne.

Nedarvning

Kromosom er fra en celle under deling (i metafase); de er farvet, så de karakteristiske bånd fremkommer. Øverst er kromosomerne vist, som de ser ud under mikroskopet under stor forstørrelse. Følgende strukturer er markeret: a p-arm; b centromer; c q-arm; d satellit; e metacentrisk kromosom; f submetacentrisk kromosom og g akrocentrisk kromosom. Nederst er de 46 kromosomer opstillet parvis efter størrelse, centromerets placering og båndmønstre i en såkaldt karyotype. Kønskromosomerne X og Y viser, at cellen stammer fra en mand.

Kromosomlaboratoriet, Rigshospitalet, København.

Licens: Begrænset anvendelse

Kromosomer ses bedst under celledelingens midtfase (metafasen), hvorunder de er særlig fortættede, se celledeling. Det enkelte kromosom består i denne form af to langstrakte kromatider, som er snøret sammen i centromeret. De to kromatider i et kromosom er genetisk identiske og benævnes søsterkromatider. De er dannet ved, at kromosomet i celledelingens mellemfase (interfasen) er blevet fordoblet, replikeret.

Under delingen af modercellen under den normale celledeling, mitosen, adskilles de to søsterkromatider og føres til hver sin dattercelle. Denne mekanisme medfører, at det genetiske indhold i de to datterceller er identisk med indholdet i modercellen, og processen er således af afgørende betydning for vedligeholdelsen af arvematerialet i det enkelte individs celler; alle kropsceller i et individ indeholder nøjagtig den samme genetiske information (bortset fra sjældne mutationer, fx kromosomfejl, jf. nedenfor).

Kromosomers struktur

Forskellige kromosomer kan have vidt forskellig størrelse både inden for samme art og mellem arter. Det enkelte kromosom er ud over sin størrelse karakteriseret ved centromerets placering, hvorved kromosomet oftest deles i en kort arm, p-armen, og en lang arm, q-armen.

Centromerets placering

Centromeret kaldes den primære konstriktion (sammensnøring), idet der på visse kromosomer kan ses mindre tydelige sekundære konstriktioner. Er centromeret placeret midt på kromosomet, og de to arme lige lange, er kromosomet metacentrisk, sidder det i den ene ende, kaldes det telocentrisk, er det placeret lidt inde, således at der findes ganske små p-arme, kaldes det akrocentrisk, og sidder det mellem midten og enden af kromosomet, er kromosomet submetacentrisk. Visse akrocentriske kromosomer er for enden af de meget korte p-arme forsynet med en tynd stilk, hvorpå der sidder små kugleformede satellitter indeholdende DNA. Den yderste ende af en kromosomarm betegnes telomer.

Kromosomets bestanddele

Kromosomer består af kromatin: eukromatin, der er genetisk aktivt, samt heterokromatin, der er inaktivt. Heterokromatin adskiller sig histologisk fra eukromatin ved, at det farves "anderledes", deraf betegnelsen hetero. På et metafase-kromosom består områderne omkring centromeret og de sekundære konstriktioner af heterokromatin, og disse områder farves således anderledes end den øvrige del af kromosomet, der består af eukromatin. I interfasen betegnes de stærkt farvbare kromatinkorn, man ser i mikroskopet, også heterokromatin, idet de menes at repræsentere de dele af kromosomerne, der ikke er genetisk aktive i den pågældende celle på det pågældende tidspunkt.

Hos planter og dyr (eukaryoter) er den væsentligste bestanddel af kromatin nukleinsyren (kernesyren) DNA, som er en lang dobbeltspiral (dobbelthelix), som bærer generne, og som i et enkelt kromosom udgøres af ét enkelt, langt og ubrudt DNA-molekyle.

Pakning

Under celledelingen er DNA-molekylet vha. et sindrigt system ekstremt sammenpakket i kromosomet. Strækkes de 46 DNA-molekyler i en menneskecelle ud i forlængelse af hinanden, vil de tilsammen udgøre en 1,7 m lang DNA-streng: I metafasen er kromosomernes samlede længde derimod kun ca. 170 mikrometer, dvs. ¹/_10.000 så lang.

Ud over DNA består kromatin af forskellige proteiner, hvoraf de vigtigste er en række histoner, som er i stand til at binde sig til DNA-molekylet. Disse har afgørende betydning for DNAets pakning, som menes at foregå på fire niveauer.

Det første niveau består af nukleosomet, hvor DNA-spiralen er snoet to gange rundt om hvert af en lang række histonkomplekser. På det næste niveau dannes solenoiden. Her er kæden af nukleosomer opsnoet i en spiral med 6-7 nukleosomer pr. omdrejning. På tredje niveau danner solenoiden slynger, der holdes sammen af atter andre proteiner, og på fjerde niveau sker en foldning, hvorved kromosomet får sin endelige form og bliver synligt i mikroskopet. Det udstrakte DNA-molekyle er i sig selv alt for tyndt til at kunne ses ved almindelig lysmikroskopi, men kan erkendes i elektronmikroskopet.

I det tætpakkede metafase-kromosom er generne inaktive. I interfasen, som regel den længstvarende del af en celles cyklus, er dele af DNA viklet ud, despiraliseret, svarende til de områder, hvor der findes aktive gener. Kromosomets øvrige dele ses som genetisk inaktive heterokromatiske kromatinkorn.

De processer og mekanismer, der er ansvarlige for despiraliseringen og aktiveringen af generne, er ikke kendt i detaljer, men styringen sker dels genetisk af DNA selv, dels af ydre påvirkninger, fx stofskifteprodukter. Kromatinets udseende, kernestrukturen, er forskelligt i forskellige væv og afhængigt af disses funktionstilstand. Ligeledes er kernestrukturen afvigende i celler, der dyrkes kunstigt i næringsvæsker.

I cellekernen er de mere eller mindre despiraliserede kromosomer hverken tilfældigt lejrede eller filtret ind mellem hinanden, men findes i hvert sit område (domæne), indbyrdes placeret efter et ukendt system. Visse geners aktivering hhv. inaktivering afhænger af, fra hvilken af forældrene det kromosom, hvorpå generne sidder, stammer. Fænomenet kaldes genetisk prægning.

Mere enkelt byggede organismer som bakterier og blågrønalger, der er prokaryoter, dvs. kerneløse, samt virus indeholder mindre DNA end eukaryoter, og såvel DNA som proteinkomplekserne er simplere (visse virus indeholder nukleinsyren RNA i stedet for DNA). Organiseringen af arvematerialet hos disse organismegrupper er beskrevet i deres egne artikler.

Kromosomtal og -størrelse

Både kromosomtallet og de enkelte kromosomers størrelse varierer fra art til art. Mennesket har 46 kromosomer fordelt på 23 par i almindelige, diploide legemsceller, mens haploide kønsceller har et enkelt (uparret) kromosomsæt: 23 kromosomer. De 22 af parrene kaldes autosomer og er fælles for de to køn. De to autosomer, der udgør et par i en celle, er ens af udseende og stammer fra hver af forældrene.

X- og Y-kromosomer

Det sidste par er kønskromosomerne, som hos kvinden er to X-kromosomer og hos manden et X- og et Y-kromosom. Ægceller indeholder 22 autosomer og et X-kromosom, sædceller 22 autosomer og enten et X- eller et Y-kromosom. Ved befrugtning af en ægcelle med en sædcelle genoprettes kromosomtallet 46, og fosterets køn afhænger af, hvorvidt den befrugtende sædcelle indeholdt et X- eller et Y-kromosom.

Y-kromosomet er lille og indeholder kun få gener, hvoraf de væsentligste har betydning for udviklingen af det mandlige køn. Defekter i disse gener kan medføre nedsat eller manglende fertilitet og unormalt udviklede kønskarakterer. Hos kvinden er det ene X-kromosom delvis inaktiveret; kun de få gener, som findes tilsvarende på Y-kromosomet, forbliver aktive. Inaktiveringen af det ene X-kromosom finder sted tidligt i fosterudviklingen, og i den enkelte celle er det helt tilfældigt, om det er X-kromosomet fra moderen eller faderen, der inaktiveres. Det inaktiverede X-kromosom kan ses i cellekerner fra kvinder som et lille kromatinlegeme kaldet Barr-legemet beliggende op mod kernemembranen.

Kromosomidentifikation

På grundlag af kromosomernes længde, centromerets placering samt de karakteristiske tværstribningsmønstre, som fremkommer ved farvning, kan menneskets 23 kromosompar skelnes fra hinanden og opstilles parvis efter størrelse i en såkaldt karyotype. Karyotypen er karakteristisk for den enkelte art, men kan afvige i det enkelte individ i forbindelse med abnorme kromosomforhold, fx i forbindelse med kromosomsygdomme.

Artsvariation

Huskatten har 38 kromosomer (19 par), hunden 78, kvæg 60, hest 64, svin 40 og ræv 34. Husmus har 40 kromosomer, som alle er telocentriske. Der er ingen klare tendenser i forekomsten af kromosomtal på tværs af pattedyrslægter og -familier, som på nogen måde kan sættes i forbindelse med evolutionen af mere avancerede arter. Ligeledes giver det samlede DNA-indhold i cellerne ingen indikation af evolutionær kompleksitet. Bananfluen, et af de mest intensivt studerede forsøgsdyr i genetikken, har otte kromosomer, og blandt insekterne kendes mindst én sommerfugleart med så mange som 224.

Planters kromosomtal

Studiet af kromosomtal og -sammensætning har siden 1920'erne fundet stor anvendelse i den botaniske taksonomi og systematik. Generelt har sporeplanter de højeste kromosomtal; rekorden indehaves af en slangetungeart (en bregne) med omkring 1320 kromosomer. Det laveste indehaves af en frytleart (en halvgræs og dermed en frøplante) med seks kromosomer. Mange blomsterplanter har kromosomtal på 14-48, og inden for mange slægter optræder polyploide rækker, dvs. beslægtede arter, hvis kromosomtal er multipla af samme grundtal. Kromosommorfologien varierer meget mellem plantearter. Halvgræsser har således meget små kromosomer, mens arter i visse slægter i ranunkelfamilien har meget store.

Kønskromosomer

Som hos mennesket er kønnet hos andre pattedyr bestemt af kønskromosomerne X og Y. Alle hunner har to X-er, og alle hanner et X og et Y (sjældent blot et X). Hos fugle og fx slanger er forholdet derimod lige omvendt; her har hannen to ens kromosomer kaldet Z, og hunnen et Z- og et W-kromosom. Fisk, insekter og planter har almindeligvis ikke kønskromosomer.

Menneskeabernes kromosomer

Menneskeabernes kromosomer er dem, der ligner menneskets mest. Menneskeaberne chimpanse, bonobo, gorilla og orangutang har hver 48 kromosomer. Mennesket har som tidligere omtalt kun 46 kromosomer, idet to akrocentriske kromosomer, som findes hos menneskeaberne, hos mennesket er smeltet sammen til et stort submetacentrisk kromosom. Gennemgår man menneskets og menneskeabernes kromosomer ét for ét, finder man kun meget små forskelle i størrelse, centromerernes placering og båndmønstrene, hvilket vidner om den betydelige arvemæssige lighed, der er mellem mennesket og menneskeaberne; enkelte af kromosomerne synes at være forblevet uforandrede helt tilbage fra den fælles forfader, der levede for 6-8 mio. år siden. Lighederne afspejles også i DNA-sekvenserne, som mellem chimpanse og menneske blot afviger med ca. 1%.

Medfødte kromosomabnormiteter

Først så sent som i 1956 lykkedes det med sikkerhed at fastslå menneskets kromosomtal til 46. Få år efter fandt man, at patienter med Downs syndrom havde 47 kromosomer, idet de havde tre i stedet for som normalt to kromosomer nr. 21 (trisomi 21). Snart påvistes en række andre aneuploidier, dvs. syndromer med et afvigende kromosomtal. Autosomale aneuploidier resulterer i mental retardering og forskellige misdannelser, som i visse tilfælde hurtigt fører til døden. Aneuploidi af kønskromosomerne er almindeligvis mindre alvorlige.

Også tab af kromosommateriale (deletion) kan medføre kromosomsygdom. Bedst kendt er deletion af den korte arm af kromosom nr. 5, hvilket fører til det såkaldte cri du chat-syndrom. Kromosommateriale kan også fordobles (ved duplikation) eller omlejres inden for det enkelte kromosom (inversion) eller mellem kromosomer (translokation). Disse fejl opstår hyppigst i meiosen og fører til kromosomsygdom, hvis de resulterer i enten tab eller overskud af eukromatin (hhv. partiel monosomi og partiel trisomi). Afvigende kromosomer kan opdages vha. en særlig hybridiseringsteknik, se in situ-hybridisering. Se også genetiske sygdomme.

Erhvervede kromosomfejl

Kromosomfejl kan opstå spontant i legemsceller eller som følge af påvirkninger udefra, fx i form af stråling eller kemiske stoffer. Ved en lang række kræftformer har man påvist særlige kromosomfejl, hvoraf visse synes at forekomme mere eller mindre tilfældigt, mens andre er karakteristiske for den pågældende kræftform.

Hvis en kromosomfejl rammer gener af betydning for udvikling af kræft (fx onkogener eller tumorsuppressorgener), kan disse aktiveres hhv. inaktiveres og dermed starte udviklingen af en kræftsygdom. Philadelphia-kromosomet er et eksempel på en karakteristisk kromosomfejl (translokation mellem kromosom 9 og 22), som har betydning for udviklingen af blodkræften kronisk myeloid leukæmi.

Læs mere i Den Store Danske

Kommentarer

Kommentarer til artiklen bliver synlige for alle. Undlad at skrive følsomme oplysninger, for eksempel sundhedsoplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer, når de kan.

Du skal være logget ind for at kommentere.