Genoommutatsioonide korral muutub kromosoomide või kromosoomistike arv. Erinevalt normaalsest liigiomasest kromosoomiarvust e. homöoploidsusest nimetatakse kõrvalekaldeid heteroploidsuseks (heteroploidiateks). Heteroploidiseerumisel võib kromosoomide arv kas suureneda või väheneda. Kui kromosoomiarv muutub kogu kromosoomistiku osas korraga on tegemist euploidsusega (näit. polüploidia taimedel). Üksikute kromosoomide arvu muutumist nimetatakse aneuploidsuseks (näit. 21. kromosoomi trisoomia Downi sündroomi puhul). Genoommutatsioonid tekivad mitoosi ja meioosi häirete tõttu (häired mitoosiaparaadis, kromatiidide lahknemisel, kromosoomide segregeerumisel jt.).

Euploidiad

    Euploidsuse (euploidy) all mõeldakse kõigi kromosoomivariantide (e. kromosoomistiku) kordset suurenemist või vähenemist. Kromosoomivariantide ühekordsust nimetatakse monoploidsuseks (tähis x). Kromosoomide kordsuse järgi jaguneb enamiku organismide elutsükkel haploidseks (n) ja diploidseks (2n) faasiks. Haploidses faasis (loomadel gameetides, õistaimedel lootekotis ja tolmuteras) on reeglina kõiki kromosoomivariante üks, seega on tegemist monoploidsusega (x). Diploidses faasis (näiteks somaatilistes rakkudes) on kõiki kromosoomivariante kaks, mis tähendab, et rakud on diploidsed (2x). Ploidsus tähendabki tegelikult üht tüüpi (homoloogsete) kromosoomide kordsust rakutuumas.
    Kõrgelt arenenud ja keerulistel organismidel ei ole geneetilise materjali kordne vähenemine (monoploidne konstitutsioon) reeglina eluvõimeline. Erandiks on näiteks mesilased, kellel viljastumata munarakust arenevad monoploidsed isased (lesed). Polüploidsuse korral on kromosoomistikke haploidses faasis rohkem kui üks (n > x) ja diploidses faasis rohkem kui kaks (2n > 2x). Väiksearvulisi kordusi tähistatakse sõnadega - triploid (3x), tetraploid (4x), pentaploid (5x) jne. Suuremaid kordusi (üle 10) tähistatakse ainult sümbolitega (11x,12x jne.). Polüploidid on põhimõtteliselt elujõulised ning võivad teatud juhtudel omada diploidide ees eeliseid.
    Polüploidsus iseloomustab eekõige taimeriiki, kus ploidsuse aste varieerub kuni 20-ni. Taimedel on polüploidid sageli elujõulisemadki kui diploidid. Looduslikult leidub polüploide näit. pika elueaga ja karmides oludes kasvavatel taimedel. Polüploidseid liike on palju sõnajalg- ja õistaimedel, vähem paljasseemnetaimedel. Arvatakse, et umbes pooled kõrgematest taimedest on oma sugulasliikide suhtes kromosoomiarvu-kordsed. Taimede evolutsioonis on polüploidsus sageli seotud liikidevahelise hübridiseerumisega. Hübriidsel taimel on enam kui üks genoom (kromosoomistik). Kui hübriidne kromosoomistik duplitseerub, on võimalik vanemliikide diploidsete kromosoomistike geneetiline rekombineerumine ning uue liigi teke.Polüploidiseerimist rakendatakse edukalt sordiaretuses. Nii on enamik kultuurtaimede sorte polüploidsed (põhiliselt allopolüploidid). Allopolüploidsuse puhul kordistuvad eri liikide (hübriidi) genoomid, autopolüploidsuse puhul aga üks ja sama genoom. Hübriidide polüploidiseerumine võimaldab normaalse homoloogide konjugeerumise ja segregeerumise meioosis ning tagab viljakuse. Inimese jaoks on tri- ja tetraploidsed taimed tihtipeale kasulikumad - nad on lopsakamad ja neis on rohkem plastiide. Siiski, tetraploidide ja kõrgemate polüploidide viljakus on tavaliselt madalam. Partenogeneetiline paljunemine risoomide, mugulate või võsudega võimaldab polüploididel aga säilida.
    Erinevalt taimeriigist ei etenda polüploidsus loomariigis erilist rolli. Polüploidiaga kaasneb loomadel tavaliselt sugukromosoomide tasakaalustamatus ja sellest tulenevalt häired soomääratluses. Enamus polüploide paljuneb aseksuaalselt, st. nad annavad järglasi ilma meioosi ja viljastumiseta. Järglased on siis ka geneetiliselt vanemate koopiad. Evolutsioonilisest aspektist vaadatuna on aseksuaalsed liigid arengu lõpppunktis, ükskõik kui edukad konkreetsed isendid ka spetsiifilistes tingimustes on. Polüploidseid partenogeneetilisi vorme on leitud näiteks putukatel, triploidseid isendeid on kirjeldatud lindudel (kanadel, kalkunitel), kaladel ja kahepaiksetel. Inimesel ei ole polüploidid elujõulised. Triploidsed ja tetraploidsed looted aborteeruvad enamasti juba arengu algfaasis. Üksikutel juhtudel on vastsündinutel leitud perifeerse vere rakkudes triploidne karüotüüp. Enamasti osutusid need lapsed (kelle eluiga oli vaid paar kuud) hiljem siiski mosaiikideks. Mosaiiksuse puhul on erinevates kudedes erinev kromosomaalne konstitutsioon (kromosoomiarv jne.). Miksoploidsus tähendab aga seda, et ühes ja samas koes on koos kromosomaalselt erinevad rakud. Polüploidiat (tri-, tetra- jne. ploidiat) esineb inimesel sageli kasvajarakkudes, samuti mõnedes normaalsetes rakkudes (maksarakud, soole epiteelirakud) ja in vitro rakukultuurides.

Aneuploidiad 

    Aneuploidsus (aneuploidy) tähendab kõrvalekallet üksikute kromosoomide kordsuses e. nende kadumist või lisandumist. Aneuploidsus võib kaasneda igasuguse ploidsuse astmega. Selle tähistamiseks lisatakse vastava euploidse kordsuse nimetusele liited hüper- või hüpo- ja tähisele vastavalt + või -, näiteks hüperdiploid (2x+), hüpotriploid (3x-), hüpertetraploid (4x+) jne. 
    Diploidsusega kaasnevad järgmised aneuploidsed seisundid: monosoomia - ühe kromosoomi kadu e. puudumine ( näiteks 2x-1), trisoomia - ühe kromosoomi lisandumine (2x+1), nullisoomia - ühe kromosoomipaari puudumine (2x-2) või tetrasoomia - kromosoomipaari lisandumine e. 4 homoloogse kromosoomi olemasolu (2x+2) jne. Inimese tsütogeneetikas eelistatakse eu- ja aneuploidiate kirjeldamisel tähist n tähisele x (ISCN, 1995).
    Aneuploidiad on eriti sagedased kasvajarakkudes ja in vitro loomsetes ning taimsetes rakukultuurides. Inimesel sünnivad autosoomide aneuploidiatest olulise sagedusega vaid 13. kromosoomia trisoomia (Patau sündroom), 18. kromosoomi trisoomia (Edwardi sündroom) ja 21. kromosoomi trisoomia (Downi sündroom); sugukromosoomide aneuploidiatest aga X ja Y erinevad polüsoomiad (XXY - Klinefelteri sündroom, polü-X naised ja polü-Y mehed). Ainukese monosoomiana on elusalt sündinutel leitud X-i monosoomiat (Turneri sündroom). Autosomaalsed aneuploidiad tekivad kromosoomide lahknemise häirete tõttu meioosi 1. või 2. jagunemises ja on eelistatult emapoolse (maternal, mat) päritoluga. X-kromosoomi monosoomia (Turneri sündroom) on aga sagedamini tingitud just isapoolsest (paternal, pat) X-kromosoomi kaost. Kromosoomide vanemliku e. parentaalse (parental) päritolu väljaselgitamiseks kasutatakse DNA polümorfismide (RFLP) analüüsi. Aneuploidiatest inimesel tuleb põhjalikmalt juttu kromosoomhaiguste juures (7. osa).

    Kromosoommutatsioonide e. aberratsioonide (chromosomal mutations or aberrations) all mõeldakse struktuurselt ümberkorraldunud kromosoome, mis tekivad murru (murdude) ja taasühinemise tulemusena. Aberrantsetes kromosoomides võib geneetiline materjal olla kaduma läinud, lisandunud või ümber paigutunud.

Kromosoommutatsioonide tüübid

    Kromosoommutatsioonide tagajärjel muutub DNA järjestuste (sh. geenide) hulk ja/või lineaarne paiknemine kromosoomis. Eristatakse nelja tüüpi mutatsioone: deletsioonid, duplikatsioonid, inversioonid ja translokatsioonid. Kolm esimest on seotud geneetilise materjali hulga või asetuse muutusega ühes kromosoomis, translokatsioonid hõlmavad ühte, kahte või mitut kromosoomi.
    Deletsioon e. del (deletion, del or deficiency) on kromosoomimaterjali kadu. Kui deleteerunud kromosoomiosa ei sisalda tsentromeeri, läheb ta mitoosis enamasti kaduma. Tsentromeeriga kromosoomiosa on aga võimeline anafaasis poolustele liikuma ja geneetiliselt defektsena alles jääma. Deletsioonid viivad osalisele monosoomiale, mille fenotüüp on reeglina suuremate kõrvalekalletega kui vastavate trisoomiate fenotüüp.
    Deletsioonid võivad olla terminaalsed või vahelmised. Terminaalse deletsiooni (ter del) all mõeldakse otskadu. Terminaalne deletsioon tekib ühe murru tagajärjel, millele järgneb kromosoomiotsa parandamine de novo telomeersete järjestuste lisamisega telomeraasi poolt (vt. 4. osa). Interstitsiaalne e. vahelmine deletsioon (ins del) on sisekadu ühe kromosoomiõla sees. Vahelmise deletsiooni puhul toimub ühes kromosoomis kaks murdu, millele järgneb murdunud otste ühinemine ja DNA reperatsioon. Terminaalse deletsiooni näiteks võib tuua cri du chat sündroomi, kus on tegemist 5. kromosoomi lühikese õla otsmise ala kaoga. Vahelmine deletsioon esineb näiteks Prader-Willi sündroomi korral 15. kromosoomi pikal õlal piirkonnas 15q11.
    Deletsioonide puhul on tegemist geneetilise materjali kaoga ning nad on reeglina kahjulikud. Deletsiooni geneetiline efekt sõltub kaotsiläinud kromosoomiala suurusest ja päritolust. Homosügootsed deletsioonid on väga harvad ja reeglina letaalsed. On ka erandeid, näiteks on leitud X-kromosoomi terminaalset homosügootset kadu Drosophila’l. Heterosügootsed deletsioonid on Drosophila’l letaalsed kui deleteerunud ala suurus ületab 50 bändi (vöödi) suuruse. Deletsiooni tagajärjel tekkinud muutused võivad päranduda kui dominantsed tunnused (näit. Drosophila Notch ja Minute mutatsioonid). Inimesel näiteks leitakse kaasasündinud arenguanomaaliate puhul heterosügootseid deletsioone sagedamini kromosoomipiirkondades 4p-, 5p-, 9p-, 11p-, 11q-, 13q-, 18p- ja 18q-. Kasvajates on deleteerunud kasvaja supressorgeene sisaldavad piirkonnad nagu 3p11-25, 5q22, 9p21, 13q14, 17p13 jt. (vt. 8. osa).
    Duplikatsioon e. dup (duplication, dup) e. teatud kromosoomiala kahekordistumine. Siia kuuluvad ka isokromosoomid e. i. Suhteliselt sageli esineb X-kromosoomi pika õla isokromosoomi i(Xq), mille õlad on geneetiliselt identsed (pikk õlg on duplitseerunud, lühike aga puudub). 
    Inversioon e. inv (inversion, inv) eeldab ühes kromosoomis kahte murdu ja nende vahele jääva kromosoomiosa ümberpöördumist 180^o võrra. Siin eristatakse peritsentrilist inversiooni, kus tsentromeer jääb kahe murrukoha vahele ja paratsentrilist inversiooni, mis toimub ühe õla piires. Peritsentrilise inversiooni näitena tooksin 9. kromosoomi tsentromeerse heterokromatiini bloki inverteerumise kromosoomi lühikesele õlale, mis muudab kromosoomi metatsentriliseks. Inversiooni 9. kromosoomi C- vöödi alas loetakse normi variandiks.
    Translokatsioon e. t (translocation, t) on kromosoomimaterjali ümberkorraldus, mille puhul osa kromosoomist paigutub ümber kas samas kromosoomis või teise kromosoomi. Kitsamas mõtte on translokatsiooni korral tegemist kromosoomiosa ümberasetumisega teise, mittehomoloogilisse kromosoomi. Translokatsioon võib olla vastastikune e retsiprookne kui kromosoomiosad vahetuvad või lihtne segmendi ülekanne. Retsiprooksed translokatsioonid hõlmavad tasvaliselt kahte või enamat kromosoomi. Näiteks leitakse enamusel kroonilise müeloidse leukeemia (CML) haigetel translokatsioon 9. ja 22. kromosoomi pikkade õlgade vahel t(9;22)(q34;q11). Robertsoni translokatsioon kujutab endast kromosoomide õlg-õlaga liitumist (nii ühinevad põhiliselt akrotsentrilised kromosoomid). Tekkinud kromosoom võib, kuid ei pruugi olla ditsentrik e. dic. Peale tavaliste ditsentrikute esineb isoditsentrilisi kromosoome e. idic. Need on sümmeetrilised palindroomsed struktuurid, mis tekivad kahest homoloogsest kromosoomist tänu murdudele identsetes kromosoomipiirkondades. Üks kahest ditsentriku tsentromeerist tavaliselt inaktiveerub. Siis võib ditsentrikus näha ainult ühte primaarsoonist, teise, inaktiivse tsentromeeri ala saab nähtavale tuua  näiteks C-vöödistuse meetodil või alfa-satelliit DNA prooviga FISH-meetodil. Tsentromeeri inaktivatsioon on pöördumatu.

G1 ja G2 aberratsioonid

    Struktuursete muutuste tekke mehhanismi järgi eristatakse G1-tüüpi ja G2-tüüpi aberratsioone.
    G1-tüüpi aberratsioonid tekivad siis, kui kromosoomimurd toimub rakutsükli G1-faaasis, mil kromosoom koosneb vaid ühest kromatiidist. Selline murd avaldub järgnevas mitoosis kromosoommutatsioonina (st. mõlemas kromatiidis). Eristatakse katkemisi e. murdusid ja vahetusi. Murru e. katkemise tagajärjel tekib deleteerunud kromosoom ja atsentriline fragment. Kui ühes kromosoomis on kaks murdu, võib tekkida kas tsentriline ring ja atsentrilised fragmendid; atsentriline ring ja tsentriline fragment või siis vahelmine deletsioon. Kaks murdu kromosoomi ühel õlal võivad põhjustada paratsentrilise, erinevatel õlgadel aga peritsentrilise inversiooni. Vahetused võivad aset leida juhul, kui katkemised (murrud) on toimunud kahes või enamas mittehomoloogses kromosoomis. Vahetused viivad vastastikuste, lihtsate ja Robertsoni translokatsioonide tekkele või ditsentrikute  ja atsentrikute (ace) moodustamisele. 
    G2-tüüpi aberratsioonide puhul leiab murd või vahetus aset rakutsükli G2-faasis ning seetõttu on muutusest haaratud vaid üks kromatiid. Üks murd kromosoomis viib deleteerunud kromatiidi ja atsentrilise kromatiidfragmendi tekkele. Murrud erinevates mittehomoloogsetes kromosoomides võivad viia kromatiidide vahetuseni. Kromatiidivahetuse kujund on mitoosi metafaasis näha kvadri-, heksa- jne. radiaalina, mis jääb anafaasis  “sillana” pooluste vahele.
     Tühik e. gäp (gap) on värvumata piirkond kromatiidis või kromosoomis, mis on väiksem kui kromatiidi laius. Gäpid liigitatakse oletatavate aberratsioonide hulka ja nende üle peetakse omaette arvestust.

Fragiilsaidid

    Fragiilsait e. fra (fragile site, fra) on kromosoomi mittevärvuv ala e. gäp, mis avaldub metafaasi kromosoomi mõlemas kromatiidis samas kohas. Fragiilsaite saab indutseerida, kui rakke kultiveerida spetsiaalsetes tingimustes; nende ekspressiooni tase sõltub in vitro keskkonnast. Osa fragiilsaitidest päranduvad ning neid nimetatakse pärilikeks (heritable) ehk harvaesinevateks (rare) fragiilsaitideks ja eristatakse tavalistest (common) mittepärilikest fragiilsaitidest. Ühtekokku on inimese kromosoomides kirjeldatud üle saja fragiilsaidi.
    Fragiilsaidid ekspresseeruvad rakukultuurides, kus foolhapet on väga vähe või see puudub; kus kasutatakse foolhappe antagoniste nagu methotreksaat (MTX), FudR või töödeldakse rakke erinevate ainetega (aphidikoliin, 5-azatsütidiin, distamütsiin A, BrdU jt.). Folaat osaleb kaudselt nende produktide sünteesis, mis on vajalikud puriinide ja dTMP sünteesis. MTX ja FudR inhibeerivad tümidülaadi süntetaasi. Et fragiilne kromosoom saaks avalduda, peavad rakud rakutsükli S- faasis jääma ilma kas dTTP-st või dCTP-st. 
    Fragiilsaitide seos haigustega. Geneetiliste haigustega on senini seostatud vaid mõned fragiilsaidid. Kõige paremini on uuritud folaadi-tundlikku fragiilsaiti FRAXA, mis põhjustab perekondlikku vaimse mahajäämuse sündroomi e. fra(X) sündroomi. Teine X-kromosoomi fragiilsait, FRAXE, seostub kergema ja märksa harvemini esineva vaimse mahajäämuse vormiga. 11. kromosoomi fragiilsaidi FRA11B lookuses paikneb proto-onkogeen CBL2, mis on seostatud Jacobseni (11q-) deletsioonisündroomiga. Deletsioonisündroomi seos fragiilsaidiga näitab, et fragiilsaidid võivad in vivo esile kutsuda kromosoomide ebastabiilsust ja viia kromosoomimurru tekkele. Fragiilsaidid avalduvad ka translokatsiooni murrukohtades kasvajates (näiteks aphidikoliini-indutseeritud fragiilsait FRA3B neeru kartsinoomides).
    Molekulaarsel tasemel on iseloomustatud vaid väikest osa teadaolevatest fragiilsaitidest (1997.a. andmetel viis folaadi-tundlikku fragiilsaiti), milles on leitud trinukleotiidne p(CCG)n või p(CGG)n kordus. Fragiilsaidid tekivad polümorfse koopiaarvuga trinukleotiidsete korduste ja külgnevate CpG saarte amplifikatsiooni läbi. Vaatamata sellele, et mõned fragiilsaidid on molekulaarselt hästi iseloomustatud, pole seos fragiilsaidi ilmnemise ja DNA aluspaaride kompositsiooni (korduste) vahel selge. Mitmete teiste raskete haiguste (Kallmanni sündroom, Huntingtoni tantstõbi, lihasdüstroofia jt.) puhul on haiguse geenis leitud samuti ühe või teise trinukleotiidse korduse amplifikatsiooni, kuid mitte fragiilsaiti kromosoomis.
    Fragiilsait FRAXA. Fragiilsaidiga FRAXA seostub perekondliku vaimse mahajäämuse Martin Belli vorm. e. fragiil-X sündroom e. fra(X) [fragile-X syndrome, fra(X)]. Fra(X) sündroomi tsütogeneetiline marker on fragiilsait Xq27.3. X-kromosoomi fragiilsait avaldub kui värvumata ala (gäp) X-kromosoomi pika õla distaalses osas 10-30% rakkudes, kui rakke kasvatada spetsiaalsetes tingimustes. Fra(X) sündroom on kõige sagedasem päritava vaimse mahajäämuse vorm. Fra(X) sündroomi sagedus meestel on 1:4000 ja naistel 1:6000. Sündroomi kliiniline pilt varieerub sõltuvalt vanusest ja soost. Puberteedi-eelsetel poistel on vaimne areng normilähedane või kergelt maha jäänud. Esineb hüperaktiivsust, tähelepanu hajumist, käitumis- ja õppimisraskusi. Puberteedieas ja täiskasvanuna need jooned süvenevad ja sündroomi kliiniline pilt kujuneb välja. Iseloomulik on vaimne mahajäämus, pikk nägu, pikad eenduvad kõrvad, prognatism, makroorhidism, käitumishäired ja lingvistilised raskused. Umbes pooltel fra(X) sündroomiga naistel esineb kerge vaimne mahajäämus, käitumishäireid, neil on suhtlemise ja sotsiaalse adaptatsiooni raskusi. Osal fra(X) mutatsiooniga meestest ei ole aga kliinilisi sümptome ega ka tsütogeneetilist leidu - need on normaalsed mutatsiooni edasikandvad mehed (normal transmitting males, NTM)
    .Fra(X) sündroomi pärandumine erineb klassikalisest X-liitelisest retsessiivsest pärilikkusest. Fra(X) geen pole meestel täielikult penetrantne, vaid avaldub 80% juhtudest. Naistel on aga selle geeni ekspressioon kõrgem kui tüüpiliste X-liiteliste retsessiivsete haiguste puhul (näiteks avaldub ka heterosügootidel). Risk saada fra(X) sündroomiga last on mutatsiooni edasikandvate meeste (NTM) tütardel suur; nähtust nimetatakse Shermani paradoksiks. 
    Fra(X) mutatsiooni lookus lokaliseeriti Xq27.3 fragiilsaidi piirkonda FRAXA aheldatuse analüüsil ning 1991. aastal kloneeriti ka fragiilsaidi järjestused. Fra(X) sündroomi geeniks on FRM-1 (fragile-X mental retardation-1). Defekt, mis kutsub esile Martin Belli vaimse mahajäämuse sündroomi, kuulub uut tüüpi mutatsioonide klassi, mis kujutab endast trinukleotiidse korduse amplifikatsiooni haiguse geeni sees. Mutatsioonid haaravad DNA järjestust, mille pikkus on alla 200 bp, mis sisaldab p(CGG)n kordusi ja paikneb FMR-1 geeni I eksonis. Kordus paikneb väga CG-rikkas piirkonnas ning omab tüüpilisele CpG-saarele iseloomulikku metüleerimise mustrit (st. need saidid on aktiivses X-kromosoomis metüleerimata, naise inaktiivses X-kromosoomis aga metüleeritud). p(CGG)n järjestus on polümorfne. Korduste hulk varieerub normaalses polulatsioonis 6-50 piires. NTM ja enamusel tervetel kandjatel naistel (sh. NTM-i tütardel) leitakse premutatsioon, mispuhul korduste arv on 50-200. Mutatsioonide puhul on korduste arv üle 200 ning vastav piirkond (üle 600 bp DNA-d) on ebanormaalselt metüleeritud (st. metüleeritud nii mehe X-kromosoomis kui ka naise aktiivses X-kromosoomis). FMR-1 geeni produkt on valk, mis seostub 60 S ribosoomi partikliga. Normaalselt on see RNA-seoseline valk ekspresseeritud ajus (näiteks neuronites ja Purkinje rakkudes) ning testistes. Fra(X) sündroomiga haigetel aga vastav valk puudub. Kuna FMR-1 geeni promootor on metüleeritud, siis mRNA-d ei transkribeerita ja valku ei sünteesita.
    Kokkuvõttes võib öelda, et fra(X) sündroomi põhjustab FMR-1 geenis oleva trinukleotiidse p(CGG)n korduse kõrgetasemeline amplifikatsioon. Väiksemat ekspanseerunud koopiate arvu leitakse haiguse kandjatel. Amplifikatsioon leiab aset põhiliselt emapoolsel transmissioonil, mis seletab ka sündroomi ebatavalise pärandumise. Fra(X) sündroomi diagnoositakse põhiliselt molekulaargeneetiliste meetoditega DNA tasandil.
   Fragiilsait FRAXE. Fragiilsait FRAXE paikneb X-kromosoomi pikal õlal FRAXA-st distaalsemalt. FRAXE-lookusega on seotud teine vaimse mahajäämuse sündroom, mille sagedus meestel on 1:50 000. Sündroomi esineb seega oluliselt harvemini kui fra(X)-sündroomi. FRAXE sündroomile tüüpilisi düsmorfseid tunnuseid pole ja seetõttu on seda ka raske kliiniliselt diagnoosida. Iseloomulik on kerge vaimse arengu peetus, käitumis- ja kõnelemishäired. Tegemist on trinukleotiidse (CCG)n korduse ekspansiooniga FMR2 geenis (normis 6-25, täismutatsiooni puhul kuni 200 kordust). (CCG)n amplifikatsioon viib lähedalasuvate CpG saarte hüpermetülatsioonile. Normaalselt need CpG saared 
pole metüleeritud, mõõduka trinukleotiidse amplifikatsiooni korral (100 ringis) leitakse patsientidel Southern blot’il vaid osalist metülatsioonimustrit. 

Kromosoomimurru-sündroomid

    Kromosoomimurru-sündroomid (chromosome breakage syndromes) on autosomaalsed retsessiivsed haigused, mille puhul aberratsioonide hulk somaatilistes rakkudes on oluliselt tõusnud. Samuti täheldatakse nende inimeste sagedast haigestumist pahaloomulistesse kasvajatesse ja immuunsüsteemi häireid. Siia rühma kuuluvatest haigustest nimetagem järgmisi: Bloomi sündroom, Fanconi aneemia, ataksia-telangiektaasia e. Louis-Bari sündroom ja pigmentkserodermia.
    Bloomi sündroom e. BS (Bloom syndrome, BS). Sündroom on sage juutidel. Mittejuutidest haigete vanematest on 2/3 sugulasabielus. Bloomi sündroomi iseloomustab madal sünnikaal, väike kasv ja naha valgustundlikkus, mis avaldub erütreemi e. punetusena. Sageli esineb neil hingamisteede haigusi. Iga neljas patsient haigestub pahaloomulisse kasvajasse juba varases eas. Tsütogeneetiliselt täheldatakse BS-i haigetel õdekromatiidivahetuse sageduse tõusu üle 10 korra. 50-100 korda sagedasem on ka mitootiline krossing-over (st. vahetused homoloogsete kromosoomide vahel somaatilistes rakkudes). Palju leitakse ka somaatiliste rakkude fusiooni ning kromatiidseid ja kromosoomimurdusid. Heterosügootidel pole mitootilise krossing-overi sagedus tõusnud. Seletamaks pahaloomulise haiguse sagedasemat teket Bloomi sündroomi puhul on välja pakutud mitmeid võimalusi. Näiteks võib aberratsiooni tagajärjel mingi onkogeen sattuda kohta, kus ta aktiveeritakse; ebavõrdne krossing-over võib viia onkogeeni amplifitseerumisele; mitootilise krossing-overi tagajärjel võib onko-supressorgeen kaduma minna. Kuna BS patsientidel on häired ka immuunsüsteemis, võidakse pahaloomulisi rakke mitte hävitada nagu tervetel inimestel jne.
    Fanconi aneemia e. FA (Fanconi anemia, FA) patsientidel on leitud mitmeid kaasasündinud arenguanomaaliaid, sagedased on kodarluu defektid, strabism e. kõõrdsilmsus, hüpogonadism ja naha pigmenteerumine. FA-le on tüüpiline pantsütopeenia e. kõikide vere vormelementide defitsiit (aneemia, leukopeenia, trombotsütopeenia). Hematoloogiline haigus tekib sageli juba lapseeas (5-6 aastaselt) ja on halva prognoosiga. Tsütogeneetiliselt leitakse patsientidel umbes 30% lümfotsüütides kromosoomianomaalia, põhiliselt kromatiid- ja isokromatiidmurdusid. Väga sagedased on vahetused mittehomoloogsete kromosoomide vahel, mis avalduvad mitoosi metafaasis kvadriradiaalidena. Õdekromatiidivahetuse sagedus ei ole aga tõusnud.
    Ataksia-telangiektaasia e. Louis Bari sündroom (Ataxia telangiectasia or Louis Bar syndrome) on pärilik autosomaalne retsessiivne haigus, mida iseloomustavad spontaansete kromosoomiaberratsioonide sageduse tõus, neuroloogilised häired ja eelsoodumus kasvajate tekkeks. Ataksia-telangiektaasia on osaliselt immuunodefitsiitne haigus, osaliselt DNA reparatsioonihäire; põhjuseks arvatakse olevat ülitundlikkus keskkonna ioniseeroonile. Haigus algab tavaliselt 3-6 eluaasta vahel. Iseloomulikud on pidevad infektsioonid, sh. kopsupõletik ja pahaloomuliste kasvajate (sageli lümfoomide) teke. Lisaks täheldatakse progresseeruvaid liikumise ja koordinatsiooni häireid (väikeaju ataksia) ning kapillaarilaiendeid nahal (telangiektaasia). Patsientidel esineb 7-8% rakkudes kromosoommutatsioone, seega vähem kui näiteks FA puhul. Aberratsioonid on sageli seotud 14. kromosoomiga. SCE sagedus ei ole tõusnud.
   Pigmentkserodermia e. pigmentkuivnahksus (Xeroderma pigmentosum). Antud haigust iseloomustab naha tundlikkus päikesekiirte suhtes. Patsientidel esineb naha punetus, pigmentatsioon, sageli pahaloomulised kasvajad (nahavähk) ja enneaegne naha vananemine. Kaasnevad neoroloogilised häired (paralüüs) ning arenguhäired (mikrotsefaalia e. pisipealisus, väike kasv, gonaadide alaareng ning vaimne mahajäämus). SCE sagedus on nendel patsientidel normis, kromosoomimurdude teke on sõltuvuses UV-kiirguset. Pigmentkserodermia puhul seostatakse haiguse põhjusi häiretega DNA reparatsiooniprotsessides

Kromosoomiuuringud ontogeneesi eri etappidel

    Kromosoomianomaaliad võivad olla kaasasündinud e. konstitutiivsed või omandatud. Kaasasündinud kromosoomianomaalia (constitutive chromosome abnormality) on olemas väga varasest arengustaadiumist alates ja seda leitakse organismi kõigis rakkudes (v.a. mosaiiksed juhud). Kromosoomianomaaliad tekivad enamasti juhuslikult meioosis ja risk kordumisele perekonnas on väike. Erandiks on siin tasakaalustatud translokatsioonid. Omandatud kromosoomianomaaliad (aquired chromosome abnormality) tekivad aga indiviidi eluajal ja vaid osades rakkudes (näiteks kasvajarakkudes).
    Andmed kromosoomianomaaliate sageduse kohta inimesel kogunevad tsütogeneetilistest uuringutest, mida on maailmas läbi viidud juba neli aastakümmet. Siia kuuluvad ka kromosoomiuuringud ontogeneesi eri etappidel (sh. sugurakkudes, sügootides, indutseeritud ja spontaansetel abortustel, vastsündinutel ja täiskasvanutel).
    Kromosoomianomaaliate sagedus mehe sugurakkudes. Umbes 10% normaalse fertiilse mehe spermatozoididest kannab kromosoomide arvu või struktuuri anomaaliat. Lahknemise häired on sagedasemad 21. kromosoomi ja sugukromosoomide osas, samuti 1., 9. ja 16. kromosoomi osas. Sugukromosoomide disoomiat (XX, YY või XY) leitakse 0.4% spermatozoidides. Kromosoomide struktuuri anomaaliaid esineb spermatozoidides aga oluliselt rohkem. Üht või teist struktuurselt aberrantset kromosoomi kannab 6-7% spermatozoididest. Siia kuuluvad stabiilsed ümberkorraldused nagu translokatsioonid, inversioonid, insertsioonid, markerkromosoomid ja väikesed deletsioonid, mis võivad olla tekkinud varases spermatogeneesis tüvirakkudes; vähem stabiilsed elemendid nagu ringkromosoomid, ditsentrikud, kromosoomimurrud, gäpid ja atsentrilised fragmendid, mis peavad olema tekkinud pärast meioos II (muidu oleksid nad kadunud) ja kromatiidaberratsioonid (murrud ja gäpid), mis tekivad ümberkorralduste tõttu DNA replikatsiooni ajal. Kõige sagedamini leitakse spermides kromosoomimurde. Murrukohad lokaliseeruvad eelistatult R-vöödi aladesse, kuid pole seotud näiteks fragiilsaitidega. 
    Autosomaalsetest trisoomiatest on vaid väike osa põhjustatud isapoolsest lisakromosoomist, sugukromosoomide aneuploidiate osas on pilt aga teine. Nii on umbes 80% Turneri sündroomi (X0) juhtudest, 100% polü-Y-sündroomist (XYY jt.) ning 50% Klinefelteri sündroomist (XXY jt.) tingitud kromosoomide lahknemise häiretest spermatotsüütides. Kromosoomide heteromorfismide ja DNA polümorfismide analüüs näitab, et samuti enamik (85%) de novo kromosoomide struktuursetest ümberkorraldustest järglastel on paternaalse päritoluga. Meeste vanus kromosoomide arvuliste anomaaliate (aneuploidiate) tekkel rolli ei mängi, küll aga on riskifaktoriks struktuursete aberratsioonide tekkel. Nimelt, mida vanem mees on, seda suurema tõenäosusega kannavad tema spermatozoidid üht või teist kromosoomiaberratsiooni.
    Kromosoomianomaaliate sagedus naise sugurakkudes. Ootsüütide kohta on vähe andmeid, kuid viimasel ajal tehtud uuringute põhjal võib öelda, et ainuüksi 1. meiootilises jagunemises tekib umbes 20% ootsüütides aneuploidia. Kromosoomide heteromorfismide ja DNA polümorfismide abil on näidatud, et autosomaalsed trisoomiad on enamasti põhjustatud kromosoomide mittelahknemisest ootsüütides. Nii näiteks on üle 90% Downi sündroomi (+21), Edwardi sündroomi (+18), Patau sündroomi (+13) ja polü-X naiste (XXX) juhtudest põhjustatud emapoolsest kromosoomide meiootilisest mittelahknemisest. Mittelahknemise tõenäosus suureneb vanusega. Kui 20. aastasel naisel on Downi sündroomiga lapse saamise tõenäosus 1:2500, 30. aastasel 1:900, siis 40. aastaselt on see juba 1:100 (vt. tabel 17). Ka teiste aneuploidiate puhul (+13, +18, XXX, XXY) on täheldatud seost ema vanusega. Sünnitajate keskmine vanus on arenenud riikides viimasel aastakümnel pidevalt tõusnud. Kromosoomianomaaliaga lapse sünni võib aga ära hoida, kui veel sündimata lapsel teha prenataalne kromosoomiuuring (vt. ptk. 27).

Tabel 17.  Downi sündroomiga lapse sünni seos ema vanusega
 

Ema vanus	Risk
Kõik kokku	1:650
30	1:900
35	1:400
36	1:300
37	1:250
38	1:200
39	1:150
40	1:100
45	1:40

    Kromosoomianomaaliate sagedus embrüonaalses perioodis. Kromosoomianomaaliate sagedust viljastumise momendil on väga raske hinnata. Kogunenud andmed annavad siiski alust arvata, et vähemalt 30% kõigist sügootidest kannab mingit kromosoomide arvu või struktuuri anomaaliat. Kõige varasemad statistilised andmed kromosoomianomaaliate kohta inimese embrüodel on saadud indutseeritud (meditsiiniliste) abortide tsütogeneetilistest uuringutest.Taolistel uuringutel leitakse üks või teine kromosoomianomaalia keskmiselt 3% (kuni 12 nädala vanustel) embrüodel, elusalt sündinud vastsündinutel langeb see 0.5%-ni.
    Kahe esimese nädala jooksul, s.o. tihtipeale enne, kui rasedust üldse märgataksegi, hukkub iga teine sügoot. Kõigist diagnoositud rasedustest katkeb iseeneslikult e. spontaanselt aga umbes 15%. Mida varasemas raseduse järgus abort aset leiab, seda suurema tõenäosusega on põhjuseks embrüo (või loote) kromosoomianomaalia. Looteks nimetatakse üle 12. nädala vanust arenevat indiviidi. Sagedasemateks anomaaliateks on trisoomia (eriti 16. kromosoomi trisoomia), X-kromosoomi monosoomia ja triploidia (vt. tabel 18).
    45,X e. Turneri sündroomiga embrüodest aborteerub 95%, sündroomi sagedus vastsündinutel on aga 1:2500 (tüdrukust). Seega sünnib vaid üks kolmesajast 45,X sügoodist. Iseeneslikult aborteerunud embrüodel ja loodetel on leitud kõigi kromosoomide (v.a. 1. kromosoom) trisoomiat, pole aga leitud autosomaalseid monosoomiaid, erandiks on mõned 21. monosoomia juhud. Samuti ei ole leitud karüotüüpi 45,Y. Saja naissoost abortuse kohta tuleb 125-135 meessoost abortust.

Tabel 17. Erinevate anomaaliate sagedus kromosoomianomaaliaga spontaansetel abortustel*
 

Kromosoomianomaalia	%
Trisoomia	52
45,X	18
Triploidia	17
Tetraploidia	6
Teised (peamiselt translokatsioonid)	7
*Abortus on kuni 24 nädala vanune loode kaaluga alla 500g (WHO andmetel)

    Perinataalselt surnud vastsündinute kromosoomiuuringute põhjal on 5-6% neist lastest kromosoomianomaaliaga, kõige sagedamini esinevad +18, triploidia, 13q deletsioonid, +9, +22, ja mosaiigid. Kaasasündinud väärarenditega enneaegsetel lastel on kromosoomianomaaliate sagedus umbes 20%; enneaegsetel üldse 5-10%.
    Kromosoomianomaaliate sagedus vastsündinutel. Kromosoomianomaaliate tüübid ja sagedused sünnil on kindlaks tehtud tsütogeneetilistes massuuringutes (kokku sadadel tuhandetel vastsündinutel üle maailma). Saadud tulemused näitavad, et 0.5-1% elusalt sündinud lastest kannab kromosoomianomaaliat. Neist umbes 0.3% on autosomaalsed trisoomiad ja sugukromosoomide aneuploidiad ning  0.2-0.3% moodustavad kromosoomide struktuursed ümberkorraldused. Kõige sagedasemate autosomaalsete trisoomiate +21, +18 ja +13 sagedused on vastavalt 0.12%, 0.01% ja 0.005%. Üksikute kromosoomianomaaliate sagedus on esitatud tabelis 19.

Tabel 19. Kromosoomianomaaliad vastsündinutel
 

Anomaalia	Sagedus 1000 sünni kohta
Sugukromosoomide aneuploidiad:
47,XYY	0.47
47,XXY	0.47
45,X	0.05
47,XXX	0.52
Teised	0.56
Autosoomide trisoomiad:
Trisoomia 13	0.05
Trisoomia 18	0.12
Trisoomia 21	1.25
Teised	0.02
Tasakaalustatud struktuurianomaaliad:
D/D tsentriline fusioon	0.70
D/G tsentriline fusioon	0.19
Teised	1.04
Tasakaalustamata struktuurianomaaliad:	0.60
Kokku:	6.04

    Vaadates kromosoomianomaaliate esinemissagedusi viljastumisest sünnini ja sünnijärgses perioodis, võib täheldada olulist anomaaliate sageduse langust. See tähendab, et  defektsed (sh. kromosoomianomaaliatega) sügoodid, embrüod, looted ja vastsündinud on vähem elujõulised ja sestap hukkuvad.
    Kromosoomiuuringud patsientide rühmades. Kromosoomiuuringuid viiakse inimesel läbi väga mitmesugustel näidustustel. Selleks võib olla nii vaimne mahajäämus, kaasasündinud hulgiväärarendid, korduvad spontaansed abordid, infertiilsus, puberteedi puudumine, kasvu mahajäämus kui ka pahaloomuline kasvaja või hematoloogiline haigus.
    Vaimselt mahajäänud inimestel kroonikute kodudes või haiglates läbi viidud tsütogeneetilistel uuringutel on leitud 10-30% patsientidel kromosoomianomaalia (+21, autosoomide aberratsioonid, sugukromosoomide aneuploidiad, fra(X) jt.). 
    Infertiilseid (lastetuid) abielupaare on Eestis ametlikel andmetel 15-20%. Kogu maailmas tehtud uuringud näitavad, et viljatuse põhjused piirduvad 45% juhtudel naisega ja 35% mehega. Ülejäänud juhtudel leitakse häireid mõlemal abielupoolel. Lastetuse põhjuste hulka kuuluvad hormonaalsed häired, suguorganite põletikud ja anomaaliad ning ka konstitutiivsed kromosoomide arvu või struktuuri anomaaliad. Meestel leitakse sagedamini XXY-sündroomi, Y-kromosoomi aberratsioone, Y/autosoom translokatsioone jt., naistel X0 sündroomi või X-kromosoomi struktuurianomaaliaid. Korduvate spontaansete abortidega abielupaaridel leitakse kromosoomianomaalia ühel vanematest 7-9% juhtudel; suhteliselt sageli on tegemist tasakaalustatud translokatsiooniga.

Populatsiooni tsütogeneetiline monitooring

    Spontaanselt murdunud ja struktuurselt ümberkorraldunud kromosoome võib leida ka terve inimese rakkudest. Aberratsioonide baassagedus on määratud genotüübi poolt ning on inimestel erinev. Kromosoommutatsioonidega rakkude hulk suureneb vanusega, samuti on näidatud, et rakkude pikaajalisel kultiveerimisel ja passeerimisel aberratsioonide hulk tõuseb. Mõnedes kromosoomipiirkondades (näiteks R-vöödi alades) on mutatsioonisagedus suurem. 
    Kromosoommutatsioonide põhjustajateks võivad olla UV-kiirgus ja radiatsioon (viimane isegi diagnostilistes ja ravi doosides). Ioniseeriv kiirgus võib indutseerida kromosoomimurdusid kõigis rakutsükli staadiumites. Ka klastogeensed ained, viirused ja kõrge palavik võivad olla kromosoomiaberratsioonide tekke põhjusteks. Klastogeensete ainete (st. kromosoomide struktuuri muutusi indutseerivate ainete hulka) kuuluvad näiteks alküülivad ained (etüülmetaansulfonaat), nukleiinhapete analoogid, antibiootikumid ja nitrosoühendid. Enamik neist ainetest indutseerib G2-tüüpi murdusid eelistatult R-vöödi alades. Viirustest põhjustatud kahjustused võivad tekkida üksikutes kromosoomides (murrud, vahetused) või puudutada kogu kromosoomistikku (kromosoomide pulverisatsioon e. tükkideks lagunemine). Pulverisatsiooni leitakse näiteks leetrihaigete lümfotsüütides.
     Klastogeensete agensite ja ioniseeriva kiirguse mõju inimesele saab hinnata kaudselt ja otseselt. Kaudselt hinnatakse seda spontaansete abortide, kaasasündinud arenguhäirete, kromosoomhaiguste, pärilike haiguste ja kasvajate tekke sageduse järgi. Otseste meetodite hulgas on olulisel kohal tsütogeneetiline monitooring. Uuritavad grupid moodustatakse kas ameti järgi (näiteks kaevurid, liikluspolitseinikud, meditsiinitöötajad jne.), elustiili arvestades (suitsetajad, tugevalt praetud toitude sööjad jne.) või hoopis mingite teiste näitajate alusel. Tsütogeneetilisel monitooringul analüüsitakse:
1) kromosoomaberratsioonide (cs) ja kromatiidaberratsioonide (ct) tüüpe ja sagedusi;
2) õdekromatiidivahetuse (SCE) sagedust. SCE on tsütoloogiline ilming DNA murdudest ja taasühinemisest ühe kromosoomi piires;
3) mikrotuumade (MN) esinemise sagedust. Mikrotuumad moodustuvad anafaatilises liiikumises maha jäänud atsentrilistest kromosoomifragmentidest ja kromosoomidest. Nende esinemine viitab kromosoomianomaalia(te)le.
    Tsütogeneetilisel monitooringul kasutatakse uuritava ja kontrollgrupi inimeste perifeerse vere jagunema stimuleeritud T-lümfotsüüte (60-70% lümfotsüütidest T-rakud).  Enamik neist rändab verest erinevatesse organitesse (põrn, lümfisõlmed jt.) ja sealt tagasi perifeersesse vereringesse. Seega, ükskõik milline keha piirkond genotoksilise mõjutuse saab, lümfotsüütide tsütogeneetiline analüüs võimaldab seda hinnata. Osa lümfotsüüte on lühiealised (ringlevad mõni aasta), osa pikaealised (tsirkuleerivad aastakümneid). Viimased annavad võimaluse hinnata ka aastatetagust mutageenset mõju.
    Nõuded populatsioonide, vere võtmise, rakkude kultiveerimise, preparaatide analüüsi ja tulemuste interpreteerimise jaoks on fikseeritud Ülemaailmse Tervishoiuorganisatsiooni (WHO) tsütogeneetilise monitooringu juhendis. Valik arvessevõetavatest aberratsioonidest toodud tabelis 20.

Tabel 20. Tsütogeneetilisel monitooringul arvessevõetavad aberratsioonid
 

Aberratsiooni tüüp	Lühend	Skeem
Kromatiidaberratsioonid:	ct
Kromatiidgäp e. tühik*	ctg
Kromatiidmurd	ctb
Isokromatiidmurd	ictb
Kromatiidivahetus	cte
Kromatiidi sisevahetus
Kromosoomaberratsioonid:	cs
Kromosoomigäp e. tühik*         Kromosoomimurd	csg csb
Atsentrilised fragmendid	ace
Ditsentrilised kromosoomid	dic
Ringkromosoomid	r

   * Gäp e. tühik on selline värvumata piirkond kromatiidis (kromosoomis), mis on kromatiidi laiusest väiksem. Murru puhul on värvumata ala (vigastus) suurem kui kromatiidi laius ning tekkinud fragment (fragmendid) nihkunud.

    Monitooringul võetakse kindlate aberratsioonidena arvesse murdusid, vahetusi, atsentrilisi fragmente, ditsentrikuid ja ringkromosoome. Gäpid e. tühikud liigitatakse oletatavate aberratsioonide hulka ja nende üle peetakse omaette arvestust. Aneuploidiaid tsütogeneetilisel monitooringul ei arvestata, sest kromosoom võib juhuslikult kaduda preparaadi tegemisel (vt. 14. ptk.). Polüploide võib aga arvesse võtta.Omaette hinnatakse õdekromatiidivahetuse ning mikrotuumade esinemise sagedust.
   Monitooringu tulemusi avaldatakse sageli ka eriala ajakirjanduses. Kokkuvõtvalt võib öelda, et ioniseeriv kiirgus indutseerib lümfotsüütides põhiliselt kromosoomaberratsioone, keemilised mutageenid in vitro kromatiidaberratsioone, in vivo aga nii kromatiid- kui ka kromosoomaberratsioone. Õdekromatiidivahetuste ja aberratsioonide sageduse tõusu täheldatakse suitsetajatel, alkohoolikutel ja aktiivse viirusinfektsiooni tagajärjel. In vitro ja loomkatsetes on näidatud, et näiteks kofeiin, sahhariin, mõned ravimid ning hästi tugevalt praetud toidud on genotoksilised.

     Imprintingu mõiste võttis esimesena kasutusele K.Lorenz 30-ndate aastate lõpus, et kirjeldada teatud modifikatsioone loomade käitumises, mis võivad tekkida kriitilistes arenguperioodides erilise kogemuse tõttu. Selles tähenduses on imprinting kasutusel praegugi. Kromosoomidega seoses tuli antud termin kasutusele 1960. aastal, mil imprintingu all mõeldi valikulist isapoolsete kromosoomide elimineerimist vaenusääsel (Sciara militaris), hiljem ka näiteks isalt saadud X-kromosoomi valikulist inaktiveerumist hiirel lootekestades teatud juhtudel.
    Viimastel aastatel on genoomse imprintingu e. GI (genomic imprinting, GI) mõiste kasutusele võetud näitamaks geneetilise info valikulist ekspressiooni (genoomi, kromosoomi, alleeli jne. tasandil) sõltuvalt sellest, kas see geneetiline materjal pärineb isalt või emalt. Imprintinguga võib seletada suurt hulka juhtumeid, kus transmissioon ja ekspressioon ei toimu tavalise mendelistliku pärandumistüübi järgi. Imprintinguga mõeldakse ka seda, et midagi juhtub arengu kriitilistel e. tundlikel perioodidel. Imprinditavate alade muster pannakse paika gametogeneesis ning võib puudutada samaaegselt genoomi eri piirkondi. See protsess on pöörduv - vanematelt saadud imprintingu pilt võib muutuda ning järgmises põlvkonnas võib järglastel olla hoopis uus, muutunud imprintingu ilming. On üsna tõenäoline, et molekulaarsel tasemel määratakse imprinting vastavate genoomi piirkondade metüleerimise/demetüleerimisega, kuid pole välistatud ka teised GI mehhanismid.
    Genoomset imprintingut on senini kirjeldatud põhiliselt imetajatel, kus tolerantsuse tagamine loote suhtes võib nõuda valikulist ema genoomi ekspressiooni. Imprintingut ei ole leitud amfiibidel, reptiilidel, lindudel ja kukkurloomadel. Küll aga esineb andmed GI kohta mõnedel putukatel ja taimeliikidel. Enamik tähelepanekuid genoomse imprintingu kohta on tehtud senini kahe imetaja liigi - hiire ja inimese uurimisel.

Kromosoomistiku imprinting

    Andmed imprintingu kohta kogu genoomi tasemel on saadud põhiliselt kahest valdkonnast: hiire pronukleaarse transplantatsiooni katsetest ning inimesel põismooli, teratoomi ja triploidide fenotüübi uuringutest.
    Hiirel saab konstrueerida diploidseid sügoote, milles mõlemad haploidsed kromosoomistikud on pärit ühelt vanemalt. Selleks eemaldatakse viljastatud munaraku kahest pronukleusest üks ja asendatakse teisega, nii et mõlemad pronukleused pärineksid ühelt vanemalt. Isa- ja emapoolset pronukleust on teatavasti lihtne eristada nii morfoloogia kui ka asukoha järgi sügoodis. Selliselt rekonstrueeritud sügoodid transplanteeritakse hiire emakasse ja jälgitakse arengut. Siin on leitud järgmist: kui mõlemad kromosoomistikud pärinevad isalt (on androgeensed), siis lootekestad ja platsenta arenevad suhteliselt normaalselt, kuid embrüo ei arene. Kui aga mõlemad kromosoomistikud pärinevad emalt (on günogeensed), siis embrüo areng on suhteliselt hea, lootekestad ja platsenta on aga alaarenenud. Mõlemad variandid on letaalsed. Seda tüüpi pronukleuse transplantatsioonikatsed näitavad, et mõlemad, nii isapoolsed kui ka emapoolsed kromosoomistikud (igal juhul vähemalt teatud osad sellest) on vajalikud normaalseks embrüonaalseks arenguks ning täiendavad mingil moel teineteist.
    Analoogsed andmed inimese kohta tulevad platsenta anomaaliatest (põismool) ning embrüonaalsete kasvajate (teratoomide) ning triploidide analüüsist.
     Viljastumise tagajärjel võib tekkida ebanormaalne rasedus e. põismool (hydratidiform mole), kus loote asemel vohab trofoblast. Lääneriikides esineb põismooli1:2000 rasedusest, idas seevastu palju sagedamini (Taiwanil näiteks 1:200). Põismool tekib tavaliselt tuumata e. tühja munaraku viljastumisel kahe või ühe haploidse spermiga. Viimasel juhul peab tuum ka diploidiseeruma. Kuigi täieliku põismooli kromosoomistik on normaalne (karüotüüp 46,XX või 46,XY), loodet ei arene. Rasedus piirdubki põismooli e. koorioni trofoblasti vohandiga. Umbes 10% juhtudel muutub põismool pahaloomuliseks kooriokartsinoomiks. Seega ei ole kaks isapoolset e. androgeenset genoomi piisavad loote arenguks.
    Ovariaalsed teratoomid e. embrüoomid on healoomulised kasvajataolised lootekestade vohandid, platsenta aga puudub. Teratoomides on kaks emapoolset haploidset kromosoomistikku (46,XX). Ka emapoolne e. günogeenne sügoodi teke on ebapiisav loote arenguks.
    Triploidsetes loodetes on 69 kromosoomi, kusjuures lisakromosoomistik on kas isa- või emapoolne. Triploidid surevad tavaliselt juba embrüonaalse arengu algfaasis. Triploidi areng sõltub sellest, kellelt on lisa geneetiline materjal pärit. Kui triploidilon kaks isa ja üks ema genoom, siis muutub platsenta suureks ja tsüstiliseks. Areneval embrüol on suur pea, suhteliselt väike pikk ja peenike keha ning sündaktüülsed jäsemed. Embrüonaalne areng peetub oluliselt. Harvemini leidub selliseid triploide, kellel on kaks genoomi emalt ja üks isalt. Taolistel juhtudel aga platsenta ei arene ning rasedus katkeb juba väga varases staadiumis. Eelpooltoodu on ülevaatlikult kokku võetud tabelis 21.

Tabel 21. Kromosoomistik ja fenotüübi anomaaliad kromosoomistiku imprintingu puhul
 

Sündroom	Kromosoomistik	Fenotüüp
Põismool	kaks isapoolset genoomi	trofoblasti hüperplaasia, loote puudumine
Ovariaalteratoom	kaks emapoolset genoomi	täielikult desorganiseerunud lootekude
Triploidne loode	lisa isapoolne genoom	suur tsüstiline platsenta, embrüo alaarenenud
Triploidne loode	lisa emapoolne genoom	väike sidekoestunud platsenta, embrüo alaarenenud

    Inimese triploidide ja põismooli analüüsi tulemused toetavad ideed, mis sai alguse hiire sügootide transplantatsiooni eksperimentidest ja nimelt, et geneetilise info päritolu omab kriitilist osa platsenta ja lootekestade arengus ja säilimises. Küsimuseks jääb, milline kromosoom, kromosoomiala, või geen on siin oluline.

Kromosoomi imprinting

    Järglane võib saada mingi kromosoomi mõlemad koopiad ühelt vanemalt ja ei ühtegi teiselt. Nähtust tuntakse uniparentaalse disoomiana e. UPD (uniparental disomy, UPD). Isa- või emapoolse disoomia tekke seletamine on raske ja nähtuse kindlakstegemine inimesel sõltub suurel määral juhuslikest tähelepanekutest, millele järgneb detailne disoomia analüüs molekulaarsete meetoditega. Loomkatsetes saab aga uniparentaalset disoomiat esile kutsuda.
    UPD hiirel. Hiirel on uniparentaalset disoomiat kirjeldatud peaaegu kõigi kromosoomide osas. Hinnaline infoallikas on hiire sisearetusliinid, teiseks võimaluseks on hiireliinide loomine, milles mõlemad mingi kromosoomi homoloogid või homoloogsed segmendid pärinevad ühelt vanemalt. Taolistel hiirtel on tegelikult normaalne, geneetilises mõttes tasakaalustatud kromosoomikomplekt. Võttes uurimise alla vastava segmendi või kromosoomi, on võimalik hinnata ühelt vanemalt saadud geneetilise info mõju või selle puudumist. Mõnikord omavad isa- ja emapoolsed homoloogid hoopis erinevat fenotüüpilist efekti. Näiteks kui hiirepojad saavad 2. või 11. kromosoomi mõlemad homoloogid emalt, siis on nad väikesed ja väheaktiivsed, isapoolse disoomia korral aga suured ja hüperaktiivsed. Ka mitmed teised hiire kromosoomid (6, 7, 12 ja 17) omavad iseloomulikku imprintingu mustrit. Mõne kromosoomi uniparentaalne disoomia lõpeb aga letaalselt juba varases arengujärgus.
    UPD inimesel. Kõige sagedamini on uniparentaalne disoomia põhjustatud meiootilisest mittelahknemisest, millele järgneb hiljem “pääsemine” trisoomiast või monosoomiast. Risk saada uniparentaalse disoomiaga järglast suureneb ema vanuse tõustes. Arvatakse, et UPD võib tekkida ka somaatilise (mitootilise) krossingoveri ja mitootilise segregatsiooni tagajärjel embrüonaalses arengus.
    Inimesel on 47 võimalikku terve kromosoomi uniparentaalse pärandumise tüüpi: nimelt 44 tüüpi 22 autosoomi jaoks - paaris kas mõlemad kromosoomid isalt või mõlemad emalt (näit: 7mat, 20pat, jne.) ja 3 tüüpi sugukromosoomide jaoks: XXmat, XXpat ja XYpat. Kõige sagedamini on leitud UPD järgmiste kromosoomide osas: 7mat, 11pat, 14mat, 15mat, ja 15pat. Järgnevad 2pat, 6pat, 14pat, 16mat, 20pat ja XXpat. Ülejäänud tüübid on väga harvad ja mõnda võimalust pole üldse kirjeldatud.
    Uniparentaalse disoomia tegelikku mõju on raske hinnata, sest UPD tõttu võib avalduda mingi pärilik retsessiivne haigus. UPD annabki tegelikult unikaalse geneetilise mehhanismi retsessiivse haiguse avaldumiseks, mille geeni kannab vaid üks vanematest. Kromosoomi duplikatsioonist põhjustatud täielik isodisoomia annab siin suurema riski võrreldes heterodisoomiaga. Viimase juhul on ühelt vanemalt on saadud mõlemad - nii tema ema- kui ka isapoolne homoloog. Paljud uniparentaalse disoomia juhtumid inimesel ongi kindlaks tehtud tänu retsessiivse (autosomaalse) haiguse olemasolule patsiendil. Mõnel juhul on UPD diagnoos võimaldanud ka harvaesineva retsessiivse haiguse geeni lokaliseerimise kindlasse kromosoomipiirkonda.

Kromosoomipiirkonna imprinting

    7mat. Inimesel kirjeldati uniparentaalset disoomiat esmakordselt 1988. aastal seoses kahe tsüstilise fibroosi juhtumiga. Tsüstiline fibroos e. mukovistsidoos e. CF (cystic fibrosis, CF) on sage (1:2000) autosomaalne retsessiivne haigus, mis avaldub juba varases lapseeas ning areneb välja kopsu või pankrease vormiks. CF geen paikneb 7q31.3 kromosoomipiirkonnas ja haiguse korral on tegemist mutatsiooniga geeni erinevates piirkondades. Haigetel on defektne rakumembraani kloriidi pump. Tulen aga tagasi imprintingu esimeste juhtumite juurde. Mõlemal tsüstilise fibroosiga patsiendil, nii tüdrukul kui ka poisil, esines lisaks põhihaigusele tugev kasvu mahajäämus. DNA markerite analüüs näitas, et haiged olid pärinud mõlemad 7. kromosoomid (sh. ka mõlemad mutantsed CF alleelid) oma emalt. Järgnes veel rida juhtumeid, kus UPD7mat seostati lühikese kasvuga. Tsütogeneetilise ning DNA analüüsi tulemuste võrdlemine kliiniliste diagnoosidega näitas, et imprintingu eest vastutavad geenid paiknevad 7. kromosoomi pikas õlas. Inimese 7. kromosoomis on teada üle paarikümne lookuse, mis omavad homoloogiat hiire 2. ja 11. kromosoomi lookustega, mille emapoolne disoomia viib väikese sünnikaalu ja kasvuni. Arvatakse, et uniparentaalse 7. kromosoomi disoomiaga võib inimesel seletada mitmeid emakasisese, neonataalse ja lapseea kasvu häireid.
   15mat. 1989. aastal seostati Prader-Willi sündroom e. PWS (Prader-Willi syndrome, PWS) emapoolse 15. kromosoomi disoomiaga. Molekulaarne analüüs näitab, et umbes 30% PWS-i juhtudel on tegemist maternaalse heterodisoomiaga. UPD15mat tekib põhiliselt 15. kromosoomipaari mittelahknemise tagajärjel I meiootilises jagunemises ning sõltub ema vanusest. PWS-i sagedus vastsündinutel on 1:25 000. Patsiendid on vaimselt mahajäänud, nende motoorika on häiritud ja sageli kalduvad nad rasvumisele. Umbes 70% haigetel on leitud deletsioon del(15q11) isalt saadud kromosoomis (st. ikka puudub isapoolne 15. kromosoomi kriitiline piirkond). Ülejäänud juhtudel vastutab sündroomi eest UPD15mat. Kuna PWS patsientidel, kellel on sündroomi põhjuseks UPD15mat, ei ole haiguse kliinilises pildis erinevusi patsientidest, kellel on isapoolne deletsioon del(15q11-q13), arvatakse, et imprintinguefekt piirdubki vastava regiooniga. Selles alas on identifitseeritud rida imprinditud geene, mis võiksid olla kandidaatgeenid PWS fenotüübi jaoks.
    15pat. Isapoolne 15. kromosoomi disoomia on seostatud Angelmani sündroomiga e. AS (Angelman syndrome, AS) 5% juhtumitel. Tavaliselt leitakse 15. kromosoomi paternaalne isodisoomia, mis näitab, et tegemist oli 15. kromosoomi monosoomiaga viljastumisel, millele järgnes olemasoleva isapoolse homoloogi duplitseerumine. Ka need juhtumid on seostatud vanemate vanusega tõusuga. Ülejäänud juhtudel leitakse deletsioon emapoolses 15. kromosoomis, samas piirkonnas 15q11-13, kus PWS-i puhul. AS sündroomi nimetatakse ka “õnneliku hüpiknuku” (“happy puppet”) sündroomiks, sest patsiente iseloomustab õnnelik-rõõmus sättumus, kontrollimatud naeruhood ning motoorika häired, mis avalduvad katkendlikes liigutustes. Kaasnevad vaimne mahajäämus, epilepsia ja mikroanomaaliad.
    Kokkuvõttes võib öelda, et PWS tekib isapoolse ja AS emapoolse 15. kromosoomi kriitilise piirkonna puudumise tõttu. Mõlema sündroomi puhul on väga tõenäoliselt tegemist täpselt sama kromosoomipiirkonnaga, kusjuures erinevused kliinilises pildis tagab imprinting.
    14mat. UPD14mat seostatakse väikese kasvu ja enneaegse puberteediga. Mitmel patsiendil on kirjeldatud hüdrotseefalust e vesipead., skolioosi ning vaimse ja /või motoorse arengu peetust. Ka on UPD14mat-ga indiviidide käed ja jalad väikesed. Sageli põevad nad näiteks keskkõrva põletikke. Inimese 14. kromosoom omab suurt homoloogiat hiire 12. ja 14. kromosoomiga. Hiirel on 12. kromosoomi ema- või isapoolse disoomia puhul kirjeldatud aga embrüo surma juba arengu varastes staadiumites.
    11pat. UPD11pat seostatakse Beckwith-Wiedemanni sündroomiga e. BWS (Beckwith-Wiedemann syndrome, BWS) 20-25% juhtudel. UPD efekt piirdub siin 11p distaalse alaga, kus on tegemist isapoolsete alleelide isodisoomiaga. Uniparentaalse seisundi põhjuseks võiks seega olla post-sügootselt toimunud somaatiline krossingover. Seda kinnitab ka asjaolu, et paljudel juhtudel on patsiendil leitud mosaiikne UPD11pat (vaid osas kudedes).
    Imprintinguefekti on kirjeldatud ka teiste sündroomide ja kasvajate puhul. Tõendid genoomse imprintingu kohta inimesel alles kogunevad.