Un cromozom se diferentiaza de-a lungul sau, unele aspecte ale acestei diferentieri fiind obserbile la microscop. ADN-ul formeaza complexe cu un numar de proteine intr-un mod foarte specific. Complexul ADN-proteine, impreuna cu anumite ARN asociate, este denumit cromatina. Structura fina, modul in care ADN este compactat si interactioneaza cu proteinele, precum si organizarea cromatinei din nucleul in interfaza par sa fie in legatura cu controlul producerii ARN, al replicarii ADN si, probabil, cu diferentierea celulara.
Secventele de baze nucleotidice din ADN, care constituie genele si care pot fi transcrise in ARN mesager, sunt distribuite de-a lungul diferitilor cromozomi. Aceste secvente sunt prea scurte pentru a fi obserbile microscopic. Aproximativ 3.000 de gene au fost localizate pe cromozomi specifici, in multe cazuri pe benzi specifice ale unui cromozom, iar ordinea in care sunt legate genetic (N.Tr. linkage=legatura genetica) a fost, de asemenea, determinata.
Anumite segmente vizibile din cel putin 12 cromozomi riaza in lungime de la un individ la altul. Ele pot fi identificate pe baza caracteristicilor de colorare (de exemplu, ura 66-3). Aceste segmente riabile contin secvente nucleotidice de ADN inalt repetitive, netranscrise si sunt transmise de la parinti la descendenti intr-o maniera mendeliana directa. Tehnicile geneticii moleculare fac posibila identificarea si definirea moleculara a nenumaratelor segmente polimorfice de ADN transmisibile, segmente care sunt submicroscopice, la fel ca genele insele. Aceste segmente necodificante sunt denumite polimorfisme ale lungimii fragmentelor de restrictie (RFLP -
restriction fragment length polymorphisms) sau repetari de tandemuri in numar riabil (VNTR - riable number of tandem repeats) sau repetari in tandem scurt polimorfic de di- sau tetranucleotide. Variatiile segmentelor vizibile sau invizibile microscopic nu se asociaza, de obicei, cu un efect fenotipic detecil. Totusi, ele sunt utile ca markeri genetici in diagnosticul
prenatal atunci cand sunt strans legate cu locusuri asociate unor afectiuni (de ex., in distrofia musculara Duchenne) si in determinarea zigotiei gemenilor, a paternitatii si a supravietuirii transturilor. De asemenea, acesti markeri ADN, in special VNTR alcatuite din repetari oligonucleotidice scurte care sunt inalt polimorfice si au o larga raspandire in genom, reprezinta un ajutor nepretuit in efortul de cartografiere a genomului uman. In acest sens, locusurile importante in dezvoltarea normala si diferentierea functiilor celulare, inclusiv cele ale caror mutatii duc la afectiuni umane, sunt pozitionate in ordine corecta si in legatura una cu cealalta de-a lungul cromozomilor.
Segmente identificabile microscopic de pe bratele scurte ale autozomilor acrocentrici (mentionate in legenda ura 66-l) sunt destinate productiei de ARN ribozomal si de nucleoli. Pe masura ce se desfasoara mitoza, aceste regiuni de organizare nucleolara raman relativ necondensate. in consecinta, in metafaza ele apar decolorate si separa segmentele condensate de cromatina aflate distal de ele pe bratele cromozomilor - satelitii. (ADN-ul satelitilor nu contine gene; satelitii sunt exemple de segmente polimorfice mentionate anterior). Alte cate regiuni care raman relativ necondensate in metafaza pot fi recunoscute intr-un mic procent de celule si sunt denumite situsuri fragile, deoarece pot suferi fragmentari complete ("rupturi\") pe preparatele in metafaza. Singura regiune de acest fel semnificati pentru o afectiune umana - entitatea clinica denumita sindromul Xfragil - este localizata in apropiere de capatul distal (capatul departat de centromer) al bratului lung al cromozomului X ( in continuare, in paragraful "Dezechilibrul cromozomilor sexuali\"). Alte exemple de specializare segmentara de-a lungul cromozomilor includ telomerii si centromerii. Telomerii, terminatiile distale ale fiecarui brat, sunt in legatura cu membrana nucleara si, probabil, sunt importanti in mentinerea ordinii in nucleu in interfaza si in imperecherea corecta a cromozomilor omologi in meioza; regiunile centromerice sunt locuri de atasare a microtubulilor in metafaza.
Un alt exemplu de diferentiere cromozomiala este secventa in care diferite segmente se replica in cursul fazei S; anumite segmente se replica devreme, altele tarziu. In general, replicarea tardi a unui segment cromozomial se coreleaza cu inactivitatea genetica. Aceasta corelatie este exemplificata prin unul din cei doi cromozomi X din celulele femeii; acel cromozom X in care intregul cromozom, cu exceptia regiunii pseudoauto-zomale terminale si a cator locusuri aditionale, este inactit printr-un fenomen denumit efect Lyon ( modulul 65). Cromozomul inactit X se replica aproape in intregime tardiv, in timpul interfazei este strans condensat si poate fi vizualizat microscopic ca si cromatina
sexuala sau corpuscul Barr. Asincronismul replicarii omologe, cel mai bine exemplificat de cromozomii X, se produce de asemenea in segmentele scurte a unor autozomi. Semnificatia sa la autozomi nu este cunoscuta, dar poate fi in legatura cu memoria genomica ( mai jos).
Un tip de cromatina putin inteles este denumit hetero-cromatina. Ea este puternic condensata, nu numai in metafaza, ci pe toata durata interfazei. O astfel de condensare a cromatinei se coreleaza cu inactivitatea genetica si cu replicarea tardi. Anumite regiuni sunt condensate si inactive in toate celulele (heterocromatina constituti), in timp ce in altele, de exemplu cromozomul X, pot fi condensate si inactive sau decondensate
si active (heterocromatina facultati). Activitatea genelor poate fi uneori afectata, chiar anulata, daca sunt amplasate aberant langa regiuni de heterocromatina, asa cum se poate intampla in rupturi si rearanjamente cromozomiale.
Astfel, in dezechilibrele cromozomiale sunt importante atat locusurile genetice specifice, cat si tipurile particulare de cromatina ce a suferit deletii sau a fost duplicata. Multe dezechilibre cromozomiale care permit viabilitatea dincolo de viata intrauterina implica segmente cromozomiale bogate in tipuri de cromatina aparent inactive sau inactibile. Aceasta este labil pentru cromozomii care pot fi trisomici la indivizi nascuti vii sau in cazul cromozomului X monozomic. De asemenea, semnificatia unui rearanjament cromozomial depinde, probabil, de pozitionarea noua si anormala a genelor structurale si reglatoare in legatura una cu alta si cu heterocromatina.
Din fericire pentru citogenetician, cate trasaturi diferentiale ale cromozomilor se coreleaza cu caracteristici reproductibile citologice care pot fi produse si vizualizate in laborator. In prezent, sunt folosite numeroase tehnici care evidentiaza modelul constant de benzi de diferite lungimi si cu caracteristici de colorare deja mentionate (urile 66-l si 66-3). Aceste modele sunt identice pentru fiecare cromozom 1, fiecare cromozom 2, etc, cu riatii doar ale regiunilor polimorfice inerte mentionate anterior, astfel incat pot fi folosite in citogenetica clinica pentru a identifica cromozomii si pentru a detecta si defini rearanjamentele structurale.
