Sel-sel reproduksi (sperma dan ovum) mengandung 23 kromosom. Ovum mengandung 22 autosom dan kromosom seks X, dan sperma mengandung 22 autosom dan kromosom seks X atau Y. Ketika sel telur dan sperma bergabung pada saat pembuahan, yang seharusnya zigot berisi satu set lengkap 46 kromosom (46,XX/46,XY).[1,5]

Pada sindrom Turner monosomi X terjadi kesalahan dalam pembelahan sel yang disebut nondisjunction dan dapat mengakibatkan sel-sel reproduksi dengan jumlah kromosom yang tidak normal sehingga tidak adanya kromosom X, umumnya terjadi karena kesalahan pada sperma ayah atau sel telur ibu. Akibatnya, setiap sel dalam tubuh penderita hanya memiliki satu kromosom X (45,XO).[1,5]

Sindrom Turner monosomi X bukanlah penyakit yang diturunkan, hilangnya kromosom X ini tidak diketahui dan diyakini sebagai hasil dari peristiwa acak. Dalam beberapa kasus, kelainan kromosom tampak muncul secara spontan (de novo).[4,5]

Mosaikisme dalam Sindrom Turner

Kromosom X yang hilang dalam proporsi sel disebut dengan mosaikisme. Kesalahan terjadi pada pembelahan sel selama pada awal perkembangan embrio. Hal ini menghasilkan beberapa sel dalam tubuh memiliki dua salinan kromosom X yang lengkap. Sementara itu, sel-sel lainnya hanya memiliki satu salinan kromosom X. [1,5,8]

Jenis mosaikisme sindrom Turner adalah 45,X/46,XY. Pada jenis ini terdapat sedikit materi kromosom Y yang dapat meningkatkan risiko tumor di gonad yang merupakan organ seks internal. Walaupun memiliki materi kromosom Y, gadis dengan sindrom Turner tidak akan memiliki ciri laki-laki.

Jenis mosaik 45,X/47,XXX di mana ada sel 45,X dan jenis sel kedua yang memiliki kromosom X ekstra, membuat seorang gadis biasanya lebih tinggi. Terdapat juga jenis mosaikisme kombinasi tipe sel, seperti 45,X/46,XX/47XXX.[1,5,8]

Secara klinis anak perempuan dengan mosaikisme seringkali lebih ringan dibandingkan dengan yang terlihat pada pasien dengan 45,X. Meskipun hal ini bergantung pada jaringan mana yang terpengaruh dan saat perkembangan mosaikisme. Mosaikisme derajat rendah dapat ditemukan pada wanita normal secara fenotip.

Kelainan Struktur Kromosom X

Perbedaan struktural ini terjadi sebelum pembuahan, yaitu selama pembentukan ovum dan sperma atau gametogenesis.  Kelainan struktur kromosom X dapat berasal dari ring kromosom, isokromosom atau delesi kromosom pada beberapa sel, tetapi tidak semua sel.[1,5,8]

Isochromosome X [46,X,i(X)]

Isochromosome merupakan penyimpangan kromosom struktural terdiri dari dua lengan pendek atau dua lengan panjang, dimana dua salinan tersebut terhubung head to head, yang diturunkan dengan pembagian sentromer. Kelainan struktur kromosom X yang paling umum adalah 46,X,i(Xq).[1,5,8]

Ring Chromosome [46,X,r(X)]

Ring Chromosome biasanya dihasilkan dari two terminal breaks. Dimana bagian dari ujung lengan pendek dan panjang kromosom X hilang di kedua lengan kromosom, diikuti oleh fusi dari ujung yang patah. Bagian assentrik sering menghilang dan monosomi parsial terjadi. Kromosom cincin menyebabkan peristiwa mitosis yang kompleks. Fenotipenya sangat bervariasi sesuai dengan ukuran kromosom cincin dan delesi dari lengan pendek dan panjang.[1,5,8]

Delesi (Xp or Xq)

Delesi kromosom terjadi pada bagian dari lengan pendek kromosom X. Perawakan pendek, disgenesis gonad, dan stigmata khas sindrom Turner terutama terdapat pada pasien yang menunjukkan delesi seluruh lengan pendek. Selanjutnya, fenotip adalah variabel dalam penghapusan parsial. Wilayah Xp22.33-Xp22.12 berisi gen SHOX, yang terletak di kawasan terminal dan lolos dari inaktivasi kromosom X.[1,8]

Short Stature Homeobox-Containing (SHOX) Gene

Short stature homeobox-containing (SHOX) gene adalah protein nuklir yang mengikat deoxyribonucleic acid (DNA) dan bertindak sebagai aktivator transkripsi. Gen SHOX berada di wilayah telomer PAR1 di lengan pendek kedua kromosom seks dan lolos dari inaktivasi X.[7,9]

SHOX merupakan gen yang mengandung homeobox perawakan pendek pada kromosom X. SHOX dikaitkan dengan perawakan pendek pada sindrom Turner dan diskondrosteosis Leri-Weill, juga pada 15% kasus perawakan pendek idiopatik.

Sindrom Turner mewarisi hanya satu salinan gen SHOX. Hilangnya fungsi mutasi satu alel SHOX (haploinsufisiensi) mengakibatkan gangguan defisiensi SHOX yang menyebabkan kegagalan pertumbuhan. Perawakan pendek adalah satu-satunya temuan klinis yang selalu terkait dengan kariotipe 45,X dan defisiensi SHOX. Hal itu juga merupakan satu-satunya kelainan fenotip yang ada pada hampir 100% pasien dengan sindrom Turner.[10]

Defek skeletal hadir dalam variasi fenotipik yang besar, sesuai dengan tingkat keparahan ekspresi dan keterlibatan tulang, serta cenderung memburuk saat pubertas. Kegagalan pada ovarium dan produksi estrogen terjadi pada sebagian besar pasien karena apoptosis folikel sebelum waktunya.[7,9]

Modulator SHOX yang dikodekan oleh SHOX2 dikenal sebagai pengatur hipertrofi kondrosit dan memiliki fungsi penting dalam perkembangan tulang dan pembentukan pola embriogenik. Fungsi pengaturan lainnya mempengaruhi morfogenesis embrio, perkembangan jantung dan sistem saraf. Selama periode embrionik, ekspresi gen SHOX terbatas dan dapat dideteksi pada osteoblas embrio manusia dari bulan kedua kehamilan.[7,9]

Gen SHOX mengkodifikasi faktor transkripsi homeodomain yang diekspresikan selama kehidupan janin dalam perkembangan jaringan tulang di humerus distal, radius, ulna, wrist, arkus faring namun tidak diekspresikan dalam perkembangan axial skeleton maupun di tengkorak.[7,9]