Цитогенетика эмбрионального развития - часть 7

Цитогенетика эмбрионального развития человека

52

го наследственного аппарата зародыша. Можно предполагать a priori, 

что в этот период зародыш человека будет обладать повышенной чувст-

вительностью и к повреждающему действию разнообразных вредных 

внешних факторов — тератогенов. Действительно, богатый тератоло-

гический  опыт  классических  исследований  на  лабораторных  живот-

ных, экстраполированный на человека, а также данные клинического 

акушерства позволили проф. П. Г. Светлову выделить период плацен-

тации и активного органогенеза во 2-й критический период развития 

у человека [170]. Именно в этот период зародыш человека проявляет 

особенно  высокую  чувствительность  к  повреждающим  воздействи-

ям  эндогенной  (наследственной)  и  экзогенной  (тератогены)  приро-

ды. В отличие, однако, от 1-го критического периода, где доминирует 

гибель эмбриона (рис. 1.4), реализуемые на этом сроке повреждения 

значительно чаще приводят к тяжелым множественным нарушениям 

отдельных  органов  и  систем  и  к  тяжелым  анатомическим  порокам. 

Более  того,  согласно  теории  критических  периодов  П.  Г. Светлова,  

в развитии любого эмбрионального зачатка имеется свой критический 

период. При этом критические периоды закладки и дифференцировки 

различных органов и систем не совпадают. Поэтому, в зависимости от 

стадии эмбрионального развития, природы повреждающего агента, его 

дозы и длительности действия характер наблюдаемых аномалий может  

существенно варьировать. В настоящее время известно, что любому 

акту  морфогенеза  действительно  предшествует  период  репрограм-

мирования  работы  генома  клеток  будущего  эмбрионального  зачатка,  

и именно этот этап реализации генетической информации, по-видимо-

му, и соответствует критическому периоду морфогенеза того или ино-

го органа. В дальнейшем мы еще будем неоднократно возвращаться  

к проблеме критических периодов. Отметим только, что опыты по хи-

мическому тератогенезу далеко не всегда подтверждают теорию крити-

ческих периодов, что, скорее всего, отражает высокую специфичность 

действия химических препаратов на процессы клеточного метаболизма  

и  межклеточного  взаимодействия.  Поэтому  весьма  справедливым  

и практически важным является вывод о том, что зародыш человека 

следует максимально оберегать от неблагоприятных внешних воздейс-

твий и, особенно, от различных лекарственных препаратов на протя-

жении всего антенатального периода [51].

53

Глава 1. 

основы проэмбрионального и эмбрионального развития человека

1.4. Плодный период 

Без четкой границы события органогенеза, происходящие преиму-

щественно в эмбриональный период, переходят в плодный (фетальный) 

период,  когда  основными  в  морфогенезе  становятся  процессы  гисто-

генеза (табл. 1.1). Справедливости ради следует отметить, что диффе-

ренцировка клеточного и тканевого материала эмбриональных зачатков 

протекает параллельно с процессами органогенеза. При этом диффе-

ренцировка клеточного материала проходит два основных этапа.

1.  Неспецифическая  дифференцировка,  когда  клетки  различных 

зачатков отличаются друг от друга какими-то общими морфологичес-

кими признаками (форма, количество и тип органоидов, взаимораспо-

ложение).

2.  Специфическая  (тканевая,  или  терминальная)  дифференциров-

ка — морфологическая, биохимическая и функциональная специали-

зация клеток [80, 81].

Каждый эмбриональный зачаток в норме дает начало определенной 

совокупности тканевых производных. Какие ткани формируют тот или 

иной эмбриональный зачаток, каким образом в течение фетального пе-

риода  осуществляется  клеточная  дифференцировка,  как  образуются 

дефинитивные, готовые к постнатальной жизни органы и ткани — все 

это подробно рассмотрено в прекрасном руководстве по эмбриональ-

ному гистогенезу академика А. Г. Кнорре [81].

Отметим только, что каждый эмбриональный зачаток, сформиро-

вавшийся в период органогенеза, имеет свое проспективное значение, 

дает много других производных, причем в процессе реализации своих 

проспективных потенций каждое производное проходит свойственные 

только ему этапы детерминации, дифференцировки и роста. При не-

благоприятных внешних воздействиях (тератогены) или при искаже-

нии  генетической  программы  индивидуального  развития  вследствие 

мутаций могут возникать нарушения, приводящие не только к види-

мым аномалиям, но, что особенно важно, к стойким биохимическим 

или физиологическим отклонениям, существенно нарушающим пос-

тнатальное  развитие  новорожденного.  Так,  воздействия  в  плодном  

периоде могут быть причиной нарушений развития нервной или репро-

дуктивной систем, стойких эндокринных расстройств, то есть дефектов  

именно тех органов, процессы терминальной дифференцировки кото-

Цитогенетика эмбрионального развития человека

54

рых растянуты во времени и не завершаются на момент рождения ре-

бенка. Из этого следует, что развивающийся зародыш человека реально 

чувствителен к повреждающему действию экзогенных и эндогенных 

факторов в течение всего антенатального периода развития, хотя ко-

нечный результат таких воздействий на разных стадиях эмбрио генеза 

может быть совершенно различным.

Заключение

В настоящее время накоплена обширная информация о проэмбриона-

льном  и  внутриутробном  (эмбриональном  и  плодном)  периодах  

развития  человека.  Вместе  с  тем,  некоторые  вопросы  эмбриогенеза  

человека все еще остаются неизученными. В частности, неясен механизм  

формирования желточного мешка, до конца не выяснен генез первич-

ных  половых  клеток,  достаточно  скудна  информация  о  морфогене-

тических процессах, происходящих в период нейруляции и закладки 

осевого  комплекса  органов,  то  есть  на  тех  стадиях,  когда  эмбрионы 

человека малодоступны для прямого исследования. Вместе с тем, бур-

ное развитие вспомогательных репродуктивных технологий позволи-

ло  достаточно  детально  изучить  особенности  доимплантационного 

развития  человека.  Методы  пренатальной  диагностики  позволяют 

получать материал плода человека практически на любом сроке бере-

менности и, таким образом, существенно расширяют возможности для 

более  детального  анализа  процессов  раннего  эмбриогенеза  человека 

с помощью современных молекулярных и цитогенетических методов 

исследования. 

ГлАвА 2 

НорМАлЬНЫЙ КАриоТиП ЧеловеКА

введение

Термином «кариотип» принято обозначать совокупность морфоло-

гических особенностей полного хромосомного набора, свойственного 

клеткам одного организма данного вида. Видоспецифичность карио-

типа  определяется  общим  числом  хромосом,  их  морфологическими 

особенностями (размерами и формой), а также их структурно-функци-

ональной организацией, выявляемой с помощью методов дифферен-

циальной окраски.

Собственно  под  кариотипом  понимают  хромосомы  соматической 

клетки на стадии клеточного деления — метафазы митоза, на которой 

проводят анализ числа и структуры хромосом всего хромосомного на-

бора (рис. 2.1, а; 2.2, а). Вместе с тем, для хромосомного анализа разра-

ботано множество методов, суть которых в широком смысле — изуче-

ние структуры и функции хромосом в клетках практически любых тка-

ней и органов, на любой стадии клеточного цикла, в митозе и мейозе. 

Очевидно, что выбор того или иного цитогенетического метода опре-

деляется конкретной целью исследования, однако в любом случае он 

состоит из двух этапов — получения хромосомных препаратов и соб-

ственно их анализа. В практическом плане цитогенетические методы 

при всем разнообразии их отдельных этапов направлены на выявление 

геномных и хромосомных мутаций. Основным подходом к решению 

этой задачи является кариотипирование, то есть определение числа и 

анализ структуры митотических хромосом с использованием диффе-

ренциальной окраски, позволяющей идентифицировать все хромосо-

мы набора. Остальные методы хромосомного анализа либо дополняют 

кариотипирование, либо используются для решения специальных за-

дач (подробнее см. главу 4).

Цитогенетика эмбрионального развития человека

56

Рис.2.1. Метафазная пластинка (а) и кариограмма (б) хромосом человека из ФГА-сти-

мулированного лимфоцита периферической крови (кариотип 46,XХ). Дифференциальная 

G-окраска хромосом с использованием трипсина и красителя Гимза (метод GTG)

а)

б)

57

Глава 2. 

Нормальный кариотип человека

 

а)

б)

Рис.2.2. Метафазная пластинка (а) и кариограмма (б) хромосом человека из цитотро-

фобласта  хориона  (кариотип  47,ХХ, + 21).  Дифференциальная  окраска  хромосом  флуо-

рохромом Hoechst 33258 с контрастированием актиномицином D (метод QFH)

Цитогенетика эмбрионального развития человека

58

Кариотипирование  является  основным  методом  в  клинической 

цитогенетике и обязательным компонентом комплекса методов прена-

тальной  диагностики  хромосомных  болезней.  Напомним,  что  к  хро-

мосомным болезням относят такие формы врожденной патологии раз-

вития  и  функционирования  органов  и  систем,  которые  обусловлены 

геномными или хромосомными мутациями.

Анализу механизмов образования и особенностей фенотипического 

проявления хромосомных и геномных мутаций в эмбриогенезе челове-

ка целесообразно предпослать краткий обзор основных характеристик 

кариотипа и методов его исследования.

2.1. Краткая характеристика

 цитогенетических методов

В зависимости от особенностей материала методы приготовления 

хромосомных препаратов подразделяются на две категории.

1. Прямые методы применяются при исследовании тканей, обла-

дающих  высокой  митотической  активностью  (костный  мозг,  лимфа-

тические узлы, любые ткани эмбриона на ранних стадиях развития и 

хорион/плацента до 20-й недели беременности), а также при исследо-

вании мейотических хромосом.

2.  Непрямые  методы  включают  получение  препаратов  хромосом 

из любой ткани после стимулирования пролиферации клеток в усло-

виях in vitro. Тип культуры (монослой или суспензия) и длительность 

культивирования (от нескольких часов и дней до нескольких недель) 

определяются типом клеток.

В зависимости от стадии клеточного цикла проводятся следующие 

исследования:

Исследования отдельных хромосом и их участков в интерфаз-

1. 

ных ядрах:

анализ полового хроматина в клетках буккального эпителия ос-

• 

нован на регистрации неактивной Х-хромосомы (Х-хроматин) 

или  гетерохроматинового  участка Y-хромосомы  (Y-хроматин); 

используется как ориентировочный тест при диагностике нару-

шений в системе половых хромосом;

анализ  численных  и  структурных  аномалий,  затрагивающих 

• 

конкретные участки хромосом методом FISH; позволяет полу-

59

Глава 2. 

Нормальный кариотип человека

 

чить ограниченную информацию о конкретной аномалии карио-

типа,  а  также  повысить  производительность  традиционного  

цитогенетического  анализа  в  случаях  мозаичных  вариантов  

численных аномалий.

  Исследование  профазных  хромосом  (сперматоциты  на  стадии 

2. 

пахитены);  используется  при  установлении  причин  мужского 

бесплодия.

  Исследование прометафазных хромосом (высокий уровень раз-

3. 

решения); необходимо для цитогенетической диагностики син-

дромов, обусловленных микроперестройками хромосом.

  Исследование  метафазных  хромосом  (ФГА-стимулированных 

4. 

лимфоцитов,  клеток  костного  мозга,  фибробластов  кожи,  эм-

бриональных  и  экстраэмбриональных  тканей),  полученных  

прямыми и непрямыми методами; используется для установле-

ния хромосомного статуса пациента в клинической и пренаталь-

ной цитогенетике.

  Исследование стадий анафазы — телофазы; используется для ре-

5. 

гистрации специфического воздействия различных мутагенов.

Для  исследования  препаратов  используются  различные  методы  

окраски  всех  хромосом  набора,  а  также  индивидуальных  хромосом 

или их отдельных участков. Методы дифференциальной окраски и осо-

бенно  молекулярно-цитогенетические  методы  (различные  варианты  

гибридизации in situ) позволяют точно идентифицировать хромосомы 

человека  на  разных  стадиях  развития,  в  разных  тканях  и  на  разных 

стадиях митоза, установить точную природу хромосомных перестро-

ек, идентифицировать маркерные хромосомы и т. д. Многочисленные 

методы,  позволяющие  выявить  линейную  гетерогенность  хромосом, 

условно можно подразделить на три группы — избирательное связы-

вание красителя (флуорохрома) с определенными нуклеотидами моле-

кулы ДНК; различные предобработки хромосомных препаратов перед 

окраской  неспецифическим  красителем  (обычно  красителем  Гимза); 

исследования, основанные на асинхронности репликации отдельных 

участков хромосом. Особую группу представляют методы избиратель-

ной окраски, использующиеся для специфического выявления отдель-

ных участков хромосом. Для обозначения методов окраски применя-

ется  трехбуквенная  система,  подразумевающая  способ  получения  и