На головну

ОСНОВИ ГЕНЕТИКИ | ГЛАВА I. Предмет, коротка історія та основні положення генетики | ГЛАВА II. Класичний генетичний аналіз | ГЛАВА III. Основи популяційної генетики |

ГЛАВА V. Цитогенетика людини

  1. HАPКОТІЧЕСКІЕ ВЕЩЕСТВА, ЇХ ДІЯ HА ЛЮДИНИ І КЛАСИФІКАЦІЯ.
  2. III. Заповнити таблицю 16 за влучним висловом патогенних нематод людини.
  3. Quot; Покоління "прав людини
  4. А. БІОЛОГІЧНА СЛАБОСТЬ ЛЮДИНИ
  5. Акцентуйте увагу на сильних сторонах людини
  6. Алкоголь, тютюн і інші засоби впливу на генетику і психіку людини, як глобальне засіб управління
  7. Аналіз почерку людини з руху почерку

Цитогенетика - наука про зв'язок внутрішньоклітинних структур і спадковості. Вона знаходиться на стику генетики (науки про спадковість і мінливість) і цитології (науки про клітину).

5.1 Внутрішньоклітинні носії спадкової інформації у людини - ядро ??і мітохондрії

Ядро (лат. Nucleus) - органела еукаріотичної клітини, що містить молекули ДНК, які несуть генетичну інформацію. У ядрі відбуваються найважливіші для життя процеси: реплікація - подвоєння молекул ДНК, а також транскрипція - синтез молекул РНК на молекулі ДНК. Тут же синтезовані молекули РНК піддаються ряду модифікацій, і тільки після цього виходять в цитоплазму. В особливих структурах всередині ядра - ядерцях - відбувається утворення субодиниць рибосом.

Ядро відділене від цитоплазми ядерною оболонкою, утвореної за рахунок розширення і злиття один з одним цистерн ендоплазматичної мережі таким чином, що у ядра утворилися подвійні стінки за рахунок оточуючих його вузьких компартментов. Порожнина ядерної оболонки називається люменів або перінуклеарним простором. Внутрішня поверхня оболонки ядра стелить ядерної ламін - жорсткої білкової структурою, утвореної білками-Ламін, до якої прикріплені нитки хромосомної ДНК. Ламіни прикріплюються до внутрішньої мембрані ядерної оболонки за допомогою заякоренних в ній трансмембранних білків - рецепторів Ламін. У місцях злиття внутрішньої і зовнішньої мембран ядерної оболонки утворюються так звані ядерні пори, через які відбувається обмін речовин між ядром і цитоплазмою. Пора не є діркою в ядрі. Це складна структура, організована декількома десятками особливих білків - нуклеопорінов. За допомогою електронної мікроскопії було встановлено, що ядерна пора є структурою, що складається з восьми пов'язаних один з одним білкових гранул з зовнішньої, і восьми - з внутрішньої сторони ядерної оболонки.

Ядро - структура, яка перебуває всередині ядра, яка не має власної мембранної оболонки, проте добре помітна як під світловим, так і під електронним мікроскопом. Основна функція ядерця - синтез рибосом. У хромосомах є так звані ядерцеві організатори - спеціальні ділянки, які містять гени Хвороби (рРНК), навколо яких і формуються ядерця. У полісом полімераза I синтезує рРНК. Після дозрівання цієї РНК відбувається збірка рибосомних субчастиц. У полісом локалізуються білки, які беруть участь в цих процесах. Для деяких з цих білків характерна наявність особливої ??послідовності - сигналу ядерцеву локалізації. Слід зазначити, що в полісом локалізується близько 600 видів різних білків. Це найвища концентрація білка в клітині. Вважається, що для здійснення функцій ядерця необхідна лише невелика частина цих білків, а інші потрапляють туди не специфічно.

Застосування методів електронної мікроскопії дозволило виділити в полісом кілька субкомпартментов: так звані фібрилярні центри, оточені ділянками щільного фибриллярного компонента, де і відбувається синтез рРНК, і гранулярні компоненти, які розташовуються зовні від щільного фибриллярного компонента і являють собою скупчення дозріваючих рибосомних субчастиц.

При діленні клітин окремі молекули ДНК піддаються компактизации, стають помітні хромосоми - нуклеопротеіновие комплекси, що складаються з двох хроматид, з'єднаних центромерой - первинної перетяжкою (Малюнок V, 1). Оскільки хроматиди є результатом реплікації (подвоєння) однієї молекули ДНК, їх називають сестринськими. Кожна хроматида розділена центромерой на дві частини - плечі. Зазвичай плечі хромосом не рівні по довжині, виділяють короткий (позначається латинською буквою p) і довге плече (позначається буквою q). Відношення довжини короткого плеча до довжини всієї хромосоми, називають центромерная індексом. Розрізняють метацентріческая хромосоми (центромерная індекс 0,35 - 0,50), субметацентріческіе (0,25 - 0,35) і акроцентріческіе (<0,25). Кінцеві райони хромосом називаються теломери.

Малюнок V, 1. Схематичне зображення хромосоми.

Мітохондрії - органели, наявні в цитоплазмі багатьох еукаріотів. Саме в мітохондріях відбувається синтез АТФ - основного джерела хімічної енергії клітини. Ефективність роботи мітохондрій дуже висока. На фотографіях мітохондрій видно велику кількість внутрішніх мембран (Малюнок V, 2). Кількість і форма мітохондрій сильно розрізняються в різних тканинах і залежить від інтенсивності обміну речовин. Наприклад, в одній клітці печінки ссавців може бути 1000-1500 мітохондрій.

Малюнок V, 2. Електронна мікрофотографія зрізу мітохондрії.

Оболонка мітохондрій складається з двох мембран, між якими є межмембранное простір. Простір, відмежоване внутрішньої мембраною, називається матриксом. У матриксі розташовуються мітохондріальні ДНК, РНК і рибосоми, містяться ферменти, що беруть участь в циклі Кребса, протікають реакції окислення жирних кислот. Внутрішня мембрана утворює численні гребневидние складки - Крісті, істотно збільшують площу її поверхні. На зверненої до матриксу стороні внутрішньої мембрани мітохондрій локалізуються особливі молекули АТФ-синтази, що складаються з головки, ніжки і підстави. При проходженні через них протонів відбувається синтез АТФ. У підставі частинок, заповнюючи собою всю товщу мембрани, розташовуються компоненти дихального ланцюга. Зовнішня мембрана мітохондрій має маленькі отвори, утворені спеціальними білками, через які можуть проникати невеликі молекули і іони. Внутрішня мембрана таких отворів не має. У місцях зіткнення зовнішньої і внутрішньої мембран знаходиться спеціальний білок-рецептор, що сприяє транспорту мітохондріальних білків, закодованих в ядрі, в матрикс мітохондрії.

Мітохондріальний геном людини представлений кільцевою молекулою ДНК довжиною 16569 п. Н. (Пар нуклеотидів), яка містить 37 генів (13 з них кодують білки, функціонально пов'язані з енергетичним обміном, 22 - транспортні РНК і 2 - рибосомальної РНК). ДНК мітохондрій успадковується виключно по материнській лінії. У мітохондріальної ДНК спостерігається висока частота мутацій. Мутації мітохондріальної ДНК є причиною цілого ряду спадкових захворювань людини, в основному пов'язаних з важкими порушеннями обміну речовин.

5.2 Мітоз, мейоз і особливості дозрівання статевих клітин людини

Для більшості нормальних клітин людини характерний розподіл шляхом мітозу - упорядкованого розбіжності хроматид до полюсів клітини за допомогою веретена поділу з подальшим формуванням генетично ідентичних дочірніх клітин. Клітинний цикл складається з інтерфази - періоду між двома клітинними поділами - і мітозу (Малюнок V, 3). Интерфаза включає фазу G1 - Синтез білка, що передує подвоєння ДНК, фазу S - реплікація (подвоєння) ДНК і фазу G2 - Постреплікаціонний синтез білка. Іноді клітини переходять у фазу G0 - Пролиферативного спокою, коли остаточно спеціалізовані клітини перестають ділитися. На стадії S часто відбуваються сестринські хроматидні обміни (схо, Малюнок V, 4), частота яких залежить від зовнішніх впливів на клітину. Спеціальні методи фарбування дозволяють виявляти СХО. Підвищена частота схо служить індикатором шкідливих впливів на клітини.

Мітоз включає наступні стадії:

I - Профаза. Конденсація хроматину призводить до того, що хромосоми стають видимими, сестринські хроматиди тісно прилягають один до одного. Ядро зникає, каріолемми (оболонка ядра) розчиняється, формується веретено поділу.

II - Метафаза. Хромосоми розташовуються в екваторіальній площині клітини. До Центромера прикріплені нитки ахроматинового веретена, інші кінці яких закріплені в центриолях на полюсах клітини. Хроматиди починають відділятися одна від одної, залишаючись з'єднаними лише в центромеру. Центромери роз'єднуються і сестринські хроматиди починають розбіжність до полюсів клітини.

III - Анафаза. Сестринські хроматиди розходяться до полюсів клітини.

IV - Телофаза. Відбувається деконденсація хроматину, формуються дочірні ядра, веретено поділу дезінтегрується, з'являється перетяжка між дочірніми клітинами.

Малюнок V, 3. Стадії клітинного циклу.

Хромосоми найкраще видно на стадії метафази, тому основним методом цитогенетики є метафазну аналіз. Для того щоб накопичити достатню кількість клітин на стадії метафази, використовують колхіцин - речовина, що розчиняє трубочки ахроматинового веретена, перешкоджаючи агрегації молекул тубуліну, з якого складаються мікротрубочки.

А.

Б.

Малюнок V, 4. Сестринські хроматидні обміни.

А. Флуоресцентний варіант. За матеріалами сайту http://www.crios.be/genotoxicitytests/sister_chromatid_exchange_test.htm.

Б. Нефлуоресцентний варіант. Фотографія Е. р Неронова.

З точки зору передачі спадкової інформації все клітини можна поділити на два типи - генеративні (статеві), тобто ті, які беруть участь у формуванні генотипу нащадків, і соматичні (від лат. Soma - тіло), гени яких не передаються нащадкам. Якщо для соматичних клітин характерно мітотичний поділ, то для формування статевих клітин (гамет) необхідний мейоз. Мейоз (від грецького meiosis - зменшення) - це тип поділу клітини, при якому число хромосом зменшується вдвічі - кожна дочірня клітина отримує по гаплоїдному набору хромосом, тобто набору, де кожна хромосома представлена ??одним гомологом з двох, що прийшли від кожного з батьків індивідуума. Гаплоидное число хромосом позначається n, у людини n = 23. Таке число хромосом мають яйцеклітини і сперматозоїди. Соматичні клітини містять диплоидное число хромосом 2n = 46. Біологічне значення мейозу полягає (1) в формуванні гаплоїдних клітин, які при злитті можуть дати початок диплоїдному організму і (2) в рекомбінації хромосом - кросинговер відбувається в профазі I, а в анафазе I гомологічні хромосоми випадковим чином розходяться до полюсів клітини), що служить для збільшення генетичного різноманіття індивідуумів.

Мейоз включає два ділення - редукционное, коли вдвічі зменшується число хромосом, і екваціонное - звичайний мітоз, коли вдвічі зменшується число хроматид (Малюнок V, 5). Редукційний розподіл (розподіл I) включає профазу I, метафазу I, анафазу I і телофазу I. У профазі I виділяють наступні стадії:

- Лептотена (стадія тонких ниток). Стають видимими довгі хромосомні нитки.

- Зиготена. Починається спаровування (кон'югація) гомологічних хромосом. Утворюються біваленти - спарені гомологічні хромосоми. Кожен бивалент складається з чотирьох хроматид. Статевий бивалент різко відрізняється від інших - X- і Y-хромосоми з'єднані торцями. Формуються сінаптонемальние комплекси - характерні структури в місцях контактів хроматид, які мають двошарове будову.

- Пахитена. Відбувається подальша конденсація хромосом.

- Диплотена. Розпадаються сінаптонемальние комплекси. Відбувається поділ несестрінскіх хроматид, які залишаються пов'язаними один з одним в окремих точках, де утворюються Х-образні структури - хіазми.

- Діакінеза. Відбувається терміналізація хиазм - хіазми зсуваються до теломерам. Відбувається повне розділення гомологічниххромосом.

В кінці метафази I гомологічні хромосоми починають розбіжність до полюсів клітини. Анафаза I і телофаза I проходять аналогічно анафазе і телофазе звичайного мітотичного поділу.

Екваціонное розподіл є звичайним мітотичним розподілом гаплоидной клітини. Воно включає профазу II, метафазу II, анафазу II і телофазу II.

Малюнок V, 5. Узагальнена схема мейотичного поділу. 1-5 - профаза I, 1 - Лептотена, 2 - Зиготена, 3 - Пахітена, 4 - діплотена, 5 - діакінеза, 6 - метафаза I, 7 - анафаза I, 8 - телофаза I, 9 - профази II, 10 - метафаза II, 11 - анафаза II, 12 - телофаза II

У людини формування чоловічих статевих клітин - сперматозоїдів і жіночих - яйцеклітин має суттєві біологічні особливості (Малюнки V, 6 і V, 7).

Починаючи з моменту статевого дозрівання (в постпубертантний період) сперматогенез у чоловіків відбувається постійно. У сім'яниках сперматоціти - клітини-попередники сперматозоїдів - піддаються мейотичного поділу. З одного сперматоцита виходить чотири сперматозоїда, кожен з яких містить щільно упакований гаплоїдний набір хромосом і мітохондрії, яка служить для вироблення енергії для джгутика. Джгутик дозволяє сперматозоїду швидко пересуватися в рідкому середовищі. Слід зазначити, що від зачаття до початку мейозу в сім'яниках клітини-попередники сперматозоїдів проходять велика кількість мітотичних поділів, в ході яких можуть накопичуватися мутації. У цьому проявляється еволюційна роль чоловічої статі як носія спадкової мінливості. Так при порівнянні послідовностей ДНК хромосом шимпанзе і людини з'ясувалося, що швидше за все накопичуються заміни нуклеотидів саме в Y-хромосомі, що служить прекрасною ілюстрацією цього положення.

Еволюційна роль жіночої статі як зберігача вже усталених спадкових змін, як правило, мають адаптивну (пристосувальну) цінність, виражається і в особливостях дозрівання яйцеклітин. Мейоз починається в яєчниках дівчаток на третьому місяці внутрішньоутробного розвитку, коли з моменту запліднення пройшло не так багато мітотичних поділів і ще не встигли накопичитися мутації. До сьомого місяця діляться клітини знаходяться в стадії лептотени і зиготи. Від сьомого місяця до народження встигають пройти пахітени і діплотени, потім мейоз зупиняється, утворюються каріолемми і ядерце. Ця особлива стадія - діктіоти - триває до першої овуляції. При народженні у дівчинки є близько 2,6 х 106 ооцитів, з яких більшість (близько 90%) дегенерує. За все життя жінки тільки близько 400 ооцитів дозрівають повністю. В яєчнику кожен ооцит оточений шаром епітеліальних клітин і двома шарами сполучної тканини - ця структура називається фолікул. У постпубертантний період (в середньому з 12 років) в першій половині циклу під дією лютеїнізуючого гормону починається діакінеза. В ході редукційного поділу утворюються перші полярне тільце. Перше полярне тільце, як правило, пізніше проходить екваціонное розподіл. Далі мейоз проходить до метафази II і зупиняється до зустрічі яйцеклітини зі сперматозоїдом в фаллопієвій трубі. Проникнення сперматозоїда стимулює розбіжність хроматид, формування ядерної мембрани, жіночого пронуклеуса і другого полярного тільця. З хроматину сперматозоїда утворюється чоловічий пронуклеус, який через кілька годин зливається з жіночим пронуклеусом, утворюючи зиготу - запліднену яйцеклітину. Шляхом дроблення зиготи утворюється ембріон.

Малюнок V, 6. Оогенез людини. Оогонії - попередники ооцитів, здатні до мітотичного поділу. Ооцити I порядку - диплоїдні продукти мітотичного поділу оогонієв. Ооцити II порядку - гаплоїдні продукти редукційного поділу ооцитів I порядку. Оотіда - велика яйцеклітина, що виникла при екваціонном розподілі ооцита II порядку.

Малюнок V, 7. Сперматогенез людини. Сперматогонии - попередники сперматоцитов, здатні до мітотичного поділу. Сперматоціти I порядку - диплоїдні продукти мітотичного поділу сперматогонієв. Сперматоціти II порядку - гаплоїдні продукти редукційного поділу сперматоцитов I порядку. Сперматиди - гаплоїдні продукти екваціонного поділу сперматоцитов II порядку.

5.3 Структурно-функціональна організація хромосом.

Хроматин - це речовина, з якої складаються хромосоми еукаріотів, що представляє собою комплекс ДНК, РНК і білків. Саме в складі хроматину відбувається реалізація генетичної інформації, а також реплікація і репарація ДНК.

Основну масу хроматину складають білки гістони, котрі відповідальні не тільки за укладку ДНК, але виконують і регуляторну функцію. Гістони H2A, H2B, H3 і H4 утворюють нуклеосоми - особливі структури шайбовідной форми висотою 6 нанометрів і 11 нанометрів в діаметрі, які беруть участь в найпершому етапі упаковки ДНК в хромосоми (Малюнок V, 8). До складу кожної нуклеосоми входить по дві молекули кожного із зазначених видів гістонів (всього вісім молекул, такі комплекси називають октамер). Через те, що нуклеосоми розташовуються більш-менш регулярно, що утворюється структура нагадує намисто (Малюнок V, 9). Найбільший з усіх гістонів - гистон H1- зв'язується з ДНК на ділянці між нуклеосомами (Малюнок V, 8). Компактизація і декомпактізаціі хроматину на рівні нуклеонеми (нуклеосомної нитки) регулюється гістонів H1. При реплікації - подвоєння нитки ДНК - нуклеосоми не розпадаються, а переходять на одну з дочірніх ниток випадковим чином. Відсутні октамер синтезуються заново. Найперший рівень укладання хромосом - нуклеонемний - забезпечує компактизації ДНК в 6-7 раз.

Малюнок V, 8. Схема нуклеосомної організації хроматину. Взаємне просторове розташування гістонів H2A, H2B, H3 і H4 відбито.

Малюнок V, 9. Нуклеосомна нитка - нуклеонема.

Нитка ДНК з нуклеосомами утворює структуру товщиною близько 30 нанометрів, так звану 30 нм фибриллу (Малюнок V, 10). Її можна побачити на препаратах виділеного хроматину. Видалення навіть деякої частини молекул гистона H1 призводить до розпаду фібрили до товщини 10 нанометрів, що відповідає приблизною товщині нуклеосоми. Це свідчить про те, що гистон H1 грає ключову роль у взаємодії між нуклеосомами. На рівні фібрили 30 нанометрів досягається приблизно сорокакратний компактизація ДНК. На такому рівні спирализации істотно знижується здатність ДНК зв'язуватися з білками, які беруть участь в транскрипції, що призводить до зменшення генетичної активності упакованих в фибриллу 30 нанометрів ділянок.

Малюнок V, 10. Фібрила товщиною 30 нанометрів.

Близько 20% всіх білків хроматину складають негістонові білки. Саме вони мають значення для більш високих рівнів компактизации хроматину. Виявляються на препаратах клітинного ядра кульки діаметром 100 нанометрів (хромомери) мають петлеву розетковідную структуру (Малюнок V, 11). Це третій рівень компактизації. Він забезпечує приблизно 600-700-кратне скорочення ДНК.

Малюнок V, 11. Петлевой домен. А - структура у вигляді розетки. Б - хромонеми.

На препаратах мітотичних хромосом іноді можна побачити спіраль, утворену нитчатой ??хроматиновой структурою товщиною близько 200 нанометрів - хромонеми (Малюнки V, 11 і V, 12). Це четвертий рівень укладання хроматину. Витки хромонеми утворюють хроматиду товщиною приблизно 500 нанометрів, що забезпечує скорочення ДНК приблизно в 104 раз.

Малюнок V, 12. Хромонемная організація митотической хромосоми.

5.4 Диференціальне фарбування і блокова організація хромосом

При фарбуванні митотических хромосом ацидофільними (тобто зв'язуються з кислотами) барвниками, наприклад еозином, або неспецифічними до нуклеотидам флуоресцентними барвниками (флуорохромами - речовинами, здатними випромінювати світлові хвилі більшої довжини при збудженні світлом з меншою довжиною хвилі) виявляється практично рівномірний малюнок без смугастість. Таке забарвлення називається рутинної (Малюнок V, 13).

Малюнок V, 13. Митотические хромосоми людини, забарвлені рутинно, барвник Романовського-Гимзе - розчин еозину і метиленового синього (за матеріалами сайту http://131.229.114.77/microscopy/galllm.html).

Якщо перед фарбуванням митотические хромосоми обробити лужними розчинами, вимиваються ДНК в першу чергу з районів з низькою щільністю хроматину, можна спостерігати інтенсивне фарбування пріцентромерних районів всіх хромосом і практично повне інтенсивне фарбування Y-хромосоми (Малюнок V, 14). Такий підхід називається C-методом диференціального фарбування хромосом або C-бендінг. C-позитивні (інтенсивно забарвлені при використанні цього методу) райони хромосом відповідають ділянкам генетично інертного хроматину - або гетерохроматина. Різна ступінь фарбування районів хромосом при C-забарвленні говорить про неоднорідність розподілу гетерохроматина по довжині хромосом.

Малюнок V, 14. Митотические хромосоми людини, забарвлені по C-методу. Фотографія Е. р Неронова.

Залежно від ступеня щільності упаковки фібрили 30 нанометрів розрізняють більш конденсований хроматин - гетерохроматин - і менш конденсований еухроматин. Гетерохроматіновие ділянки дуже інтенсивно забарвлюються при диференціальної C-забарвленні хромосом через більшу щільності і добре видно під мікроскопом. ДНК, що знаходиться в гетерохроматин, що не транскрибується і містить велику кількість повторюваних послідовностей. На стадії інтерфази гетерохроматин часто розташовується по периферії ядра (пристінковий гетерохроматин). У еухроматину ДНК упакована порівняно нещільно. Гени, що знаходяться в еухроматінових районах, активно транскрибуються. Щільність упаковки хроматину залежить від модифікацій гістонів (метилювання, ацетилювання, фосфорилювання), в першу чергу це відноситься до гістонів H1. Гетерохроматин у ссавців складається переважно з АТ (аденін-тимін) -збагачення високоповторяющейся ДНК. Таким чином, C-забарвлення дозволяє виявляти найбільш розрізняються за своїм складом і щільності райони хромосом.

Якщо обробки перед фарбуванням проводити більш м'яко, можна виявити смугастість митотических хромосом. Це диференціальна G-забарвлення або G-бендінг (Малюнок V, 15). G-позитивні райони відповідають більш компактізованним, менш насиченим генами ділянках хромосом, які містять кількість АТ-пар більше, ніж G-негативні райони. Як правило, в G-позитивних районах (G + -блок) знаходяться тканеспеціфіческіе і стадіеспеціфіческіе гени, транскрипція яких потрібна не у всіх клітинах. У цьому полягає біологічне значення блокової організації хромосом - гени, які однаково потрібні у всіх клітинах, знаходяться в більш деконденсірованних ділянках хромосом, де ДНК більш доступна для ферментів транскрипції. Для отримання виразної G-забарвлення зазвичай використовують м'яку обробку хромосом розчином трипсину з подальшим фарбуванням барвником Романовського-Гимзе. За загальноприйнятою трибуквених номенклатурі, яка часто використовується в запису цитогенетичного діагнозу, така забарвлення позначається GTG (G-забарвлення - трипсин - Гімза).

Малюнок V, 15. Митотические хромосоми людини, забарвлені по GTG-методу. За матеріалами сайту http://www.subtelomeres.com/ClinicalDiagnosis_6.html.

G + -блоки також можуть бути виявлені при фарбуванні хромосом АТ-специфічними флуорохромами (DAPI, Гегст 33258) - це диференційна Q-забарвлення або Q-бендінг (Малюнок V, 16). АТ-багаті G-позитивні райони пов'язують більшу кількість барвника, що призводить до їх більш інтенсивної флуоресценції. Використання цього методу дозволяє ідентифікувати Y-хромосому навіть в інтерфазі, оскільки значна її частина складається з надзвичайно АТ-багатого гетерохроматина, який при зв'язуванні з флуорохромами дає діамантове світіння.

Малюнок V, 16. Митотические хромосоми людини, забарвлені по Q-методу. За матеріалами сайту http://www.translational-medicine.com/content/3/1/21/figure/F4?highres=y.

Малюнок зворотний G-бендінг виходить за допомогою R-методу диференціального фарбування шляхом теплової денатурації (Малюнок V, 17). ГЦ-пари, яких більше в G-негативних районах хромосом, більш стійкі до цієї процедури. Переважна більшість G + -район відповідає R- і навпаки (Малюнок V, 18). Сама назва цього методу походить від англійського слова reversed - зворотний. R + -район реплицируются в першій половині фази S клітинного циклу, а G + -район - в другій. Існують методики виявлення R-бендінг шляхом введення в клітини модифікованих попередників синтезу ДНК в середині фази S. Тоді R + -район не міститимуть модифікованих нуклеотидів, а G + -район - будуть.

Малюнок V, 17. Митотические хромосоми людини, забарвлені по R-методу. За матеріалами сайту http://www.currentprotocols.com/protocol/hg0402.

Малюнок V, 18. Схематичне зображення однієї і тієї ж митотической хромосоми, пофарбованої за допомогою різних методів диференціального фарбування. А - C-метод, Б - G-метод, В - R-метод, Г - T-метод.

При більш інтенсивної теплової обробки виявляються T-сегменти, розташовані переважно в прітеломерних районах хромосом (Малюнок V, 19). Їх локалізація збігається з найбільш близькими до теломери R-сегментами (Малюнок V, 18). Зміст генів в T + -район на порядок більше, ніж в середньому по довжині хромосоми, і більше ніж у відносно збагачених генами R + -район. Деякі функціональні особливості дозволяють вважати T-сегменти найбільш вираженими R-сегментами. В таких районах знаходиться особливо багато генів, пов'язаних з найбільш важливими функціями життєзабезпечення клітини - генів домашнього господарства - і онкогенів, мутація яких може привести до злоякісної пухлини. Це визначає особливе значення теломерна районів в онкогенезе.

Малюнок V, 19. Митотические хромосоми людини, забарвлені по T-методу - флуоресцентний варіант гібридизації з використанням Alu-специфічних ДНК-зондів (глава VIII). За матеріалами сайту http://www.statemaster.com/encyclopedia/Image:PLoSBiol3.5.Fig7ChromosomesAluFish.jpg

Райони ядерцевих організаторів (ЯОР), що містять гени Хвороби і формують в інтерфазі ядерця, можуть бути виявлені за допомогою забарвлення нітратом срібла (AgNO3). Такий тип забарвлення називається N-бендінг.

Для позначення хромосоми людини використовується абревіатура HSA (від латинського видової назви Homo sapiens) і цифра, що відповідає номеру хромосоми. Наприклад, HSA21 - хромосома 21 людини. У клінічній практиці позначення HSA іноді опускають, оскільки ясно, що мова йде про людину. Для зручності визначення окремих районів хромосом їх позначають числами як показано на малюнку V, 20. Остання цифра числового позначення вказує на певний бенд - смужку, яка спостерігається при диференціальному фарбуванні, перша цифра вказує на умовну частину хромосоми, що складається з декількох бендів. За замовчуванням наводять позначки сегментів, що виявляються G-методом. Теломери позначаються ter. Довге і короткий плечі позначаються q і p, відповідно.

приклади:

HSA14p11 - район 11 короткого плеча хромосоми 14 людини

HSAXqter - теломер довгого плеча Х-хромосоми людини

5pter-p11 - ділянку, обмежений теломер і бендом 11 короткого плеча хромосоми 5 (включає 5p11, 5p12, 5p13, 5p14, 5p15.1, 5p15.2 і 5p15.3) (Малюнок V, 20).

Малюнок V, 20. Схема позначення районів хромосом на прикладі хромосоми 5 людини (HSA5), диференційно пофарбованої по G-методу (рівень дозволу 400 сегментів на каріотип).

Для підвищення точності цитогенетичного аналізу часто використовують прометафазних і навіть профазних хромосоми, що дозволяє збільшити число розпізнаваних сегментів диференціального фарбування до 850 і 1700, відповідно.

5.5 Гібридизація in situ, хромосомний пейнтинг і порівняльна геномна гібридизація (CGH)

ДНК має двунітевой структуру. Це дає можливість провести плавлення (денатурацію), тобто перевести ДНК в однонитевую форму, потім відновити двунітевой структуру за принципом компліментарності з використанням однонитевой молекули ДНК-зонда - іншими словами провести гібридизацію двох молекул ДНК. Якщо молекула ДНК-зонда містить мічені нуклеотиди, її можна виявити за допомогою однієї з систем детекції гібридизаційного сигналу. Гібридизація нуклеїнових кислот in situ (від лат. In situ - на місці) має на увазі проведення процедури безпосередньо на цитологічному препараті хромосом, інтерфазних ядер або цитоплазми.

Спочатку метод гібридизації in situ застосовувався тільки для локалізації повторюванихпослідовностей, згрупованих в одному або декількох районах митотических хромосом, завдяки чому вони утворюють відносно великий ділянку зв'язування (мішень) для молекул зонда.

У 80-і роки XX століття стали з'являтися повідомлення про застосування методу гібридизації in situ для локалізації унікальних послідовностей на митотических хромосомах з використанням статистичного аналізу.

Виявлення унікальних послідовностей ДНК в мітотичних хромосомах вимагає дотримання трьох умов. По-перше, зонди повинні бути надійними: чітко охарактеризованих і чистими. По-друге, необхідні спеціальні прийоми, що полегшують зв'язування молекул зонда і мішені в хромосомах. По-третє, неспецифічне зв'язування ДНК-зонда з цитологічним матеріалом повинно бути зведене до абсолютного мінімуму. Виконання першої умови в даний час практично не викликає ускладнень, оскільки для отримання ДНК-зондів можна використовувати технологію генної інженерії. Друга умова також здійснимо завдяки використанню декстран сульфату - агента, ефективно підвищує (приблизно в 10 разів) швидкість ренатурації одноланцюгових молекул ДНК в розчині. Це сприяє утворенню протяжних сотовідная конгломератів одноланцюгових молекул ДНК, пов'язаних між собою за рахунок випадково розташованих дволанцюжкових ділянок.

Використання в якості мітки радіоактивних ізотопів дозволяє ефективно локалізувати навіть невеликі фрагменти ДНК - близько 1-2 т. П. Н. Основними недоліками ізотопного варіанти гібридизації є відносно низька роздільна здатність, необхідність тривалої процедури авторадиографии і технічні та складності, пов'язані зі зберіганням і використанням радіоактивних речовин.

Негативні аспекти використання радіоактивності служили стимулом для спроб розробити еквівалентні за ефективністю, але більш безпечні, швидкі і дешеві методи. В результаті були розроблені методи гібридизації з використанням Нерадіоактивні мічених зондів, що виявляються за допомогою різних імунохімічних методів. Було встановлено, що нова технологія гібридизації має низку переваг, до яких відноситься її повна безпека для дослідника. Іншим позитивним властивістю Нерадіоактивні мічених зондів є їх хімічна стійкість протягом декількох місяців. Застосування нерадіоактивних міток забезпечує більш високу роздільну здатність, ніж робота з ізотопами, а в ряді випадків підвищує рівень інформативності. Неізотопних гібридизація дозволяє картировать (тобто визначати місце розташування на хромосомі) унікальні гени розміром близько 1 т. П. Н. Нарешті, результати гібридизації можна аналізувати відразу після проведення експерименту. Таким чином, переваги нерадіоактивного мічення зондів полягають у високій роздільній здатності, точності, відтворюваності, дешевизні і безпеки.

Чутливість даного методу залежить від розміру гена, кількості його копій, специфічної активності зонда, а також від кількості молекул флуорохромов, присутніх в гібриді на заключній стадії експерименту.

Неізотопних варіант гібридизації in situ дозволяє використовувати кілька ДНК-зондів, мічених різними агентами, на одному цитологічному препараті (багатобарвна гібридизація). Такий підхід використовують для тонкого интерфазного картування з роздільною здатністю до 100 т. П. Н.

Підвищенню специфічності методу служить супрессия (придушення) неспецифічної гібридизації шляхом додавання в гібридизаційним суміш невеликої кількості конкуруючої ДНК. Така процедура необхідна при використанні в якості зондів великих геномних послідовностей ДНК.

В даний час найбільш часто використовується метод біотінового мічення. Його принцип заснований на сильному взаємодії біотину з білком авидином внаслідок їх високого спорідненості. Молекула авідіна потенційно може утворити 4 хімічні зв'язки, тому після зв'язування його з біотином три зв'язку залишаються вільними, що використовується при детекції сигналу гібридизації.

Приготування хромосомних препаратів виробляється згідно з існуючими методиками. На наступному етапі метафазні хромосоми піддаються обробці РНК-азой з метою видалення пов'язаної РНК. Далі ДНК зондів і хромосом денатурируют, створюючи одноцепочечниє структури. Хромосомні препарати інкубують з зондом протягом певного часу. Потім видаляють надлишок міченої ДНК, що не зв'язалася з денатурированной ДНК хромосом, за допомогою спеціальної відмивання препаратів. Останнім етапом експерименту є детекція сайтів гібридизації. Суть його зводиться до наступного: ДНК, що містить в своєму складі біотин, легко распознаваема при контакті її з авидином (стрептавідином). Останній, в свою чергу, може бути виявлений флуоресцентно. Такий підхід в наш час є найбільш поширеним і називається флуоресцентна гібридизація in situ (FISH - fluorescent in situ hybridization) (Малюнок V, 21).

Малюнок V, 21. Двокольоровий варіант флуоресцентної гібридизації in situ. За матеріалами сайту http: //qwickstep.comsearchchromosome-12.html.

В останні роки для картування геномів вищих еукаріотів використовують протяжні ДНК-зонди величиною 10 - 150 т. П. Н., Які, як правило, клонують в космідах (див. Глава VI) або в штучних хромосомах дріжджів або бактерій. Застосування перекриваються протяжних ДНК-клонів (контігов) дозволяє зв'язати хромосомний і молекулярний рівні картування геномів.

Для виявлення тонких хромосомних перебудов і для швидкої ідентифікації хромосом застосовують метод хромосомного пейнтінга - в цьому випадку в якості зонда для гібридизації використовують послідовності з хромосомоспеціфіческіх бібліотек. Одночасно може бути кілька хромосомоспеціфіческіх зондів і отримати зображення, де кожна хромосома представлена ??своїм кольором (Малюнок V, 22). Присутність фрагментів іншого кольору на хромосомі буде говорити про хромосомної перебудови.

Малюнок V, 22. Хромосомний пейнтинг (мультіFISH або спектральний аналіз каріотипу). За матеріалами сайту http: //people.musc.edu~hazardsWebBioInformaticsSKY_CGH.htm.

В останні роки для виявлення тонких хромосомних перебудов, розмір яких може лежати за межею роздільної здатності мікроскопа, використовують метод порівняльної геномної гібридизації (CGH - comparative genomic hybridization). Суть методу полягає в кількісній оцінці ДНК, що зв'язується з молекулою короткого зонда на биочипе (Малюнок V, 23). Всі хромосоми і окремі райони представлені специфічними тільки для них ДНК-зондами, закріпленими на склі. Координати кожної такої послідовності введені в спеціальну програму. ДНК від аналізованого індивідуума і контрольний зразок мітять різними флуорохромами і гибрідизуючою на биочипе. Після отмивок сканер зчитує рівень флуоресценції в окремих точках на биочипе. Цей рівень прямо пропорційний кількості зв'язалася ДНК з певним зондом, локалізація якого відома. Зниження вдвічі рівня флуоресценції в місцях розташування зондів з певного району в порівнянні з нормальною клітиною свідчить про гетерозиготності по делеції (втрати) даного району. У гомозигот по делеции флуоресценція зондів з делетірованних районів відсутня зовсім. У гетерозигот по дуплікації (подвоєння хромосомного району) флуоресценція зондів з дупліціроваться району в півтора рази вище, ніж у каріотіпіческі нормальних індивідуумів.

Малюнок V, 23. Схема методу порівняльної геномної гібридизації (CGH).

5.6 Теорія старіння в зв'язку з динамікою структури теломери

Теломери - це кінцеві ділянки хромосом (Малюнок V, 1). Теломерні ділянки хромосом виконують захисну функцію, вони не здатні з'єднуватися з іншими хромосомами або їх фрагментами.

У більшості еукаріот теломерні послідовності ДНК являє собою короткі тандемні повтори (повтори однаково орієнтованих одиниць). У теломерна ділянках хромосом ДНК разом з білками, специфічно зв'язуються з Теломерная повторами, утворює нуклеопротеїдні комплекс - конститутивний (структурний) Теломерная гетерохроматин. Теломерні повтори - вельми консервативні послідовності. У всіх хребетних, в тому числі у людини, вони являють собою багаторазові повтори шести нуклеотидів - ТТАГГГ.

Через те, що ДНК-полімераза не спроможна синтезувати лінійну молекулу ДНК до самого кінця, з кожним циклом ділення теломери клітини коротшають. Даний феномен називається кінцевий недореплікація і вважається одним з найважливіших чинників біологічного старіння. Однак, внаслідок цього явища теломери повинні зменшуватися дуже повільно - по 3-6 нуклеотидів за один акт реплікації. Відомо обмеження числа поділів однієї диференційованої клітини - межа Хейфліка, яке у людини одно 52. Таким чином, за це число поділок теломери можуть стати коротше всього на 156-312 нуклеотидів, що абсолютно не суттєво, враховуючи багаторазове повторення теломерной послідовності ТТАГГГ. Існує епігенетична теорія старіння, згідно з якою поступова втрата маркерів репресії (придушення) неактивного хроматину призводить до активації переміщення мобільних елементів. Клітка запускає механізми видалення викликаних цими переміщеннями ушкоджень, що призводить до вкорочення теломер в десятки і сотні разів.

У стовбурових і статевих клітинах активно працює особливий фермент - теломераза, який за допомогою власної РНК-матриці добудовує теломерні повтори і подовжує теломери. Однак в більшості диференційованих клітин теломераза заблокована, що призводить до неминучого вкороченні теломер і підвищення ймовірності мутацій розташованих в T-дисках онкогенов і генів домашнього господарства.

5.7 Нормальний каріотип людини

Каріотип людини в нормі складається з 23-х пар хромосом, які мають у своєму розпорядженні під номерами в порядку убування їх лінійних розмірів (Малюнок V, 24). Аутосоми (всі хромосоми крім статевих) утворюють однаковий набір у обох статей. Чоловічий набір статевих хромосом XY, жіночий - XX. Каріотип нормального чоловіка - 46, XY, нормальної жінки 46, XX. Як і у всіх ссавців, гетерогаметним підлогою у людини є чоловічий. Y-хромосома складається переважно з гетерохроматина. Невелика по довжині еухроматінових частина містить 397 генів (при загальній кількості генів у людини більше 25000 для однієї з найкоротших хромосом це немало). Для компенсації дози генів в клітинах жіночого організму відбувається інактивація однією з X-хромосом. X-хромосома містить 1606 генів. Примітно, що в ній залишається невелика неінактівірованная частина, яка містить приблизно чверть генів, що зрівнює дозу працюють генів у обох статей (приблизно 400 генів статевих хромосом представлено двома копіями).

Хромосоми людини прийнято умовно поділяти на вісім груп, які позначають латинськими буквами від A до G. Таке підрозділ викликано тим, що не завжди можна точно визначити номер хромосоми. Розподіл хромосом по групах було виконано на підставі їх морфологічних особливостей, видимих ??при рутинному фарбуванні.

Малюнок V, 24. Нормальна метафазну пластинка (А) і розкладка (Б) диференційно забарвлених по G-методу хромосом людини. За матеріалами сайту http://homepage.mac.com/wildlifeweb/cyto/human/index.html.

Група А включає хромосоми 1, 2 і 3 - це метацентріческая і субметацентріческіе хромосоми. Хромосома 1 - найбільший метацентрік в каріотипі. Хромосома 2 є найбільшою субметацентріческіе хромосомою. Метацентріческая хромосома 3 відрізняється приблизно на 1/5 по довжині від хромосоми 1 і, тому, легко може бути ідентифікована. У проксимальному (що знаходиться ближче до центромере) районі довгого плеча хромосоми 3 при використанні Q-забарвлення виявляється дуже яскравий сегмент, який також дозволяє безпомилково визначити цю хромосому.

Група B включає хромосоми 4 і 5 - великі субметацентрікі. Відрізнити їх один від одного при рутинному фарбуванні неможливо.

Група C представлена ??хромосомами 6-12. У цю ж групу входить статева X-хромосома. Всі хромосоми цієї групи - метацентрікі середнього розміру. Індивідуально розрізнити їх можна тільки за допомогою G-, R- або Q-забарвлення.

Група D включає три пари акроцентріческіх хромосом середньої довжини - з 13 по 15. Всі вони містять вторинну перетяжку - місце локалізації ЯОР (ядришкообразующій районів), що відокремлює невеликий по довжині супутник від іншої частини короткого плеча. Розміри супутників помітно варіюють у різних індивідуумів. Іноді спостерігаються два супутника.

До групи E відносять короткі метацентріческая і субметацентріческіе хромосоми з 16 по 18. Хромосома 16 - метацентрік, її довжина становить близько третини від довжини хромосоми 1. Хромосоми 17 та 18 близькі по центромерная індексу (близько 0,30) і кілька (5-10% ) розрізняються по довжині.

Група F об'єднує дві маленькі метацентріческая хромосоми 19 і 20, практично неможливо розрізнити без диференціальної забарвлення.

Група G включає маленькі акроцентріческіе хромосоми 21 і 22. До цієї групи відносять і статеву Y-хромосому, яка відрізняється від інших хромосом цієї групи становищем хроматид довгого плеча - у Y-хромосоми вони розташовані близько, а у хромосом 21 і 22 - широко розставлені. Розмір Y-хромосоми варіює в широких межах за рахунок зміни розмірів гетерохроматинового блоку, що не впливає істотно на фенотип. Така варіабельність видно навіть в інтерфазних ядрах при фарбуванні АТ-специфічними флуорохромами. У коротких плечах хромосом 21 і 22 виявляється вторинна перетяжка - подібно хромосомами групи D вони містять ЯОРи. Малюнки диференціальної смугастість хромосом 21 і 22 істотно розрізняються, що дозволяє проводити їх індивідуальну ідентифікацію.

5.8 Аномалії числа хромосом

Мутації - успадковані зміни генетичного апарату. Зазвичай їх поділяють на геномні, хромосомні і генні. У двох останніх випадках зміни відбуваються всередині хромосом або всередині окремих генів відповідно. Під геномних мутаціями розуміють зміни числа хромосом. Якщо зміна кратно гаплоїдному числу хромосом (у людини - 23), то такі геномні мутації відносять до поліплоїдії, якщо зміна не кратно гаплоїдному числу хромосом (наприклад, одна додаткова або одна відсутня хромосома) - до анеуплоїдії.

Відповідно до загальноприйнятої міжнародної номенклатурі каріотип прийнято записувати в такий спосіб: спочатку записують загальне число хромосом, потім - статеві хромосоми. При нормальному каріотипі цим і обмежуються, за наявності хромосомних порушень їх описують за допомогою спеціальних позначень, які будуть розглянуті при викладі матеріалу про кожну з них.

приклад:

46, ХХ - нормальна жінка;

46, XY - нормальний чоловік.

Якщо не всі клітини організму мають однаковий каріотип, то такі організми називають мозаїчними або мозаїками. Зазвичай фенотипічніпрояв спостерігається у мозаїці, якщо мутантних клітин більше чверті. На цьому спостереженні заснований широко поширений в діагностичній практиці метод аналізу хромосом. На першому етапі аналізують 11 метафазних пластинок - це число відповідає розрахованому числу клітин, де при 25% -му мозаїцизм статистично достовірно присутні більше однієї мутантної клітини. Якщо мутантних клітин не виявлено, то індивідуума вважають каріотіпіческі нормальним. Якщо серед 11-ти проаналізованих клітин дві і більше виявляться мутантними - діагностується мозаицизм. Якщо тільки одна клітина виявиться мутантом - аналізують ще 6 клітин. Якщо серед них не знаходять жодної мутантної (причому саме з такою мутацією як і у першій виявленої мутантної клітини) - індивідуум вважається каріотіпіческі нормальним, а виявлення першої мутантної клітини вважають випадковим. Якщо серед проаналізованих 6-ти клітин знаходять ще одну мутантних з тієї ж мутацією, то в аналіз беруть ще 6 клітин. Аналіз продовжують до тих пір, поки не виявлять дві або більше мутантних клітини серед черговий проаналізованої серії. Тоді ставлять діагноз - мозаицизм. Якщо в черговій серії проаналізованих клітин все вони матимуть нормальний каріотип - індивідуума вважають каріотіпіческі нормальним.

З усіх можливих варіантів полиплоидов у людини описані тільки Триплоїд - зазвичай це викидні на різних стадіях внутрішньоутробного розвитку. Іноді живонароджених діти-Триплоїд змогли прожити кілька годин або днів, причому більшість з них були мозаїками. Відомі окремі випадки виживання мозаїки по Триплоїд. Фенотипічно триплоїдія проявляється насамперед у пузирном переродження плаценти. Характерні для багатьох хромосомних аномалій ознаки - розумова відсталість, неповне заростання джерельця, локальні вади розвитку - спостерігаються і при цьому типі геномних мутацій.

Найбільш поширений випадок анеуплоїдії - трисомія (наявність однієї додаткової хромосоми) по хромосомі 21 або синдром Дауна. Ця аномалія зустрічається з частотою 1 на 700 новонароджених. Ризик народження дитини з синдромом Дауна підвищується зі збільшенням віку матері. В останні роки частота народження дітей з цим синдромом в розвинених країнах знижується через використання пренатальної (допологової) діагностики. У хворих відзначається затримка росту і розвитку, розумова відсталість, вроджений порок серця, зниження імунітету, зниження м'язового тонусу. Зовні їх легко впізнати - широке обличчя, розкосі очі з епікантусом (складкою верхньої повіки), короткий ніс, великий складчастий мову (Малюнок V, 25). Як і для всіх хромосомних аномалій людини, для синдрому Дауна характерна висока мінливість фенотипічних проявів - у різних індивідуумів може спостерігатися різна вираженість окремих симптомів, а деякі з них можуть бути відсутні зовсім. Зазвичай хворі миролюбні, непогано проходять соціальну адаптацію - деякі навіть утворюють сім'ї. Середня тривалість життя - 49 років. Хворі чоловіки безплідні, у деяких жінок можуть бути діти, як з синдромом Дауна, так і нормальні. Запис кариотипа з трисомія по хромосомі 21 виглядає так: 47, ХХ, +21 або 47, ХY, +21. Крім додаткової хромосоми 21 причиною цього синдрому можуть бути внутріхромосомние перебудови з її участю.

Малюнок V, 25. Дитина з синдромом Дауна. Фото С. в. Дундукова.

Інший приклад анеуплоїдії з множинними вадами розвитку - трисомія по хромосомі 18 або синдром Едвардса. Це друге за частотою народження хромосомні захворювання після синдрому Дауна - 1 на 7000. Каріотип хворих дівчаток і хлопчиків відповідно 47, ХХ, +18 і 47, XY, +18. Хворі народжуються з низькою вагою (близько 2 кг), у них спостерігається затримка росту і розвитку, розумова відсталість, широкі джерельця при народженні і відкриті шви черепа, грудна клітка ширша і коротша нормальної, нижня щелепа і ротовий отвір маленькі (Малюнок V, 26) . Очні щілини вузькі і короткі, слухові отвори деформовані і іноді відсутні. Відзначаються вади серця і великих судин, гіпоплазія мозочка і мозолистого тіла. До однорічного віку доживає 5-10%, що всі вижили - глибокі олігофрени.

Малюнок V, 26. Дитина з синдромом Едвардса. За матеріалами сайту http://medgen.genetics.utah.edu/photographs/diseases.

синдром Патау - Трисомія по хромосомі 13 в різних популяціях людини зустрічається з частотами від 1 на 14000 до 1 на 7000, каріотип - 47, +13. Є зв'язок віку матері і ризику народження дитини з цим синдромом, хоча вона не така сувора, як у випадку синдрому Дауна. При виношуванні плода з синдромом Патау у половини вагітних спостерігається багатоводдя. Діти народжуються з невеликою вагою - близько 2,5 кг, мають помірну мікроцефалію, низький скошений лоб, звужені очні щілини, відстань між якими зменшено, помутніння рогівки, мікрофтальм, Колобов, розколину верхньої губи та піднебіння, деформовані вушні раковини, полідактилія (Малюнок V , 27). Унаслідок множинних вроджених аномалій більшість хворих (до 95%) помирає у віці до року. При належному догляді близько 15% тих, що вижили після досягнення однорічного віку мають тривалість життя 5 років, 2-3% - 10 років.

Малюнок V, 27. Дитина з синдромом Патау. За матеріалами сайту http://ptgandg.com/peter.htm.

синдром Варканові - Трисомія по хромосомі 8 описаний переважно у мозаїці 46/47, +8. Повна трисомія по хромосомі 8, як правило, летальна. Частота народження серед новонароджених - 1 на 5000. Діти народжуються доношеними, вік матері не впливає на ймовірність народження дитини з цим синдромом. Характерні розумова відсталість (97,5% випадків), виступаючий лоб, косоокість, глибоко посаджені очі, епікантус, гипертелоризм (збільшена відстань між парними органами) очей і сосків, високе небо (іноді ущелина), товсті губи, вивернута нижня губа, аномалії скелета , аплазія мозолистого тіла, пороки сечової системи, вузький таз, вузькі плечі (Малюнок V, 28). Згодом розвиваються гідроцефалія, пахова грижа. Тривалість життя - не більше 17 років.

Малюнок V, 28. Дитина з синдромом Варканові (мозаїцизм по трисомії 8). За матеріалами сайту http: //web.coehs.siu.eduGrantsTRISkidsofTRISDateOrder.html

Анеуплоїдії за статевими хромосомами також досить часто зустрічаються в популяціях людини. Моносомія (відсутність однієї з гомологічних хромосом) по Х-хромосомі або синдром Шерешевського-Тернера зустрічається з частотою 1 на 1500. Каріотип - 45, Х. Пол дитини з моносомією по Х-хромосомі жіночий, так як у всіх ссавців чоловіча стать визначається наявністю Y-хромосоми, а не кількістю Х-хромосом. Виношування дівчаток з цим синдромом часто проходить з токсикозом і загрозою викидня, а пологи бувають передчасними і патологічними. У другій половині вагітності відбувається інволюція (зворотний розвиток) статевих клітин і до моменту народження у дитини різко зменшено кількість фолікулів або вони зовсім відсутні. Наслідками недорозвинення гонад є недостатність жіночих гормонів, аменорея (відсутність менструацій) і безпліддя. Для хворих дівчаток характерний низький зріст, відставання в розвитку, широка бочкообразная грудної клітки, коротка шия, крилоподібні складки на бічних поверхнях шиї, деформація ліктьових суглобів (Малюнок V, 29). Часто зустрічаються пороки серця і великих судин, аплазія фаланг пальців, схильність до ожиріння і гіпертензія. Молочні залози у більшості хворих не розвинені, соски розташовані низько. Матка недорозвинена, вхід у піхву - воронкоподібний, малі статеві губи, клітор і дівоча пліва недорозвинені, великі статеві губи з вигляду нагадують мошонку. При цьому синдромі проявляються всі наявні зчеплені з підлогою рецесивні мутації.

Малюнок V, 29. Шістнадцятирічна дівчина з синдромом Шерешевського-Тернера. За матеріалами сайту http://lekmed.ru/infoarhivyendokrinologiya-56.html.

Синдром потрійний Х-хромосоми зустрічається з частотою 1 на 700. Усі хворі - зовні нормальні жінки з каріотипом 47, ХХХ. Іноді зустрічаються дві або більше додаткові Х-хромосоми. Розумова відсталість і алалія відзначаються у 75% хворих, часто спостерігається недорозвинення фолікулів, ранній клімакс і безпліддя.

Одна або кілька додаткових Х-хромосом у представників чоловічої статі - синдром Клайнфельтера. Можливі каріотипи: 47, XXY; 48, XXYY; 48, XXXY; 49, XXXXY; 49, XXXYY). Частота народження 1 на 500-700 новонароджених хлопчиків. Для хворих характерні високий зріст, довгі кінцівки при порівняно короткому тулуб, гінекомастія, синдром, безплідність, підвищений вміст жіночих гормонів, ожиріння, психічні порушення, схильність до асоціальної поведінки (Малюнок V, 30).

Малюнок V, 30. Чоловік з синдромом Клайнфельтера. За матеріалами сайту http://dermline.ru/htm/23/233709.htm.

Синдром додаткової Y-хромосоми (Каріотип 47, XYY) зустрічається з частотою 1 на 500. Клінічні прояви практично не виражені. Часто зустрічаються високий зріст, атлетична статура, дещо підвищений рівень агресивності, неадекватна реакція на критику, схильність до імпульсивних вчинків, любов до ризику і пригодам. Синдром з більшою, ніж в середньому по популяції, частотою зустрічається серед засуджених за насильницькі злочини, представників небезпечних професій і любителів екстремальних видів спорту.

5.9 Внутріхромосомние перебудови

Крім аномалій числа хромосом - геномних мутацій - причиною хромосомної патології можуть бути і внутріхромосомние перебудови або аберації. Їх поділяють на кілька типів:

- Делеція - втрата ділянки хромосоми (позначається «del») (Малюнок V, 31);

- Дефішенсі - кінцева делеція (позначається знаком розриву «:») (Малюнок V, 32);

- Дуплікація - подвоєння ділянки хромосоми (позначається «dup») (Малюнок V, 33);

- Ампліфікація - багаторазове повторення ділянки хромосоми (позначається «amp») (Малюнок V, 33);

- Инсерция - вставка додаткового хромосомного району (позначається «ins») (Малюнок V, 34);

- Парацентрической інверсія - поворот на 180 ° ділянки хромосоми, що не містить центромеру (позначається «inv») (Малюнок V, 35);

- Періцентріческая інверсія - поворот на 180 ° ділянки хромосоми, що містить центромеру (позначається «inv») (Малюнок V, 36);

- Транслокація - перенесення ділянки з однієї хромосоми на іншу (позначається t і знаком розриву-злиття «::») (Малюнок V, 37);

- Реципрокная транслокация - обмін ділянками між негомологічної хромосоми (позначається «rcp») (Малюнок V, 38);

- Робертсоновской транслокация - злиття двох акроцентріческіх хромосом з утворенням однієї (суб) метацентричної (Малюнок V, 39). Механізм, як правило, такий: відбувається обмін плечима між двома акроцентріческіе хромосомами, що приводить до появи двох (суб) метацентричної хромосом - складаються тільки з довгих плечей залучених в обмін акроцентриками і тільки коротких. Оскільки хромосома, складена з коротких плечей зникає в ході перших же після виникнення перебудови клітинних поділів, єдиним результатом робертсоновской транслокации є поява нової (суб) метацентричної хромосоми. Позначається «rob».

Малюнок V, 31. Схема делеции.

Малюнок V, 32. Схема дефішенсі.

Малюнок V, 33. Схема дуплікації.

Малюнок V, 34. Схема ампліфікації.

Малюнок V, 35. Схема инсерции.

Малюнок V, 36. Схема парацентрической інверсії.

Малюнок V, 37. Схема періцентріческой інверсії.

Малюнок V, 38. Схема транслокации.

Малюнок V, 39. Схема реципрокною транслокации.

Малюнок V, 40. Схема робертсоновской транслокации.

приклади:

46, XY, del (10) (q11 > q21) - чоловічий каріотип з делецией району 10q11-21.

46, XX, del 5p- - жіночий каріотип з делецией короткого плеча хромосоми 5.

inv 9 (p11; q13) - періцентріческая інверсія в хромосомі 9.

inv 5 (q21; q31) - парацентрической інверсія в хромосомі 5.

5q33: - дефішенсі довгого плеча хромосоми 5, розрив розташований в районі 5q33.

t (2; 5) (q21; q31) - реципрокная транслокация хромосом 2 і 5. Розриви і возз'єднання відбулися в районах 2q21 і 5q31. Цю ж транслокацию можна записати більш докладно:

t (2; 5) (2pter > 2q21 :: 5q31 > 5qter; 5pter > 5q31 :: 2q21 > 2qter).

Іноді при цитогенетичному обстеженні виявляються ізохромосома, що складаються з однакових плечей - тільки коротких або тільки довгих (Малюнок V, 41). Така аберрантним хромосома позначається i.

Малюнок V, 41. Схема ізохромосома.

Делеції кінцевих районів обох плечей іноді призводять до формування кільцевої хромосоми (позначається r) (Малюнок V, 42).

Малюнок V, 42. Кільцева хромосома. Фотографія Е. р Неронова.

Хромосоми з двома центромерами (діцентріческіе хромосоми) (Малюнок V, 43) і хромосомні фрагменти без центромери (Ацентріческіе фрагменти) (Малюнок V, 44) виникають при порушенні спарювання гомологічниххромосом в мейозі у гетерозигот по парацентрической інверсія. Зазвичай в ході декількох мітотичних поділів Ацентріческіе фрагменти губляться, а дицентриків формують характерні «мости» в анафазе і розриваються, утворюючи в інтерфазі мікроядра - хроматіновие тільця в цитоплазмі. Подібного роду перебудови можуть відбуватися і в соматичних клітинах під впливом сильних мутагенів (наприклад, радіації).

Малюнок V, 43. Діцентріческая хромосома. Фотографія Е. р Неронова.

Малюнок V, 44. Ацентріческій фрагмент.

приклади:

46, ХХ, r (D) - жіночий каріотип, що містить одну кільцеву хромосому з групи D.

46, Х, i (Xp) - жіночий каріотип, в якому одна Х-хромосома нормальна, а інша - ізохромосома, що складається з короткого плеча.

Найбільш відомим випадком хромосомнихаберацій людини є синдром котячого крику (або синдром Лежена) - HSA5 del (5p-). Зазвичай делетіровано від третини до половини короткого плеча хромосоми 5, рідше зустрічається повна делеция 5p (Малюнок V, 45). Синдром зустрічається з частотою 1 на 45000. Успадковується по аутосомно-домінантним типом. Відзначається низька маса при народженні, м'язова гіпотонія, гипертелоризм очей, зміна гортані, що приводить до характерного типу плачу дитини, нагадує нявкання кішки. Остання ознака проходить до кінця першого року життя. У хворих зустрічаються мікроцефалія, вроджені вади серця, кістково-м'язової системи та внутрішніх органів, деформація вушних раковин, епікантус, антімонголоідний розріз очей (Малюнок V, 46).

Малюнок V, 45.Хромосомний набір хворий з синдромом котячого крику: групова (від А до G) і індивідуальна ідентифікація хромосом (стрілкою вказаний дефект короткого плеча хромосоми 5-й пари). За матеріалами сайту http://medarticle23.moslek.ru/articles/45310.htm.

Малюнок V, 46.Дитина з синдромом котячого крику. За матеріалами сайту http://medarticle23.moslek.ru/articles/34943.htm.

Синдром Вольфа-Хіршхорн (Синдром 4p) виникає через дефішенсі (термінальної делеції) короткого плеча хромосоми 4. Синдром зустрічається з частотою 1 на 96000 живих новонароджених. У більшості хворих делетірован район 4p16.3, величина делеции - близько 165 т. П. Н. При меншому розмірі делетірованного ділянки проявляється менш виражений фенотип. Використання рутинної забарвлення хромосом дозволяє виявити цю аберацію тільки в 60% випадків. Флуоресцентна гібридизація in situ дає можливість виявляти до 95% носіїв. Для хворих характерна мікроцефалія, затримка внутрішньоутробного розвитку, «риб'ячий» рот, краніофаціальної дісморфізм, розколину губи і неба, низькорозташованим деформовані вушні раковини, гипертелоризм (Малюнок V, 47). З внутрішніх органів найчастіше уражаються нирки (діплазія, кісти), серце (атріальний або вентрікулярний септальних дефекти) і насінники (крипторхізм). Виживає не більше 20% новонароджених з цим синдромом, тривалість життя - до 25 років. У хворих спостерігається груба затримка розумового розвитку.



ГЛАВА IV. Близнюковий метод | ГЛАВА VI. нуклеїнові кислоти
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати