Цитогенетика эмбрионального развития

АЖ

– амниотическая жидкость

АТ-БДУ

– антитела к бромдезоксиуридину

АТ-Мес

– антитела к 5-метилцитозину

АФП

– альфафетопротеин

БДУ

– бромдезоксиуридин

ВЗРП

– внутриутробная задержка развития плода

ВКМ

– внутренняя клеточная масса

ВПР

– врожденные пороки развития

ВПТ

– второе полярное тельце

ДЗНТ

– дефекты заращения нервной трубки

ДМЖП

– дефект межжелудочковой перегородки

д.п.о.

– день после оплодотворения

д.р.

– день развития

КАЖ

– клетки амниотической жидкости

ККА

– количественный кариологический анализ

КТП

– короткие тандемные повторы

КТР

– копчико-теменной размер

МВПР

– множественные врожденные пороки развития

МСБ

– маркерные белки в сыворотке крови

МЦСК

– метилцитозинсвязывающий комплекс

н.б.

– недели беременности

НПК

– незрелые половые клетки

ОПМ

– ограниченный плацентарный мозаицизм

ОРД

– однородительская дисомия

ПД

– пренатальная диагностика

п.н.

– пар нуклеотидов ДНК

ППК

– первичные половые клетки

ППТ

– первое полярное тельце

ПЦР

– полимеразная цепная реакция

р-гены

– рибосомные гены

сатДНК

– сателлитные повторы ДНК

ТВП

– толщина воротникового пространства

Тс

– трисомия

УЗ

– ультразвук

УЗИ

– ультразвуковое исследование

УЗМ

– ультразвуковой маркер хромосомных болезней

ХГЧ

– хорионический гонадотропин человека

ЭКО

– экстракорпоральное оплодотворение

ЯО

– ядрышковые организаторы

ЯОР

– ядрышкообразующие районы хромосом

Ag-NOR

– окрашенные азотнокислым серебром ЯОР

AZF

– фактор азооспермии

CGH

– сравнительная геномная гибридизация

FISH

– флуоресцентная гибридизация in situ

МоМ

– (англ. – multiples of median) кратность медиане

РАРР-А

– ассоциированный с беременностью протеин А

PRINS

– полимеразная цепная реакция in situ

QF-PCR

– количественная полимеразная цепная реакция

– резус-фактор

SKY

– спектральное кариотипирование

СПИСОК СОКРАщеНИй

СОДеРЖАНИе

ПРеДИСлОВИе ................................................................................................13

ВВеДеНИе .........................................................................................................15

ГлАВА 1

ОСНОВЫ ПРОЭМБРИОНАлЬНОГО

И ЭМБРИОНАлЬНОГО РАЗВИТИЯ ЧелОВеКА ...................................19

Введение ...............................................................................................................19

1.1. Проэмбриональный период .....................................................................23

1.1.1. Гаметогенез ...........................................................................................23

1.1.1.1. Сперматогенез ................................................................................24

1.1.1.2. Оогенез ............................................................................................27

1.1.2. Оплодотворение .....................................................................................30

1.2. Преэмбриональный период .....................................................................32

1.2.1. Доимплантационный период (дробление, компактизация,

бластуляция) .......................................................................................................33

1.2.2. Имплантация и раннее постимплантационное развитие .................36

1.3. Эмбриональный период ............................................................................41

1.4. Плодный период ........................................................................................53

Заключение ..........................................................................................................54

ГлАВА 2

НОРМАлЬНЫй КАРИОТИП ЧелОВеКА ...............................................55

Введение ...............................................................................................................55

2.1. Краткая характеристика цитогенетических методов........................58

2.2. Особенности кариотипа человека ..........................................................60

2.3. Полиморфизм хромосом человека ......................................................... 64

2.4. Краткая характеристика молекулярной гетерогенности

сегментов хромосом человека.........................................................................67

Заключение ..........................................................................................................71

ГлАВА 3

МеХАНИЗМЫ ВОЗНИКНОВеНИЯ ГеНОМНЫХ

И ХРОМОСОМНЫХ МУТАЦИй НА

РАЗНЫХ СТАДИЯХ ОНТОГеНеЗА ...........................................................72

Введение ...............................................................................................................72

3.1. Классификация хромосомных аномалий..............................................72

3.1.1. Геномные мутации ..................................................................................72

3.1.2. Хромосомные мутации ..........................................................................74

3.1.2.1. Межхромосомные перестройки ...................................................74

3.1.2.2. Внутрихромосомные перестройки .............................................75

3.2. Механизмы возникновения геномных мутаций .................................76

Цитогенетика эмбрионального развития человека

3.2.1. Триплоидия (3n = 69) .............................................................................76

3.2.2. Тетраплоидия (4n = 92) ..........................................................................76

3.2.3. Анеуплоидия ...........................................................................................77

3.2.3.1. Основные механизмы возникновения анеуплоидии ...................78

3.2.3.1.1. Собственно нерасхождение хромосом .....................................78

3.2.3.1.2. Предделение ................................................................................78

3.2.3.1.3. Запаздывание хромосом ............................................................78

3.2.3.1.4. Первичное и вторичное нерасхождение хромосом ................80

3.2.3.2. Роль рекомбинации в нерасхождении хромосом .........................81

3.2.3.3. Генетический контроль мейоза ......................................................82

3.2.4. Мозаицизм хромосом .............................................................................83

3.2.5. Однородительская дисомия ................................................................. 84

3.3. Механизмы возникновения хромосомных мутаций ..........................85

Заключение ..........................................................................................................95

ГлАВА 4

СОВРеМеННЫе ПОДХОДЫ К АНАлИЗУ ГеНОМНЫХ

И ХРОМОСОМНЫХ МУТАЦИй В ГАМеТОГеНеЗе И

ЭМБРИОГеНеЗе ЧелОВеКА ......................................................................97

Введение ...............................................................................................................97

4.1. Общие представления о цитогенетике гаметогенеза .........................98

4.2. Методы исследования сперматогенеза ................................................100

4.2.1. Цитологические методы .....................................................................101

4.2.1.1. Спермограмма .................................................................................101

4.2.1.2. Количественный кариологический анализ незрелых

половых клеток ..................................................................................................102

4.2.2. Цитогенетические методы ..................................................................106

4.2.2.1. Анализ хромосом сперматоцитов ................................................106

4.2.2.2. Анализ синаптонемных комплексов ...........................................108

4.2.2.3. Анализ хромосомного набора сперматозоидов .........................110

4.2.2.3.1. Метод гетерологичного оплодотворения ................................. 111

4.2.2.3.2. Метод FISH ............................................................................... 111

4.2.3. Молекулярно-генетические методы исследования мужского

бесплодия ...........................................................................................................113

4.3. Методы исследования оогенеза ............................................................. 117

4.3.1. Анализ хромосом в первом делении мейоза ..................................... 117

4.3.1.1. Профаза I .......................................................................................... 117

4.3.1.2. Метафаза I .......................................................................................121

4.3.1.3. Первое полярное тельце ................................................................122

4.3.2. Анализ хромосом во втором делении мейоза ...................................123

4.3.2.1. Метафаза II ......................................................................................124

4.3.2.2. Второе полярное тельце ................................................................124

4.3.3. Перспективные методы анализа мейотических хромосом .............127

4.4. Методы исследования хромосом в раннем эмбриогенезе ...............128

4.5. Методы исследования хромосом в постимплантационном

периоде ..............................................................................................................129

4.5.1. Клетки хориона (плаценты) .................................................................131

4.5.1.1. Культивирование клеток хориона .................................................132

4.5.1.2. «Прямые» препараты .....................................................................132

4.5.1.3. Митотическая активность клеток цитотрофобласта .................134

4.5.2. Клетки амниотической жидкости ......................................................139

4.5.3. Лимфоциты пуповинной крови плода ...............................................143

4.6. Принципы изучения генеза хромосомных аномалий в

постимплантационном и постнатальном периодах онтогенеза ............144

4.6.1. Происхождение гетероплоидии ..........................................................146

4.6.2. Происхождение хромосомных мутаций ...........................................148

Заключение ........................................................................................................149

ГлАВА 5

ЧАСТОТА И СПеКТР ГеНОМНЫХ И ХРОМОСОМНЫХ

МУТАЦИй В ГАМеТОГеНеЗе И НА РАЗНЫХ СТАДИЯХ

ВНУТРИУТРОБНОГО РАЗВИТИЯ ЧелОВеКА ....................................150

Введение ............................................................................................................150

5.1. Хромосомные аномалии в гаметогенезе ..............................................150

5.1.1. Сперматогенез .......................................................................................151

5.1.2. Оогенез ...................................................................................................153

5.1.2.1. Метафаза I ........................................................................................154

5.1.2.2. Метафаза II ......................................................................................154

5.1.2.3. Завершение мейоза .........................................................................157

5.2. Хромосомные аномалии в эмбриогенезе .............................................158

5.2.1. Доимплантационные стадии развития ..............................................158

5.2.1.1. Полиплоидия ...................................................................................159

5.2.1.2. Анеуплоидия ...................................................................................161

5.2.1.3. Мозаичная гетероплоидия ............................................................162

5.2.2. Постимплантационные стадии развития ..........................................163

5.3. Спектр спонтанных хромосомных аномалий на разных

стадиях развития ............................................................................................168

5.3.1. Трисомия аутосом .................................................................................169

5.3.2. Двойные трисомии ...............................................................................173

5.3.3. Моносомия ............................................................................................174

5.3.4. Полиплоидия ........................................................................................174

Заключение .......................................................................................................174

ГлАВА 6

ФАКТОРЫ, ВлИЯющИе НА ЧАСТОТУ

ГеНОМНЫХ И ХРОМОСОМНЫХ МУТАЦИй.....................................176

Введение ............................................................................................................176

6.1. Возраст ........................................................................................................178

6.2. Гетерозиготное носительство структурных

перестроек хромосом ......................................................................................181

6.2.1. Реципрокные транслокации ................................................................182

6.2.2. Робертсоновские транслокации .........................................................186

6.2.3. Инверсии ...............................................................................................192

6.3. Численные хромосомные аномалии кариотипа у родителей .........197

Цитогенетика эмбрионального развития человека

6.3.1. Мозаичные варианты трисомии 21 ....................................................197

6.3.2. Аномалии числа половых хромосом .................................................198

6.3.2.1. Синдром Клайнфельтера (47,XXY) ..............................................199

6.3.2.2. Синдром дисомии по Y-хромосоме (47,XYY) ............................199

6.3.2.3. Синдром Трипло-Х (47,ХХХ) ...................................................... 200

6.3.2.4. Синдром Шерешевского–Тернера (45,Х и другие

аномалии кариотипа) ....................................................................................... 200

6.3.3. Сверхчисленные маркерные хромосомы

(47,XX, + mar или 47,XY, + mar) ..........................................................................203

6.4. Другие наследственные факторы анеуплоидии ............................... 206

6.5. Физические и биологические факторы ...............................................212

Заключение ........................................................................................................215

ГлАВА 7

ХРОМОСОМНЫй МОЗАИЦИЗМ ..............................................................217

Введение ............................................................................................................217

7.1. Механизмы возникновения хромосомного мозаицизма ..................219

7.1.1. Хромосомный мозаицизм на доимплантационных стадиях ...........220

7.1.2. Хромосомный мозаицизм после имплантации ................................224

7.1.3. Хромосомный мозаицизм в постнатальном периоде .......................228

7.2. Мейотический и митотический мозаицизм ......................................232

7.3. Однородительская дисомия ...................................................................234

7.4. Проблемы пренатальной диагностики мозаицизма .........................236

7.5. Влияние плацентарного мозаицизма на течение

и исход беременности ......................................................................................239

7.6. Теоретические аспекты хромосомного мозаицизма ........................ 244

Заключение ........................................................................................................245

ГлАВА 8

ФеНОТИПИЧеСКИе ОСОБеННОСТИ ЭМБРИОНОВ И ПлОДОВ

ЧелОВеКА С ХРОМОСОМНЫМИ АНОМАлИЯМИ .........................247

Введение .............................................................................................................247

8.1. Множественные врожденные пороки развития ...............................248

8.2. Хромосомные аномалии как ранние эмбриональные летали .......254

8.3. Фенотипические проявления хромосомных аномалий

в I триместре беременности ..........................................................................257

8.4. Фенотипические проявления хромосомных аномалий

во II триместре беременнности ....................................................................268

8.4.1. Трисомия 21 ...........................................................................................273

8.4.2. Трисомия 18 ..........................................................................................276

8.4.3. Трисомия 13...........................................................................................279

8.4.4. Моносомия Х ........................................................................................280

8.4.5. Кариотипы 47,XXY и 47,XXX ............................................................280

8.4.6. Триплоидия ...........................................................................................281

8.5. Стратегия исследований корреляций кариотип — фенотип

в эмбриогенезе человека ................................................................................281

Заключение ........................................................................................................287

ГлАВА 9

ПРеНАТАлЬНАЯ ДИАГНОСТИКА ХРОМОСОМНЫХ БОлеЗНей .288

Введение .............................................................................................................288

9.1. Предмет и задачи пренатальной диагностики ...................................289

9.2. Методы оценки состояния плода ..........................................................290

9.3. Медико-генетическое консультирование ...........................................295

9.4. Скринирующие методы исследования состояния плода ................298

9.4.1. Ультразвуковой скрининг ....................................................................299

9.4.2. Биохимический скрининг ...................................................................303

9.4.2.1. Биохимический скрининг во II тримеcтре беременности ....... 304

9.4.2.2. Биохимический скрининг в I тримеcтре беременности ...........307

9.4.3. Цитогенетический скрининг ..............................................................308

9.4.3.1. Скрининг по возрасту .................................................................... 311

9.4.3.2. Наличие ребенка (плода) с хромосомной болезнью

в анамнезе ........................................................................................................... 317

9.4.3.3. Наличие ребенка (плода) с МВПР в анамнезе ............................321

9.4.3.4. Аномалии кариотипа у родителей ...............................................323

9.4.4. Молекулярный скрининг.....................................................................325

9.4.5. Иммунологический скрининг .............................................................325

9.5. Показания для направления на инвазивную пренатальную

диагностику ......................................................................................................326

9.6. Инвазивные методы получения плодного материала .....................329

9.7. Принципы и методы диагностики хромосомных болезней ............330

9.7.1. Особенности цитогенетического анализа клеток различного

плодного происхождения .................................................................................332

9.7.1.1. Клетки амниотической жидкости .................................................332

9.7.1.2. Клетки ворсин хориона (плаценты) ..............................................333

9.7.1.3. Лимфоциты пуповинной крови плода ..........................................334

9.7.2. Основные принципы цитогенетического анализа

в пренатальной диагностике ............................................................................334

9.7.2.1. Состав и квалификация персонала ...............................................335

9.7.2.2. Оборудование ..................................................................................335

9.7.2.3. Реактивы ..........................................................................................335

9.7.2.4. Показатели качества цитогенетических исследований .............335

9.7.3. Диагностические проблемы кариотипирования плода ...................339

9.7.3.1. Структурные перестройки хромосом,

возникшие

de novo .............................................................................................339

9.7.3.2. Маркерные хромосомы ..................................................................343

9.7.3.3. Мозаицизм хромосом .....................................................................345

9.7.3.4. Однородительская дисомия ..........................................................349

9.7.4. Алгоритм пренатальной диагностики хромосомных болезней .....349

9.8. Принципы и методы диагностики моногенных болезней ..............353

9.9. Прерывание беременности и верификация диагноза ......................354

9.10. Эффективность пренатальной диагностики ....................................358

9.11. Пренатальная диагностика в III триместре беременности ..........360

9.12. Современные направления в пренатальной диагностике ............362

9.12.1. Доимплантационная диагностика ....................................................362

Цитогенетика эмбрионального развития человека

9.12.2. Неинвазивные методы пренатальной диагностики .......................366

9.12.2.1. Клетки плода в трансцервикальных образцах .........................366

9.12.2.2. Клетки и ДНК плода в крови матери ........................................367

9.12.3. Комбинированный пренатальный скрининг

хромосомных болезней в I тримеcтре ............................................................368

9.12.4. Молекулярная диагностика хромосомных болезней .....................370

9.12.5. Генная и клеточная терапия плода ...................................................371

Заключение ........................................................................................................373

ГлАВА 10

ОСОБеННОСТИ СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАлЬНОй

ОРГАНИЗАЦИИ ХРОМОСОМ В ЭМБРИОГеНеЗе ЧелОВеКА ......375

Введение ............................................................................................................375

10.1. Особенности структурной организации

ядрышкообразующих районов хромосом человека ................................376

10.1.1. Полиморфизм ядрышкообразующих районов (ЯОР)

хромосом ............................................................................................................377

10.1.2. Механизмы регуляции функциональной

активности рибосомных генов ........................................................................379

10.1.3. Характеристика функционального состояния ЯОР

в эмбриогенезе человека ...................................................................................382

10.1.3.1. Полиморфизм ЯОР у эмбрионов 6,5–14 недель развития ........383

10.1.3.2. Полиморфизм ЯОР у плодов 20–24 недель развития ...............387

10.1.4. Особенности наследования функциональной

активности ЯОР .................................................................................................390

10.1.5. Функциональный полиморфизм ЯОР у плодов человека

с анеуплоидным кариотипом ...........................................................................394

10.2. Метилирование ДНК как универсальный механизм

регуляции активности генов ........................................................................399

10.2.1. Метилирование ДНК и геномный импринтинг ............................ 406

10.2.2. Инактивация Х-хромосомы ............................................................. 409

10.2.3. Болезни, обусловленные нарушениями метилирования ..............410

10.2.4. Роль метилирования в онкогенезе ...................................................411

10.2.5. Статус метилирования хромосом в эмбриогенезе человека .........413

10.3. Анализ статуса метилирования хромосом с помощью

метода ник-трансляции in situ ......................................................................414

10.3.1. Общая характеристика функционального статуса

хромосом у эмбрионов человека......................................................................417

10.3.2. Характеристика прицентромерных районов и коротких плеч

акроцентрических хромосом ...........................................................................424

10.3.3. Особенности функционального состояния районов

прицентромерного гетерохроматина хромосом 1, 9 и 16 .............................425

10.3.4. Особенности метилирования хромосом при анеуплоидии ..........427

10.4. Анализ особенностей метилирования метафазных

хромосом человека с помощью моноклональных антител ....................429

10.4.1. Принцип метода и новый вариант дифференциальной

окраски — М-сегментация ...............................................................................429

10.4.2. Некоторые особенности паттерна метилирования

хромосом в эмбриогенезе человека .................................................................436

10.4.2.1. Характеристика М-сегментации хромосом из лимфоцитов

пуповинной крови у плодов 20–24 недель развития ...................................436

10.4.2.2. Общая характеристика М-сегментации хромосом

у эмбрионов 5–8 недель развития ..................................................................439

10.4.2.3. Особенности М-рисунка хромосом у эмбрионов

доимплантационных стадий развития ......................................................... 440

10.5. Морфометрические характеристики гетерохроматиновых

районов хромосом 1, 9, 16 .............................................................................. 444

10.6. Особенности репликации хромосом в эмбриогенезе человека ....449

Заключение ........................................................................................................456

ГлАВА 11

ГОРИЗОНТЫ ЦИТОГеНеТИКИ ЭМБРИОНАлЬНОГО

РАЗВИТИЯ ЧелОВеКА ............................................................................... 460

Введение ........................................................................................................... 460

11.1. Особенности структурно-функциональной организации

хромосом на начальных стадиях развития ...............................................462

11.2. Структурная и функциональная роль гетерохроматина .............465

11.3. Метилирование ДНК в эмбриогенезе ................................................469

11.4. Цитологические факторы регуляции активности генов

в эмбриогенезе ..................................................................................................472

11.5. Феногенетика хромосомной патологии .............................................475

11.6. Некоторые перспективы диагностики, профилактики

и лечения хромосомных болезней ................................................................483

11.6.1. Диагностика .........................................................................................483

11.6.2. Профилактика .................................................................................... 484

11.6.3. Лечение .................................................................................................486

11.7. Новые направления цитогенетики эмбрионального

развития человека ...........................................................................................487

Заключение ........................................................................................................488

ПРИлОЖеНИе ...............................................................................................490

1. МеТОДЫ ПРИГОТОВлеНИЯ ПРеПАРАТОВ ХРОМОСОМ .........490

1.1. Приготовление препаратов хромосом из лимфоцитов

периферической крови ...................................................................................490

1.2. Приготовление препаратов хромосом из лимфоцитов

пуповинной крови плода ...............................................................................492

1.3. Тест для оценкиконтаминации пуповинной крови плода

кровью матери .................................................................................................492

1.4. Приготовление препаратов хромосом из ворсин хориона

или плаценты ...................................................................................................492

1.5. Приготовление препаратов хромосом из различных

эмбриональных органов.................................................................................495

Цитогенетика эмбрионального развития - часть 1