содержание .. 10 11 12 13 ..

Цитогенетика эмбрионального развития - часть 12

Цитогенетика эмбрионального развития человека

Разрывы в центромерных районах, сопровождающиеся обменами

между целыми плечами разных хромосом или приводящие к разъ-

единению двуплечей хромосомы на две акроцентрические — достато-

чно редкие события. Значительно чаще обмены в районе центромеры

затрагивают акроцентрические хромосомы и приводят к их центриче-

скому слиянию — Робертсоновской транслокации, названной так по

имени автора У. Робертсона, впервые описавшего этот вид хромосом-

ных перестроек у некоторых видов прямокрылых в 1916 году. Возникшая

вследствие слияния двух акроцентриков метацентрическая или субме-

тацентрическая хромосома обычно имеет одну центромеру, реже —

две. В последнем случае одна из центромер может быть неактивна

(рис. 3.12).

а)

б)

Рис. 3.12. Центрическое слияние (образование Робертсоновской транслокации) с сохранени-

ем одной (а) или двух (б) центромер

der(14;21)

mar

der(14;21)

ace

Глава 3.

Механизмы возникновения геномных и хромосомных мутаций

Хромосомы

Всего

101

125

Всего

101

218

Таблица 3.1. Частота гетерозиготных носителей центрических слияний разных акроцент-

рических хромосом [187]

Короткие плечи акроцентриков могут сливаться с образованием моно-

или дицентрической маркерной хромосомы. Иногда утрачивается лишь

одно короткое плечо, а второе представлено отдельной мелкой маркерной

хромосомой. Оба коротких плеча в виде маркерной хромосомы сохраня-

ются реже. Чаще короткие плечи обоих акроцентриков теряются, поэтому

число хромосом у гетерозиготного носителя Робертсоновской транслока-

ции становится на единицу меньше. При этом, однако, учитывая положение

точек разрывов в околоцентромерных районах обеих хромосом, реальной

утраты генетического материала не происходит.

В центрических слияниях равновероятно могут участвовать все

пять пар акроцентрических аутосом. Между тем, отдельные хромосомы

групп D и G вовлечены в образование Робертсоновских транслокаций не

случайно. Это подтверждается данными о частоте носителей трансло-

каций D/D, D/G, G/G среди новорожденных (табл. 3.1). Наиболее часто

в образовании Робертсоновских транслокаций принимают участие хро-

мосомы 14, 13 и 21.

Как уже отмечалось, дицентрические хромосомы и кольца с дву-

мя функциональными центромерами обычно нарушают деления

клетки. Подавляющее большинство хроматидных разрывов и обме-

нов, возникающих после репликации ДНК, также элиминируются в

следующем митозе. Некоторые аберрантные хромосомы принимают

участие в образовании специфических структур — микроядер. Мик-

роядерный тест, а также учет мостов и фрагментов в анафазе и хро-

мосомных и хроматидных разрывов и фрагментов в метафазе широко

используется при оценке влияния мутагенных факторов на сомати-

ческие клетки.

Более стабильными являются внутри- и межхромосомные пере-

стройки с сохранением функций одной центромеры. Именно такие

хромосомные аберрации совместимы с развитием и живорождением и

Цитогенетика эмбрионального развития человека

сравнительно часто регистрируются при пренатальном и постнаталь-

ном кариотипировании.

Следует отметить, что точки разрыва могут быть локализованы

практически в любом участке любой хромосомы, однако, частота их

возникновения в разных сегментах варьирует. Кроме того, типы пере-

строек для отдельных хромосом проявляют определенную специфику.

Так, для акроцентрических хромосом наиболее характерны цент-

рические слияния (см. выше).

Высокоспецифичной реципрокной транслокацией является Фила-

дельфийская хромосома (аббревиатура Ph или Ph

) — продукт трансло-

кации хромосом 9 и 22 — der(22)t(9;22)(q34;q11), которая закономерно

возникает при хроническом миелолейкозе.

Среди аберрантных Х-хромосом лидируют изохромосомы по длин-

ному плечу и кольцевые Х-хромосомы, которые клинически проявля-

ются синдромом Шерешевского–Тернера.

Из аномалий хромосомы 18 наиболее часто встречаются изохромосо-

мы по короткому плечу и кольцевые хромосомы. Каждая из перестроек

сопровождается очерченной клинической картиной. Это позволило

выделить их в отдельные синдромы, получившие название по типу хро-

мосомной аберрации — синдром i(18p) и синдром r(18).

Подавляющее большинство других типов перестроек (делеций,

дупликаций, инверсий, инсерций и реципрокных транслокаций) харак-

теризуются уникальностью точек разрыва и повторяемостью только в

пределах одной родословной. В качестве исключения из этого правила

можно привести относительно частые спорадические случаи делеций

и дупликаций, которые по характерной симптоматике выделены в от-

дельные синдромы. Так, известны делеционные синдромы:

короткого плеча хромосомы 4 (синдром Вольфа–Хиршхорна);

●

короткого плеча хромосомы 5 (синдром «крика кошки»);

●

короткого плеча хромосомы 9 (синдром Альфи), иногда в фор-

●

ме изохромосомы 9 по длинному плечу;

длинного плеча хромосомы 13 (синдром Орбели);

●

короткого и длинного плеч хромосомы 18 (синдромы 18p- и

●

18q- соответственно);

длинного плеча хромосомы 21 (синдром 21q-);

●

длинного плеча хромосомы 22 (синдром 22q-).

●

Глава 3.

Механизмы возникновения геномных и хромосомных мутаций

Делеции 13q-, 21q- и 22q- часто приводят к образованию кольцевых

хромосом, поэтому их иногда обозначают синдромами кольцевых хро-

мосом 13, 21 и 22.

К разряду «синдромальных» относятся и дупликации сегментов не-

которых хромосом:

короткого плеча хромосомы 9 (синдром 9р

●

);

длинного плеча хромосомы 14 (синдром 14q

●

Следует отметить также нозологические формы (всего около 20),

обусловленные микроперестройками (делециями и дупликациями).

Наиболее известные из них:

синдромы Прадера–Вилли или Ангельмана в зависимости от

●

родительского происхождения микроделеции в импринтиро-

ванном районе 15q11-q13;

синдром Видемана–Беквита (дупликация сегмента 11р15);

●

синдром Лангера–Гидеона (микроделеция 8q24.11-q24.13);

●

ретинобластома (микроделеция 13q14);

●

Миллера–Диккера (микроделеция 17р13.3);

●

синдром Вильямса (микроделеции 7q11 и реже — 11q13-q14;

●

22q-);

синдром ДиДжорджи (микроделеция 22q11).

●

Заключение

В главе рассмотрены основные типы хромосомных перестроек,

механизмы их возникновения на уровне всего генома, отдельных хро-

мосом и их сегментов, затронута проблема презиготической селекции

гамет. Отмечено, что хромосомные перестройки представляют собой

обширный и гетерогенный класс мутаций.

Численные нарушения на уровне генома и целых хромосом воз-

никают обычно в митозе и в мейозе, а также могут быть результатом

нерасхождения хромосом на начальных стадиях дробления оплодот-

воренной яйцеклетки. Механизмы возникновения структурных хро-

мосомных перестроек более многообразны и полиморфны. Обычно

первым этапом их возникновения являются хроматидные разрывы,

индуцированные мутагенами. Если эти повреждения ДНК не репа-

рируются при следующем раунде репликации, возникают хромосом-

ные разрывы, которые посредством рекомбинационного механизма

Цитогенетика эмбрионального развития человека

приводят к образованию внутри- или межхромосомных перестроек.

При этом ошибки рекомбинации более характерны для мейоза, в ко-

тором обмены участками ДНК между бивалентами являются обяза-

тельными компонентами нормального процесса созревания гамет, в то

время как митотический кроссинговер происходит существенно реже.

Частота и спектр хромосомных мутаций в значительной степени опре-

деляются спецификой затронутых перестройкой сегментов, в частнос-

ти, локус- и хромосом-специфичностью, а также другими факторами.

Подробнее эти аспекты будут рассмотрены в главах 4, 5 и 6.

ГлАвА 4

совреМеННЫе ПодХодЫ К АНАлиЗУ

ГеНоМНЫХ и ХроМосоМНЫХ МУТАЦиЙ

в ГАМеТоГеНеЗе и ЭМБриоГеНеЗе ЧеловеКА

введение

При всем многообразии хромосомных аномалий их распределение

в онтогенезе характеризуется определенной специфичностью. Так, для

гаметогенеза характерны численные и структурные нарушения карио-

типа. При этом хромосомные аномалии, возникающие в оогенезе,

качественно и количественно отличаются от таковых в сперматоге-

незе. Аномалии, связанные с нарушением плоидности (триплоидия),

возникают преимущественно при оплодотворении, тогда как для ранних

стадий дробления более характерны мозаицизм хромосом и одно-

родительская дисомия. Причины такой «преференции» хромосомных

аномалий, а также основные подходы, которые используются в настоящее

время для исследования хромосом в гаметогенезе и в эмбриогенезе че-

ловека, кратко рассмотрены в данной главе.

Одна из основных задач цитогенетики развития — определить

характер аномалий кариотипа, установить возможные пути их происхо-

ждения и попытаться выяснить каким образом дисбаланс целых хромо-

сом или их фрагментов влияет на процессы раннего онтогенеза [380].

Вскоре после того как Т. С. Tjio и A. Levan в 1956 году установи-

ли точное число хромосом в кариотипе человека, равное 46, J. Leijen

в 1959 году обнаружил, что причиной широко распространенной бо-

лезни, описанной еще в 1876 году L. Down и впоследствии названной

его именем (синдром Дауна), является трисомия 21. В дальнейшем

была установлена хромосомная природа многих других синдромов

[31, 125, 134, 187]. В 1960–1970-е годы была выполнена большая серия

цитогенетических исследований на спонтанно абортированных заро-

Цитогенетика эмбрионального развития человека

дышах человека, однозначно доказавшая решающую роль хромосом-

ного дисбаланса в патологии ранних стадий развития человека [91, 93,

268, 282]. Эти исследования, однако, позволили получить лишь сугубо

общую, ориентировочную информацию о роли отдельных хромосом и

их фрагментов в эмбриогенезе человека.

Прогресс в области прямых неинвазивных (ультразвуковое ска-

нирование) методов исследования эмбриона человека, инвазивных

(хирургических) методов получения образцов плодного материала,

появление высокоразрешающих методов дифференциальной окраски

хромосом, а также методов молекулярной цитогенетики открыли прин-

ципиально новые возможности для исследований проблем цитогене-

тики эмбрионального развития человека.

4.1. общие представления

о цитогенетике гаметогенеза

Процесс созревания половых клеток (гаметогенез) особенно

привлекателен для цитогенетических исследований благодаря

наличию целой серии митотических делений, мейотической

рекомбинации и редукционного деления. Эмбриологические и

некоторые цитологиче ские основы гаметогенеза у человека были

уже рассмотрены (см. главу 1). Здесь представляется уместным

обратить внимание читателя на цитогенетическое своеобразие

сперматогенеза и оогенеза. Принципиальная схема гаметогенеза у

человека представлена на рисунке 1.1.

Решающим этапом гаметогенеза является процесс мейоза, во время

которого происходят такие кардинальные для биологии развития

процессы как спаривание (конъюгация) гомологичных хромосом

с образованием синаптонемного комплекса, рекомбинация генети-

ческого материала гомологов путем взаимного обмена идентичными

хромосомными сегментами (кроссинговер), цитологическим проявле-

нием которого являются хиазмы. Все эти процессы происходят в профазе

I мейоза, в которой различают такие цитологические подстадии как

лептотена, зиготена, пахитена, диплотена и диакинез. Затем следует

метафаза I с образованием сперматоцита или ооцита 2-го порядка и

метафаза II с образованием гаплоидных сперматид в мужском мейозе

или выделением 2-го полярного тельца и образованием пронуклеусов

Глава 4.

современные подходы к анализу мутаций

уже в оплодотворенной яйцеклетке при завершении женского мейоза.

Подробно с процессами мейоза у млекопитающих и человека можно

ознакомиться в соответствующих монографиях, учебниках и руково-

дствах [52, 54, 187, 871].

Следовательно, основные события, связанные с процессом мейоза,

в мужских гаметах происходят уже после полового созревания.

Женский мейоз начинается еще внутриутробно. Его важнейшая

стадия — профаза, в которой происходят конъюгация и рекомби-

нация, имеет место в гонадах плодов женского пола на 3–4-м месяцах

развития (см. главу 1).

Другие особенности созревания мужских и женских гамет крат-

ко сводятся к следующим.

Сперматогенез устанавливается в период полового созревания и

продолжается непрерывно до старости. Оогенез начинается у эмб-

рионов ранних стадий развития, возобновляется в период полового

созревания; происходит асинхронно, циклично и полностью завер-

шается только после оплодотворения.

Длительность волны сперматогенеза у человека составляет 72 ± 5

дней; общая продолжительность оогенеза исчисляется десятилетиями.

Из одного сперматоцита I формируются четыре сперматозоида.

Продукты мейоза в оогенезе неравноценны — каждый ооцит I дает

начало только одной зрелой яйцеклетке, а три гаплоидных набора

удаляются в составе двух полярных телец.

Эти отличия гаметогенеза отражаются и на методах, которые

используются для детекции хромосомных аномалий в ооцитах и

сперматоцитах человека с целью выяснения механизмов нерасхож-

дения хромосом в женском и мужском мейозе.

Ооциты млекопитающих — одни из наиболее долгоживущих клеток

организма — характеризуются длительным, прерывистым мейозом.

Так как мейотическая S-фаза и начало профазы I в ооцитах проис-

ходят в эмбриональном периоде, для анализа процессов конъюгации

необходимо использовать эмбрионы. Анализ рекомбинации гомоло-

гичных хромосом (хиазмообразование), напротив, возможен у

взрослых, когда ооциты после длительного периода покоя — стадии

диктиотены (см. главу 1), выходят из антральных фолликулов и

возобновляют мейоз.

У мужчин благодаря непрерывной спермопродукции после наступ-

содержание .. 10 11 12 13 ..