Хромосомний ряд. Правила хромосомних наборів

Хромосомні мутації (інакше їх називають абераціями, перебудовами) - це непередбачувані зміни у структурі хромосом. Найчастіше вони викликаються проблемами, що виникають у процесі поділу клітини. Вплив факторів середовища, що ініціюють, - це ще одна можлива причина хромосомних мутацій. Давайте розберемося, якими можуть бути прояви такого роду змін у структурі хромосом і які наслідки вони несуть для клітини і всього організму.

Мутації. загальні положення

У біології мутація окреслюється стійке зміна структури генетичного матеріалу. Що означає «стійке»? Воно передається у спадок нащадкам організму, що має мутантну ДНК. Відбувається це в такий спосіб. Одна клітина одержує неправильну ДНК. Вона ділиться, а дві дочірні копіюють її будову повністю, тобто вони також містять змінений генетичний матеріал. Далі таких клітин стає все більше, і якщо організм переходить до розмноження, його нащадки отримують подібний мутантний генотип.

Мутації зазвичай не проходять безвісти. Деякі з них змінюють організм настільки, що результатом цих змін стає смерть. Частина з них змушує організм функціонувати по-новому, знижуючи його здатність до адаптації та призводячи до серйозних патологій. І дуже мала кількість мутацій приносить організму користь, підвищуючи цим його здатність адаптуватися до умов навколишнього середовища.

Виділяють мутації генні, хромосомні та геномні. Така класифікація ґрунтується на відмінностях, що відбуваються у різних структурах генетичного матеріалу. Хромосомні мутації, таким чином, зачіпають будову хромосом, генні - послідовність нуклеотидів у генах, а геномні вносять зміни до геному всього організму, додаючи або забираючи цілий набір хромосом.

Поговоримо про хромосомні мутації докладніше.

Які можуть бути хромосомні перебудови?

Залежно від того, як локалізовані зміни, що відбуваються, розрізняють такі типи хромосомних мутацій.

Внутрішньохромосомні – перетворення генетичного матеріалу в межах однієї хромосоми.
Міжхромосомні – перебудови, внаслідок яких дві негомологічні хромосоми обмінюються своїми ділянками. Негомологічні хромосоми містять різні гени і не зустрічаються у процесі мейозу.

Кожному з цих типів аберацій відповідають деякі види хромосомних мутацій.

Делеції

Делеція - це відділення чи випадання будь-якої ділянки хромосоми. Нескладно здогадатися, що цей тип мутації відноситься до внутрішньохромосомних.

Якщо відділяється крайня ділянка хромосоми, то делеція називається кінцевою. Якщо ж відбувається випадання генетичного матеріалу ближче до центру хромосоми, така делеція називається інтерстиціальною.

Цей тип мутацій може впливати на життєздатність організму. Наприклад, випадання ділянки хромосоми, що кодує певний ген, забезпечує людині несприйнятливість до вірусу імунодефіциту. Ця адаптаційна мутація виникла приблизно 2000 років тому і деяким людям, які захворіли на СНІД, вдалося вижити тільки завдяки тому, що їм пощастило мати хромосоми зі зміненою структурою.

Дуплікації

Ще один вид внутрішньохромосомних мутацій – дуплікації. Це копіювання ділянки хромосоми, яке відбувається внаслідок помилки при так званому перехресті, або кросинговері в процесі поділу клітини.

Скопійована таким чином ділянка може зберігати своє положення, повертатися на 180 °, або навіть повторюватися кілька разів, і тоді така мутація називається ампліфікацією.

У рослин кількість генетичного матеріалу може збільшуватись саме шляхом багаторазових дуплікацій. У такому разі зазвичай змінюються здібності цілого виду до адаптації, а це означає, що такі мутації мають велике еволюційне значення.

Інверсії

Також відносяться до внутрішньохромосомних мутацій. Інверсія – це поворот певної ділянки хромосоми на 180°.

Перевернута в результаті інверсії частина хромосоми може перебувати по один бік від центроміру (парацентрична інверсія) або по її сторони (перицентрична). Центромер - це так звана область первинної перетяжки хромосоми.

Зазвичай інверсії не впливають на зовнішні ознаки організму та не призводять до патологій. Існує, проте, припущення, що з жінок з інверсією певної ділянки дев'ятої хромосоми ймовірність викидня при вагітності зростає на 30 %.

Транслокації

Транслокація – це переміщення ділянки однієї хромосоми на іншу. Ці мутації належать до типу міжхромосомних. Виділяють два види транслокацій.

Реципрокні – це обмін двох хромосом певними ділянками.
Робертсонівські - злиття двох хромосом з коротким плечем (акроцентричним). У процесі робертсонівської транслокації короткі ділянки обох хромосом втрачаються.

Реципрокні транслокації призводять у людей до проблем із дітонародженням. Іноді такі мутації стають причиною невиношування вагітності або ведуть до появи дітей з вродженими патологіями розвитку.

Робертсонівські транслокації досить часто трапляються у людини. Зокрема, якщо транслокація відбувається за участю хромосоми 21, у плода розвивається синдром Дауна, одна з найчастіше зареєстрованих уроджених патологій.

Ізохромосоми

Ізохромосоми - це хромосоми, що втратили одне плече, але замінили його на точну копію іншого свого плеча. Тобто, по суті, такий процес можна вважати делецією та інверсією в одному флаконі. У дуже поодиноких випадках такі хромосоми мають дві центроміри.

Ізохромосоми присутні в генотипі жінок, які страждають на синдром Шерешевського - Тернера.

Усі описані вище види хромосомних мутацій притаманні різним живим організмам, зокрема й людині. Які ж вони проявляються?

Хромосомні мутації. Приклади

Мутації можуть відбуватися в статевих хромосомах та в аутосомах (всіх інших парних хромосомах клітини). Якщо мутагенез торкається статевих хромосом, наслідки для організму, як правило, виявляються важкими. Виникають вроджені патології, які торкаються розумового розвитку індивіда і зазвичай виражаються у змінах фенотипу. Тобто зовні мутантні організми від нормальних.

Геномні та хромосомні мутації частіше виникають у рослин. Проте трапляються вони і в тварин, і в людини. Хромосомні мутації, приклади яких ми розглянемо нижче, виявляється у виникненні важких спадкових патологій. Це синдром Вольфа-Хіршхорна, синдром котячого крику, хвороба часткової трисомії по короткому плечу хромосоми 9, а також деякі інші.

Синдром «котячого крику»

Це захворювання було відкрито 1963 року. Виникає воно через часткову моносомію по короткому плечу хромосоми 5, обумовленої делецією. Один із 45 000 дітей народжується із цим синдромом.

Чому це захворювання отримало таку назву? Діти, які страждають на цю хворобу, мають характерний плач, який нагадує котяче нявкання.

При делеції короткого плеча п'ятої хромосоми можуть втрачатися різні ділянки. Клінічні прояви захворювання безпосередньо залежить від того, які гени були втрачені під час цієї мутації.

Будова гортані змінюється у всіх хворих, а отже «котячий крик» характерний для всіх без винятку. Більшість страждають цим синдромом відзначається зміна будови черепа: зменшення мозкового відділу, луноподібна форма обличчя. Вушні раковини при синдромі "котячого крику" зазвичай розташовані низько. Іноді у хворих спостерігаються вроджені патології серця чи інших органів. Характерною ознакою стає розумова відсталість.

Зазвичай хворі з цим синдромом помирають у ранньому дитинстві, лише 10% їх доживає до десятирічного віку. Проте зафіксовано й випадки довгожительства при синдромі "котячого крику" – до 50 років.

Синдром Вольфа-Хіршхорна

Цей синдром зустрічається значно рідше – 1 випадок на 100 000 народжень. Зумовлений він делецією одного із сегментів короткого плеча четвертої хромосоми.

Прояви цього захворювання різноманітні: затримка розвитку фізичної та психічної сфери, мікроцефалія, характерна клювоподібна форма носа, косоокість, ущелини піднебіння або верхньої губи, маленький рот, вади внутрішніх органів.

Як і багато інших хромосомних мутацій людини, хвороба Вольфа-Хіршхорна відноситься до категорії напівлетальних. Це означає, що життєздатність організму за такої хвороби суттєво знижена. Діти з діагностованим синдромом Вольфа-Хіршхорна зазвичай не доживають до 1 року, проте зафіксовано один випадок, коли хворий прожив 26 років.

Синдром часткової трисомії за коротким плечем хромосоми 9

Виникає це захворювання через незбалансовані дуплікації в дев'ятій хромосомі, внаслідок чого генетичного матеріалу в цій хромосомі стає більше. Загалом відомо понад 200 випадків таких мутацій у людини.

Клінічна картина описується затримкою фізичного розвитку, легкою розумовою відсталістю, характерним виразом обличчя. Пороки серця виявляються у четвертій частині всіх хворих.

При синдромі часткової трисомії короткого плеча хромосоми 9 прогноз все ж таки відносно сприятливий: більшість хворих доживають до літнього віку.

Інші синдроми

Іноді навіть у дуже маленьких ділянках ДНК відбуваються хромосомні мутації. Хвороби в таких випадках зазвичай обумовлені дуплікаціями або делеціями, і їх називають мікродуплікаційними або мікроделеційними.

Найпоширенішим таким синдромом вважається хвороба Прадера-Віллі. Виникає вона через мікроделецію ділянки хромосоми 15. Що цікаво, ця хромосома має бути обов'язково отримана організмом від батька. Через війну мікроделеції порушеними виявляються 12 генів. У хворих із цим синдромом відзначаються розумова відсталість, ожиріння, а також у них зазвичай маленькі стопи та кисті рук.

Ще одним прикладом таких хромосомних хвороб може бути синдром Сотоса. Відбувається мікроделеція на ділянці довгого плеча хромосоми 5. Клінічна картина цього спадкового захворювання характеризується швидким зростанням, збільшенням розмірів кистей рук і стоп, наявністю опуклого чола, деякою затримкою психічного розвитку. Частота народження цього синдрому не встановлена.

Хромосомні мутації, точніше, мікроделеції на ділянках 13 та 15 хромосом, викликають відповідно пухлину Вільмса та ретинбластому. Пухлина Вільмса – це рак нирок, який виникає переважно у дітей. Ретинобластома – це злоякісна пухлина сітківки, яка також трапляється у дітей. Ці захворювання лікуються, якщо їх діагностика проведена на ранніх стадіях. У деяких випадках лікарі вдаються до оєративного втручання.

Сучасна медицина позбавляє багатьох хвороб, але вилікувати або хоча б запобігти хромосомним мутаціям поки не можна. Їх можна лише виявити на початку внутрішньоутробного розвитку плода. Проте генна інженерія не стоїть дома. Можливо, незабаром спосіб запобігання хворобам, викликаним хромосомними мутаціями, буде знайдено.

За допомогою хромосомних перебудов можливо:

вивчати взаємодію генів при зміні їхнього положення в хромосомі;
з'ясовувати вплив розташування еухроматинового та гетерохроматинового матеріалу на фенотипічний ефект гена;
дослідити міжхромосомні відносини у генотипі організму;
отримувати нові групи зчеплення.

Інакше висловлюючись, ту структуру каріотипу і генотипу видів, яка відпрацьовувалася під час еволюції протягом сотень тисяч і мільйонів років, генетик має можливість перебудувати протягом кількох поколінь. За допомогою хромосомних перебудов можна створювати нові системи генотипів.

Хромосомні перебудови, що відбуваються як усередині однієї хромосоми, так і між негомологічні хромосоми, є дуже важливим механізмом перекомбінації генів всередині хромосомного набору кожного виду.

З викладеного має бути ясно, що перебудови хромосом можуть змінювати поведінку хромосом у мейозі, дію генів, властивостей домінування генів, характер рекомбінації генів, гаметогенез тощо. перебудовами матиме різні шанси на виживання.

Ми вже говорили про те, що явище гомологічної спадкової мінливості пояснюється часом походженням видів на основі хромосомних перебудов вихідного каріотипу. Проте слід пам'ятати, що коли формулювався закон гомологічних рядів, ще не було достатньої кількості фактів про наявність хромосомних перебудов, і закон розроблявся на основі фенотипної класифікації спадкової мінливості.

Тепер у генетиці накопичено велику кількість фактів, що дають підстави визнати, що одним з основних механізмів, що зумовлює виникнення гомологічних рядів мутацій у близьких видів, є процес хромосомних перебудов. Транслокації, інверсії, дуплікації та поліплоїдії у процесі диференціації виду на раси, підвиди та нові види відіграють роль ізолюючих факторів однієї групи індивідуумів від іншої. Зазначені хромосомні перебудови викликають нехрещування особин у популяції, а також зниження плодючості та життєздатності зигот внаслідок порушення генного балансу. Але у випадках виникнення життєздатної форми, гомозиготної по транслокації, інверсії чи дуплікації, вона може виявитися пристосованою до певних умов існування та вільно розмножиться, а потім відокремиться у новий вигляд. У цього нового виду зберігаються колишні гени, але вони виявляться в інших групах зчеплення, або в іншій послідовності розташування. Такі гени можуть мутувати в тому ж напрямку, що й у вихідного вигляду, і таким чином зумовлювати виникнення гомологічних мутацій. Як показують генетичні дослідження родинних видів, особливо у роді Drosophila, їх генетичні системи виявляються дуже подібними, а відмінності стосуються переважно розташування окремих генів.

Роль хромосомних перебудов важлива й у еволюції генотипу. Як було показано, внаслідок транслокацій, дуплікацій та інверсій гени внаслідок ефекту становища змінюють характер Домінування. Якщо корисна мутація гена є рецесивною, то за допомогою ефекту становища вона може проявитись у гетерозиготному стані та стабілізуватися у житті виду. Значення транслокацій особливо велике у перенесенні окремих ділянок аутосом на статеві хромосоми. Ці перебудови є важливим фактором у визначенні несхрещуваності видів тварин.

Як ми вже знаємо, Y-хромосома найчастіше складається з гетерохроматину та генетично мало активна. Але у різних тварин це проявляється різною мірою. Так, при загальній малій активності Y-хромосоми дрозофіли одна з її ділянок, однак, є гомологічною ділянкою в Х-хромосомі. У Y-хромосомі людини така ділянка значно довша, те саме має місце і у рослини меландріум.

У X- і Y-хромосомах можуть бути як гомологічні ділянки, так і негомологічні, тобто в Х-хромосомі завжди є свій характерний для неї район, відсутній в Y-хромосомі; гени в цьому районі будуть успадковуватися зчеплено зі статтю. У Y-хромосомі також є район, не представлений Х-хромосомі. Ознаки, зумовлені генами цього району (голандричними генами), успадковуються лише з чоловічої лінії при гетерогаметичності чоловічої статі.

Гомологічні та негомологічні ділянки у статевих хромосомах, очевидно, могли статися також за допомогою хромосомних перебудов. Про це говорить той факт, що у багатьох видів тварин число гетероморфних хромосом сильно змінюється.

Схематично показаний хід можливого обміну фрагментами між Х-хромосомою та аутосомою у гетерогаметної статі Х0 в результаті транслокації. Внаслідок такої перебудови утворюється новий тип гетерохромосом X1X2Y. Цитологічний аналіз мейозу у таких форм показує утворення тривалентів, що підтверджує правильність припущення про походження гетероморфних хромосом за допомогою транслокацій.

Цитологічний аналіз у деяких родинних видів тварин показує, що гаплоїдні числа хромосом у їхньому наборі різняться, причому окремі хромосоми можуть нести гомологічні ділянки. У деяких споріднених видів дрозофіли відомі 3 пари хромосом (D. willistoni), у інших – 4 пари (D. melanogaster та D. americana), у третьої групи – 6 пар (D. virilis).

Хромосоми можуть перетворюватися на двоплечі хромосоми і, навпаки, може змінюватися також і число хромосом у наборі.

Результати дослідження хромосомних перебудов переконують по-перше, у наявності лінійної дискретності хромосом і, по-друге, у тому, що генотип представляє цілісну систему, не суму окремих генів.

Розгляд хромосомних перебудов призводить до висновку, що вони:

лежать основу змін груп зчеплення генів;
змінюють характер успадкування ознак та властивостей у поколіннях;
змінюють прояв та взаємодію генів;
є не лише джерелом спадкової мінливості комбінативного характеру, а й механізмом перетворення генотипу та каріотипу у процесі еволюції;
свідчать, що багато генів, які вважалися «класичними» точковими мутаціями, виявляються або дуплікаціями, або делеціями, або інверсіями.

Хромосомні перебудови служать методом цитогенетичної локалізації генів у хромосомах, методом дослідження механізму мейозу та тонкого картування генів. Вони можуть бути використані в практичних цілях для зміни груп зчеплення генів, що визначають господарсько-цінні ознаки.

Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.

Хромосомні мутації є причинами виникнення хромосомних хвороб.

Хромосомні мутації – це структурні зміни окремих хромосом, зазвичай видимі у світловому мікроскопі. У хромосомну мутацію залучається велика кількість (від десятків до кількох сотень) генів, що призводить до зміни нормального диплоїдного набору. Незважаючи на те, що хромосомні абберації, як правило, не змінюють послідовність ДНК у специфічних генах, зміна кількості копій генів у геномі призводить до генетичного дисбалансу внаслідок нестачі чи надлишку генетичного матеріалу. Розрізняють дві великі групи хромосомних мутацій: внутрішньохромосомні та міжхромосомні

Внутрішньохромосомні мутації - це абберація в межах однієї хромосоми. До них відносяться:

- Втрата однієї з ділянок хромосоми, внутрішньої або термінальної. Це може зумовити порушення ембріогенезу та формування множинних аномалій розвитку (наприклад, делеція в регіоні короткого плеча 5-ї хромосоми, що позначається як 5р-, призводить до недорозвинення гортані, пороків серця, відставання розумового розвитку. Цей симптомокомплекс відомий як синдром "котяча" оскільки у хворих дітей через аномалію гортані плач нагадує котяче нявкання);

інверсії. В результаті двох точок розривів хромосоми фрагмент, що утворився, вбудовується на колишнє місце після повороту на 180 про. У результаті порушується лише порядок розташування генів;

дуплікації – подвоєння (або множення) будь-якої ділянки хромосоми (наприклад, трисомія за коротким плечем 9-ї хромосоми зумовлює множинні вади, включаючи мікроцефалію, затримку фізичного, психічного та інтелектуального розвитку).

Міжхромосомні мутації або мутації перебудови - обмін фрагментами між негомологічними хромосомами. Такі мутації отримали назву транслокації (від латинських trans – за, через та locus – місце). Це:

реципрокна транслокація – дві хромосоми обмінюються своїми фрагментами;

нереципрокна транслокація - фрагмент однієї хромосоми транспортується на іншу;

"центричне" злиття (робертсонівська транслокація) – поєднання двох акроцентричних хромосом у районі їх центромір із втратою коротких плечей.

При поперечному розриві хроматид через центроміри "сестринські" хроматиди стають "дзеркальними" плечима двох різних хромосом, що містять однакові набори генів. Такі хромосоми називають ізохромосомами.

Транслокації та інверсії, що є збалансованими хромосомними перебудовами, не мають фенотипічних проявів, але в результаті сегрегації перебудованих хромосом у мейозі можуть утворити незбалансовані гамети, що спричинить виникнення потомства з хромосомними аномаліями.

Геномні мутації

Геномні мутації, як і хромосомні, є причинами хромосомних хвороб.

До геномних мутацій відносяться анеуплоїдії та зміни плоїдності структурно незмінених хромосом. Геномні мутації виявляються цитогенетичними методами.

Анеуплоїдія – зміна (зменшення – моносомія, збільшення – трисомія) числа хромосом у диплоїдному наборі, неразова гаплоїдному (2n+1, 2n-1 тощо).

Поліплоїдія – збільшення числа наборів хромосом, кратне гаплоїдному (3n, 4n, 5n тощо).

Людина поліплоїдія, і навіть більшість анеуплоїдій є летальними мутаціями.

До найчастіших геномних мутацій відносяться:

трисомія – наявність трьох гомологічних хромосом у каріотипі (наприклад, по 21-й парі при хворобі Дауна, по 18-й парі при синдромі Едвардса, по 13-й парі при синдромі Патау; по статевих хромосомах: XXX, XXY, XYY);

моносомія – наявність лише однієї з двох гомологічних хромосом. При моносомії за будь-якою з аутосом нормального розвитку ембріона неможливо. Єдина моносомія у людини, сумісна з життям – моносомія за Х-хромосомою – призводить до синдрому Шерешевського-Тернера (45, Х).

Причиною, що призводить до анеуплодія, є нерозбіжність хромосом під час клітинного поділу при утворенні статевих клітин або втрата хромосом в результаті анафазного відставання, коли під час руху до полюса одна з гомологічних хромосом може відстати від інших негомологічних хромосом. Термін нерозходження означає відсутність поділу хромосом або хроматид у мейозі або мітозі.

Нерозбіжність хромосом найчастіше спостерігається під час мейозу. Хромосоми, які повинні ділитися під час мейозу, залишаються з'єднаними разом і в анафазі відходять до одного полюса клітини, таким чином, виникають дві гамети, одна з яких має додаткову хромосому, а інша - не має цієї хромосоми. При заплідненні гамети з нормальним набором хромосом гаметою з зайвою хромосомою виникає трисомія (тобто в клітині є три гомологічні хромосоми), при заплідненні гаметою без однієї хромосоми виникає зигота з моносомією. Якщо моносомна зигота утворюється за якою-небудь аутосомною хромосомою, то розвиток організму припиняється на ранніх стадіях розвитку.

У соматичних клітин виникають усі види мутацій (в т. ч. під дією різних випромінювань) характерні і для статевих клітин.

Усі спадкові захворювання, зумовлені наявністю одного патологічного гена, успадковуються відповідно до законів Менделя. Виникнення спадкових хвороб зумовлено порушеннями у процесі зберігання, передачі та реалізації спадкової інформації. Ключову роль спадкових чинників у виникненні патологічного гена, що призводить до захворювання, підтверджує дуже висока частота низки захворювань у сім'ях проти населення загалом.

В основі виникнення спадкових захворювань лежать мутації: переважно хромосомні та генні. Отже, виділяють хромосомні та спадкові генні хвороби.

Хромосомні хвороби класифікуються за типом генної або хромосомної мутації та супутньої індивідуальності, що залучається до зміни хромосоми. У зв'язку з цим витримується важливий підрозділ за нозологічним принципом спадкової патології патогенетичний принцип:

Для кожної хвороби встановлюється генетична структура (хромосома та її сегмент), що визначає патологію;

Виявляється, у чому полягає генетичне порушення. Воно визначається недоліком чи надлишком хромосомного матеріалу.

Чисельні порушення: полягають у зміні плідності хромосомного набору та у відхиленні числа хромосом від диплоїдного по кожній їх парі у бік зменшення (таке порушення називається моносомія) або у бік збільшення (трисомія та інші форми полісомій). Добре вивчені триплоїдні та тетраплоїдні організми; частота їх виникнення низька. В основному це ембріони (викидні) і мертвонароджені. Якщо все-таки і з'являються новонароджені з такими порушеннями, то вони живуть, як правило, не більше 10 днів.

Геномні мутації за окремими хромосомами численні, вони становлять основну масу хромосомних хвороб. Повні моносомії спостерігаються за X-хромосомою, що призводить до розвитку синдрому Шеревського-Тернера. Автосомні моносомії серед живонароджених дуже рідкісні. Живороджені – це організми із значною часткою нормальних клітин: моносомія стосується аутосом 21 та 22.

Повні трисомії вивчені значно більшим числом хромосом: 8, 9, 13, 14, 18 ,21, 22 і Х-хромосом. Число Х-хромосом у індивіда може сягати 5 і при цьому зберігається його життєздатність, в основному нетривала.

Зміни кількості індивідуальних хромосом викликають порушення їх розподілу по дочірніх клітинах під час першого та другого мейотичного поділу в гаметогенезі або в перших дробленнях заплідненої яйцеклітини.

Причинами такого порушення можуть бути:

Порушення розбіжності під час анафази хромосоми, що редуплікується, внаслідок чого подвоєна хромосома потрапляє лише в одну дочірню клітину.

Порушення кон'югації гомологічних хромосом, що також може порушити правильність розходження гомологів дочірніми клітинами.

Відставання хромосом в анафазі при їх розбіжності у дочірній клітині, що може призвести до втрати хромосоми.

Якщо одне із вище викладених порушень відбувається у двох або більше послідовних поділах, виникають тетросомії та інші види полісомії.

СТРУКТУРНІ ПОРУШЕННЯ. Якого б виду вони не були, викликають частини матеріалу по даній хромосомі (часткова моносомія) або його надлишку (часткова трисомія). До часткової моносомії можуть призвести прості делеції всього плеча, інтерстиціальні та кінцеві (термінальні). У разі кінцевих делецій обох плечей Х-хромосома може стати кільцевою. Такі події можуть відбутися на будь-якому етапі гаметогенезу, у тому числі після завершення статевою клітиною обох мейотичних поділів. Також до часткової моносомії можуть призвести наявні в організмі батька збалансовані перебудови типоінверсій, реципрокних та робертсонівських транслокацій. Це результат формування незбалансованої гамети. Часткові трисомії також виникають неоднаково. Це можуть бути виниклі заново дублікації того чи іншого сегмента. Але найчастіше вони успадковані від нормальних фенотипічних батьків, які є носіями збалансованих транслокацій або інверсій внаслідок попадання в гамету хромосоми незбалансованої у бік надлишку матеріалу. Порізно часткові моносомії або трисомії зустрічаються рідше, ніж у комбінації, коли пацієнт одночасно має часткову моносомію по одній хромосомі та часткову трисомію за іншою.

Основну групу складають зміни вмісту у хромосомі структурного гетерохроматину. Це лежить в основі нормального поліморфізму, коли варіації у вмісті гетерохроматину не ведуть за собою несприятливі зміни фенотипу. Однак у ряді випадків дисбаланс по гетерохроматинових районах призводить до руйнування розумового розвитку.

Приблизно 1 із 150 дітей народжується з хромосомною аномалією. Ці порушення викликані помилками у кількості чи структурі хромосом. Багато дітей з хромосомними проблемами мають психічні та/або фізичні вроджені дефекти. Деякі хромосомні проблеми в кінцевому підсумку призводять до викидня або мертвонародженню.

Хромосоми – це ниткоподібні структури, що у клітинах нашого організму і містять у собі набір генів. У людей налічується близько 20 – 25 тис. генів, які визначають такі ознаки, як колір очей та волосся, а також відповідають за зростання та розвиток кожної частини тіла. У кожної людини в нормі 46 хромосом, зібраних у 23 хромосомні пари, в яких одна хромосома успадкована від матері, а друга від батька.

Причини хромосомних аномалій

Хромосомні патології зазвичай є результатом помилки, яка відбувається під час дозрівання сперматозоїда чи яйцеклітини. Чому відбуваються ці помилки, поки що не відомо.

Яйцеклітини та сперматозоїди в нормі містять по 23 хромосоми. Коли вони з'єднуються, вони утворюють запліднену яйцеклітину із 46 хромосомами. Але іноді під час (або до) запліднення щось іде негаразд. Так, наприклад, яйцеклітина або сперматозоїд можуть неправильно розвинутися, в результаті чого в них можуть бути зайві хромосоми, або, навпаки, не вистачає хромосом.

При цьому клітини з неправильним числом хромосом приєднуються до нормальної яйцеклітини або сперматозоїду, внаслідок чого ембріон має хромосомні відхилення.

Найбільш поширений тип хромосомної аномаліїназивається трисомією. Це означає, що людина замість двох копій конкретної хромосоми має три копії. Наприклад, мають три копії 21 хромосоми.

Найчастіше ембріон із неправильним числом хромосом не виживає. У таких випадках у жінки відбувається викидень, як правило, на ранніх термінах. Це часто відбувається на початку вагітності, перш ніж жінка може зрозуміти, що вона вагітна. Більш ніж 50% викиднів у першому триместрі спричинені саме хромосомними патологіями у ембріона.

Інші помилки можуть виникнути перед заплідненням. Вони можуть призвести до зміни структури однієї чи кількох хромосом. Люди зі структурними хромосомними відхиленнями, зазвичай, нормальне число хромосом. Тим не менш, невеликі шматочки хромосоми (або вся хромосома) можуть бути видалені, скопійовані, перевернути, недоречні або можуть обмінюватися з частиною іншої хромосоми. Ці структурні перебудови можуть не впливати на людину, якщо вона має всі хромосоми, але вони просто переставлені. В інших випадках такі перестановки можуть призвести до втрати вагітності або вроджених дефектів.

Помилки у розподілі клітин можуть статися невдовзі після запліднення. Це може призвести до мозаїцизму – стану, коли людина має клітини з різними генетичними наборами. Наприклад, людям з однією з форм мозаїцизму – із синдромом Тернера – не вистачає Х-хромосоми у деяких, але не у всіх клітинах.

Діагностика хромосомних аномалій

Хромосомні відхилення можна діагностувати ще до народження дитини шляхом пренатальних досліджень, таких як, наприклад, амніоцентез чи біопсія хоріону, або вже після народження за допомогою аналізу крові.

Клітини, отримані внаслідок цих аналізів, вирощуються в лабораторії, а потім їх хромосоми досліджуються під мікроскопом. Лабораторія робить зображення (каріотип) всіх хромосом людини, розташованих у порядку від більшої до меншої. Каріотип показує кількість, розмір та форму хромосом і допомагає лікарям виявити будь-які відхилення.

Перший пренатальний скринінг полягає у взятті на аналіз материнської крові у першому триместрі вагітності (між 10 та 13 тижнями вагітності), а також у спеціальному ультразвуковому дослідженні задньої частини шиї дитини (так званого комірного простору).

Другий пренатальний скринінг проводиться у другому триместрі вагітності та полягає в аналізі материнської крові на терміні між 16 та 18 тижнями. Цей скринінг дозволяє виявити вагітності, які знаходяться на більш високих ризиках щодо генетичних порушень.

Тим не менш, скринінг-тести не можуть точно діагностувати синдром Дауна чи інші. Лікарі пропонують жінкам, у яких виявлено аномальні результати скринінг-тестів, пройти додаткові дослідження – біопсію хоріону та амніоцентез, щоб остаточно діагностувати чи виключити ці порушення.

Найпоширеніші хромосомні аномалії

Перші 22 пари хромосом називаються аутосомами або соматичними (нестатевими) хромосомами. Найбільш поширені порушення цих хромосом включають:

1. Синдром Дауна (трисомія 21 хромосоми) - одне з найбільш поширених хромосомних відхилень, що діагностується приблизно у 1 з 800 немовлят. Люди з синдромом Дауна мають різний ступінь розумового розвитку, характерні риси обличчя та найчастіше вроджені аномалії у розвитку серця та інші проблеми.

Сучасні перспективи розвитку дітей із синдромом Дауна набагато яскравіші, ніж були раніше. Більшість з них мають обмежені інтелектуальні можливості у легкій та помірній формі. За умови раннього втручання та спеціальної освіти, багато з таких дітей навчаються читати та писати та з дитинства беруть участь у різних заходах.

Ризик синдрому Дауна та інших трисомій збільшується з віком матері. Ризик народження дитини із синдромом Дауна становить приблизно:

1 із 1300 – якщо вік матері 25 років;
1 із 1000 – якщо вік матері 30 років;
1 із 400 – якщо вік матері 35 років;
1 із 100 – якщо вік матері 40 років;
1 із 35 – якщо вік матері 45 років.

2. Трисомії 13 та 18 хромосом – ці трисомії зазвичай серйозніші, ніж синдром Дауна, але, на щастя, досить рідкісні. Приблизно 1 із 16000 немовлят народжується з трисомією 13 (синдром Патау), і 1 на 5000 немовлят – з трисомією 18 (синдром Едвардса). Діти з трисоміями 13 і 18, як правило, страждають на важкі відхилення в розумовому розвитку і мають безліч вроджених фізичних дефектів. Більшість таких дітей помирають у віці до одного року.

Остання, 23 пара хромосом - це статеві хромосоми, звані хромосомами X і хромосомами Y. Як правило, жінки мають дві Х-хромосоми, а у чоловіка одна Х-хромосома і одна Y-хромосома. Аномалії статевих хромосом можуть викликати безпліддя, порушення росту та проблеми з навчанням та поведінкою.

Найбільш поширені аномалії статевих хромосом включають:

1. Синдром Тернера - це порушення торкається приблизно 1 з 2500 плодів жіночої статі. У дівчинки з синдромом Тернер є одна нормальна Х-хромосома і повністю або частково відсутня друга Х-хромосома. Як правило, такі дівчатка безплідні і не піддаються змінам нормального статевого дозрівання, якщо вони не прийматимуть синтетичні статеві гормони.

Зачеплені синдромом Тернера дівчата дуже невисокі, хоча лікування гормоном росту може допомогти збільшити зростання. Крім того, у них є цілий комплекс проблем зі здоров'ям, особливо з серцем і нирками. Більшість дівчаток із синдромом Тернера мають нормальний інтелект, хоча й зазнають деяких труднощів у навчанні, особливо в математиці та просторовому мисленні.

2. Трисомія по Х-хромосомі - приблизно у 1 з 1000 жінок є додаткова Х-хромосома. Такі жінки вирізняються дуже високим зростанням. Вони, як правило, не мають фізичних вроджених дефектів, у них нормальне статеве дозрівання і вони здатні до народження дітей. Такі жінки мають нормальний інтелект, але можуть бути й серйозні проблеми з навчанням.

Оскільки такі дівчата здорові і мають нормальний зовнішній вигляд, їхні батьки часто не знають, що їхня дочка має . Деякі батьки дізнаються, що у їхньої дитини подібне відхилення, якщо матері під час виношування вагітності було проведено один із інвазивних методів пренатальної діагностики (амніоцентез або хоріоцентез).

3. Синдром Клайнфельтера – це порушення торкається приблизно одного з 500 – 1000 хлопчиків. Хлопчики з синдромом Клайнфельтера мають дві (а іноді й більше) Х-хромосоми разом з однією нормальною Y-хромосомою. Такі хлопчики зазвичай мають нормальний інтелект, хоч у багатьох спостерігаються проблеми з навчанням. Коли такі хлопчики дорослішають, вони відзначають знижену секрецію тестостерону і вони виявляються безплідними.

4. Дисомія з Y-хромосоми (XYY) – приблизно 1 із 1000 чоловіків народжується з однією або кількома додатковими Y-хромосомами. У таких чоловіків нормальне статеве дозрівання і вони не є безплідними. Більшість із них мають нормальний інтелект, хоча можуть бути деякі труднощі у навчанні, поведінці та проблеми з мовою та засвоєнням мов. Як і у випадку з трисомією по Х-хромосомі у жінок, багато чоловіків та їхніх батьків не знають, що у них є така аномалія, доки не буде проведено пренатальну діагностику.

Менш поширені хромосомні аномалії

Нові методи аналізу хромосом дозволяють визначити крихітні хромосомні патології, які можуть бути видно навіть під потужним мікроскопом. В результаті, все більше батьків дізнаються, що їхня дитина має генетичну аномалію.

Деякі з таких незвичайних і рідкісних аномалій включають:

Делеція – відсутність невеликої ділянки хромосоми;
Мікроделеція - відсутність дуже невеликої кількості хромосом, можливо, не вистачає лише одного гена;
Транслокація - частина однієї хромосоми приєднується до іншої хромосоми;
Інверсія – частина хромосоми пропущена, а порядок генів змінено зворотний;
Дублювання (дуплікація) – частина хромосоми дублюється, що зумовлює утворення додаткового генетичного матеріалу;
Кільцева хромосома – коли на обох кінцях хромосоми відбувається видалення генетичного матеріалу, нові кінці об'єднуються і утворюють кільце.

Деякі хромосомні патології настільки рідкісні, що науці відомий лише один або кілька випадків. Деякі аномалії (наприклад, деякі транслокації та інверсії) можуть ніяк не вплинути на здоров'я людини, якщо немає генетичного матеріалу.

Деякі незвичайні розлади можуть бути спричинені невеликими хромосомними делеціями. Прикладами є:

Синдром котячого крику (Делеція по 5 хромосомі) - хворі діти в дитинстві відрізняються криком на високих тонах, ніби кричить кішка. Вони мають суттєві проблеми у фізичному та інтелектуальному розвитку. З таким захворюванням народжується приблизно 1 із 20 – 50 тис. немовлят;
Синдром Прадера-Віллі (Делеція по 15 хромосомі) – хворі діти мають відхилення в розумовому розвитку та в навчанні, низьке зростання та проблеми з поведінкою. Більшість таких дітей розвивається екстремальне ожиріння. З таким захворюванням народжується приблизно 1 із 10 – 25 тис. немовлят;
Синдром Ді Джорджі (Делеція по 22 хромосомі або делеція 22q11) - з делецією в певній частині 22 хромосоми народжується приблизно 1 з 4000 немовлят. Дана делеція викликає різні проблеми, які можуть включати в себе пороки серця, ущелину губи/неба (вовча паща і заяча губа), порушення імунної системи, аномальні риси обличчя та проблеми в навчанні;
Синдром Вольфа-Хіршхорна (Делеція по 4 хромосомі) – цей розлад характеризується відхиленнями в розумовому розвитку, вадами серця, поганим м'язовим тонусом, судомами та іншими проблемами. Це захворювання стосується приблизно 1 з 50000 немовлят.

За винятком людей із синдромом Ді Джорджі, люди з переліченими вище синдромами безплідні. Що стосується людей із синдромом Ді Джорджі, то ця патологія передається у спадок на 50% з кожною вагітністю.

Нові методи аналізу хромосом іноді можуть точно визначити, де немає генетичного матеріалу, або де присутній зайвий ген. Якщо лікар точно знає, де винуватець хромосомної аномалії, може оцінити всю ступінь його впливу дитини і дати приблизний прогноз розвитку цієї дитини на майбутньому. Часто це допомагає батькам прийняти рішення про збереження вагітності та заздалегідь підготуватися до народження трошки не такого, як усі, малюка.

Близькоспоріднені шлюби, або інбридинг від англ. inbreeding, in – «всередині» breeding – «розведення», або кровозмішення найчастіше застосовується в селекції тварин для виведення та збереження породи, але зустрічається і серед людей. Найбільш виразно негативні наслідки кровозмішення спостерігалися серед царських осіб Стародавнього Єгипту, античної Греції, деяких європейських династій. Але спроба зберегти «божественну кров» у чистоті постійно призводила до прояву спадкових захворювань людини, аномалій, каліцтв і виродження нащадків.

Сьогодні генетика дає наукове пояснення причин та механізмів спадкової патології при близьких родинних шлюбах та їх залежності від ступеня спорідненості.

Хромосомний набір сперматозоїда та яйцеклітини представлений 23 хромосомами. При заплідненні кожна хромосома з чоловічої клітини знаходить свою пару з жіночої, і в результаті виходить зигота (запліднена яйцеклітина) з парним набором хромосом. При подальшому розподілі зиготи кожна клітина нового організму також має строго по 23 пари хромосом. Процес збереження хромосомного набору у клітинах за її розподілі триває після народження все життя. Всі клітини організму людини мають ті самі 23 пари або 46 хромосом, які вийшли під час запліднення.

Геном- Сукупність генів у хромосомах клітин організму. Геном містить біологічну інформацію для зростання та розвитку організму.

Ген(грец. γένος - рід) - структурна і функціональна одиниця спадковості людини, що є ділянкою ДНК і є матрицею для синтезу білків. Гени визначають спадкові ознаки, що передаються від батьків потомству.

Геном людини містить близько 28000 генів.

Точне місце розташування кожного гена у певній хромосомі називається локусом цього гена. Частина генів у хромосомах нефункціональні чи дефектні. У одних випадках це проявляється ступенем вираженості ознаки. Наприклад, у блондинів колір волосся визначається відсутністю гена, відповідального за пігментацію волосся. В інших випадках дефект гена призводить до захворювання. Наприклад, фенілкетонурія, серповидно-клітинна анемія, муковісцидоз, хвороба Коновалова-Вільсона, спадкові захворювання очей, шкіри, спадкові дегенеративні захворювання суглобів, спадкові захворювання нервової системи. Зазвичай, це важка патологія, часом несумісна з життям. На щастя, генні захворювання трапляються в клінічній практиці рідко. Але близькі шлюби збільшують цю можливість на порядок. Чому?

Близькоспоріднені шлюби. Причини генетичних захворювань дітей.

Як ми з'ясували, хромосомний набір людини є диплоїдним, тобто в ядрі кожної клітини аналогічні хромосоми присутні парами. І якщо з пари хромосом в одному гені з дефектом, то «працює» нормальний ген другої хромосоми з цієї пари, і захворювання відсутнє.

Імовірність того, що у батьків не родичів по крові в парі хромосом будуть дефектні гени, що відповідають за ту саму функцію, мізерно мала. Цим і пояснюється низька частота генних захворювань у дітей, якщо батьки не перебувають у спорідненості. Інша справа близькі шлюби. Імовірність, що у дитини в парних хромосомах будуть однакові дефекти генів, зростає багаторазово. І чим більший ступінь спорідненості, тим вища ця можливість навіть у здорових батьків. Ось типове генеалогічне дерево при кровозмішенні:

Найчастіші генетичні захворювання людини при кровосмішенні

До генних хвороб людини належать спадкові хвороби обміну речовин. Вони пов'язані з порушенням обміну амінокислот, білків, вуглеводів, жирів і стероїдів, білірубіну, деяких металів і виявляються вже в ранньому віці різними симптомами, тобто є вродженими.

Часто генна патологія у дітей буває поєднаною. Наприклад, генетичні захворювання шкіри поєднуються із порушенням обміну речовин, стерильністю, психічними хворобами.

Діагностика, профілактика та лікування спадкових захворювань

Якщо відомо, що батьки майбутньої дитини – родичі, то проводиться пренатальна діагностика спадкових захворювань. Майже всі генні захворювання у дітей від близькоспоріднених шлюбів уроджені та діагностуються вже у новонароджених за характерними симптомами. У окремих випадках проводиться генетичне обстеження.

Етіологічне лікування спадкових захворювань, пов'язаних із близькоспорідненими шлюбами, неможливо. Тому основним методом профілактики генних хвороб залишаються скринінг новонароджених на спадкові захворювання та синдроми, генетичне консультування та медичну освіту.

Можливо, буде корисно почитати: