מהם כרומוזומים?

כרומוזומים הם מבנים מורכבים דמוי חוט, שמצויים בכל התאים למעט תאי דם אדומים. הם מורכבים מדנ"א (החומר התורשתי), ממספר חלבונים (היסטונים ולא היסטונים), רנ"א ורב-סוכרים. הכרומוזומים הם בעצם מארז כדורי של הדנ"א. הדנ"א נושא בחובו את הוראות הגדילה, ההתפתחות והתפקודים של הגוף. הוראות אילו מאורגנות על גבי הדנ"א ביחידות הנקראות גנים. מכאן ברור הקשר בין השינויים במבנה הכרומוזומים לבין היווצרות מחלות והפרעות למיניהן.  ענף במדע הביולוגיה החוקר את הכרומוזומים וכיצד שינוי במבנה ובמספר שלהם משפיע על הגדילה, ההתפתחות והבריאות של פרטים נקרא  ציטוגנטיקה.

אורכם הכולל של כל סלילי הדנ"א בתא אחד של האדם, כאשר הם פרושים מגיע ליותר משני מטרים, והם מצויים בגרעין התא שגודלו נע בסביבות 5 עד 10 מיקרון בדרך כלל. הכרומוזומים אינם מצויים בגרעין בצורת בליל של חוטים אלא כמארז כדורי. הדנ"א ארוז בצורה מופתית בתוך הגרעין, בעזרתם של חלבונים ייחודיים שתפקידם להביא את הדנ"א למצב דחיסות גבוה אך מסודר.

תאי האדם מכילים 46 כרומוזומים, והם מאורגנים ב-23 זוגות כרומוזומים הומולוגיים , דהיינו שווים מבחינה מערך הגנים שלהם. קיימים 22 זוגות כרומוזומים אוטוזומלים וזוג אחד של כרומוזומי מין אותם המדענים כינו: X ו-Y (ראו בתחתית הקריוטיפ). כרומוזומי המין שונים זה מזה מבחינת מערך הגנים שלהם, ואף-על-פי-כן הם מתפקדים כהומולוגים במיוזה, בעת התחלוקתם לשתי קבוצות. כרומוזומי המין קובעים את מינו של הפרט. אצל הנקבה הרכב הכרומוזומים הוא 22 זוגות כרומוזומים אוטוזומלים ושני כרומוזומים X. אצל הזכר ההרכב הוא 22 זוגות כרומוזומים אוטוזומלים, כרומוזום X וכרומוזום Y. הימצאותו של כרומוזום Y בביצית מופרית תקבע את מין הצאצא לזכר. ביצית עם סטייה כרומוזומלית כדוגמת XXY תתפתח לכדי צאצא ממין זכר.

כיום אפשר לצבוע כל כרומוזום בצבע שונה, וכך הוכח כי לכל כרומוזום טריטוריה כדורית משלו בגרעין. נמצא כי באדם כרומוזומים גדולים נוטים להימצא בהיקף הגרעין ואילו הקטנים ממוקמים יותר במרכז. זה שנים ידוע מצילומים במיקרוסקופ אלקטרונים כי הדנ"א הנמצא בסמוך לקרום התא שרוי במצב דחיסות גבוה ביותר, ולכן אינו פעיל מבחינה ביוכימית. באדם כרומוזומים 13, 14, 15, 21, 22 מתאגדים יחד ויוצרים גרעינון שאינו מוקף בקרום. אפשר להבחין בנקל בגרעינון בעזרת מקרוסקופ אור פשוט. אפשר למצוא בתא רגיל גריענון אחד או שניים, ואילו מספרם רב ביותר בתאים סרטניים, עובדה ששימשה שנים רבות כקריטריון לזיהו תאים סרטניים. תפקידו העיקרי של הגרעינון הוא יצירת מולקולות רנ"א ייחודיות החשבות ליצירת הריבוזומים, ותאים סרטניים זקוקים למספר רב של ריבוזומים.

בדרך כלל הכרומוזומים אינם ניתנים לצפייה במיקרוסקופ אור, אבל במהלך חלוקת התא כאשר הדנ"א הוכפל, נדחס, ומתעבה מספיק, כן ניתן לצפות בהם בהגדלה של פי 1000 ולנתח את הממצאים. כדי שיהיה אפשר לצפות בכרומוזומים באחד משלבי חלוקת התא, בין אם בשלב המטאפזה או בשלב הפרומטפאזה, יש צורך במתן חומר שיעכב את התהוות הכישור והמשך החלוקה של הכרומוזומים. השיטה הבסיסית לניתוח מצבם של הכרומוזומים היא נטילת מספר תאים מרקמות שונים ומקומות שונים (כדי לשלול פסיפס כרומוזומלי). לדאוג להתרבות התאים באמצעות הספקת מזון ומים. לאחר מכן לספק חומר מעכב כדי לעצור את חלוקת התא בשלב המתאים ביותר. מיד אחר כך לחשוף את התאים לתמיסה היפוטונית כדי להרחיב את התאים ולאפשר לכרומוזומים להתפרש בתוכם כיאות. השלב האחרון לפני הצפייה במיקרוסקופ הוא צביעת הכרומוזומים כדי לאפשר ולראות הבדלים בין הכרומוזומים לא רק על פי גודלם ומקום הצנטרומר אלא גם לפי הפספוס שלהם. תכלית הצביעה לאפשר לראות שמא קיימים הבדלים בין כרומוזומים הומולוגיים שאמורים להיות דומים  הצג תמונה).

החוקרים במעבדה מארגנים את הכרומוזומים זוגות זוגות על פי גודלם, על פי מיקום הצנטרומר ועל פי תבנית הפסים הבהירים והכהים. התצוגה החזותית נקראת קריוטיפ (הצג תמונה). זוגות הכרומוזומים בקריוטיפ ממוספרים על פי גודלם: כרומוזום מספר 1 הוא הגדול ביותר ואילו כרומוזום 22 הוא הקטן ביותר.

האיור למטה הוא הדגמה של זוג כרומוזומים הומולוגיים המחוברים בצנטרומר . הזרוע הקצרה (העליונה) נקראת זרוע p (פטיט בצרפתית - קטן). הזרוע הארוכה נקראת q (האות הבאה באלף בית הלועזי אחרי p).

 הקטע המחבר בין שתי הזרועות נקרא צנטרומר וקצה הכרומוזום נקרא טלומר .
באיור משמאל מוצג כרומוזום 21 משוכפל, כאשר שתי הכרומטידות שלו עדיין מחוברות לצנטרומר. הכרומוזום מחולק לשתי זרועות, והפסים שעל פניו ממוספרים מהצנטרומר לכוון הטלומר. הקטע, המסומן בכוכבית בזרוע הארוכה (q), ייוצג באופן הבא: 21q22.3.

במרבית הכרומוזומים הצנטרומר מצוי במרכז או קרוב למרכז, אך ישנם כרומוזומים אקרוצנטריים :   13, 14, 15, 21, 22, שהצנטרומר שלהם קרוב לקצה הכרומוזום באופן שהכרומוזום מתחלק לזרוע ארוכה מאוד וזרוע קצרה מאוד (זהה את הכרומוזמים האקרוצנטריים בקריוטיפ). ולא רק זאת אלא, שהזרוע הקצרה מכילה מעט מאוד מידע גנטי חיוני. היא מכילה בעיקר דנ"א לוויאני (satellites) וגנים האחראים לייצור רנ"א ריבוזומי (stalks).  דנ"א לוויאני (sa) הם רצפים של דנ"א החוזרים על עצמם, והוא מפוזר על פני הגינום האנושי, על פני כרומוזום 1, 9, 16 ו-Y וכן על הזרועות הקצרות של כרומוזומים אקרוצנטריים ואף וקרוב לצנטרומרים. ניתן לומר, שרצפים אילו הם "רצפים הומולוגיים" ובמקרה של אובדנם, קטעים הומולוגיים אחרים יבצעו את משימתם בהצלחה.

כל אחד מבני זוג הומולוגים מקורו או מהאב או מהאם. כרומוזום, שמקורו מהאב, יקרא כרומוזום אבהי ואילו כרומוזום, שמקורו מהאם, יקרא כרומוזום אימהי . כל בן זוג (הומולוג) נושא גנים דומים לבן זוגו, אך ביטויים של הגנים יכולה להיות שונה. לדוגמא, הגן ליצור פיגמנט השיער מצוי גם על הכרומוזום האבהי וגם על הכרומוזום האימהי, אך ההתבטאות שלו תתכן ותהיה שונה מכרומוזום לכרומוזום..

באיור למטה ניתן לראות כיצד נצפה כרומוזום מספר 4 לפני 20 שנה וכיצד הוא נצפה בעת הזאת באמצעות המיקרוסקופ. אז הצילום נלקח בשלב המטפאזה כאשר יכולת הפרדה הייתה נמוכה. ואילו כיום הצילום נלקח בשלב הפרומטפאזה בעת חלוקת-התא באמצעות יכולת ההפרדה גבוהה של 700 פסים עד 1200 פסים.

מוטציות מסוימות, שבעבר לא ניתן היה לזהותם, נגלים כיום לעיני החוקרים בשיטות החדישות של חקר התא (הצג תמונה). שים לב כיצד ניתן לזהות בקלות מוטציית השמט (deletion) בהומולוג הימני.

בעקבות חלוקת הפחתה בבלוטות המין, תאי הביצית ותאי הזרע מכילים מחצית מסך הכרומוזומים הכולל, 23 כרומוזומים במקום 46 כרומוזומים (ראה אנימציה איטית של חלוקת הפחתה). גרעין תא הביצית או הזרע מכיל מערך יחיד של כרומוזומים, אך מערך זה איננו אקראי. יש לו נציג אחד מכל זוג הומולוגיים או מהאב או מהאם. בעת ההפריה, ההתעברות, תאי הזרע והביצית מתאחים והעובר החדש מקבל בדיוק 46 כרומוזומים. הביצה המופרית המכילה 23 זוגות כרומוזומים נקראת זיגוטה . הזיגוטה יורשת זוג כרומוזומים הומולוגיים: נציג אחד מהאב ונציג השני מהאם. הכרומוזומים בזיגוטה מוכפלים ועוברים לשני תאי בת. בכל תא בת מועבר מערך זהה של כרומוזומים. משני תאים נוצרים ארבעה תאים ומהם שמונה תאים וכך הלאה.

לסיכום, הכרומוזום מהווה את המארז של המידע התורשתי. החוקרים מסוגלים בשיטות מוסיימות לצפות בהם ולזהות שינויים וחריגות במבנה שלהם ובמספרם ולנבא הפרעות התפתחותיות בעובר. על פי רוב ההורים מקבלים קריוטיפ ועל כך במאמר הבא.