Цитогенетика эмбрионального развития - часть 22

Цитогенетика эмбрионального развития человека

172

(особенно 6, 7 и 11, в которых локализованы кластеры импринтирован-

ных генов), нуждаются в уточняющей диагностике кариотипа плода и 

исключении однородительской дисомии.

Из трисомий по хромосомам группы D (13, 14, 15) сублетальной 

является трисомия 13 (синдром Патау). Интересно отметить, что пол-

ные формы этой трисомии встречаются чаще, чем мозаичные, в т. ч. 

ограниченные плацентой. Летальные трисомии 14 и 15, выявленные в 

трофобласте, заслуживают внимания с точки зрения однородительской 

дисомии у плода. Поэтому при наличии в образце хориона клеток с 

трисомией любой из хромосом группы D необходимo кариотипирова-

ние плода по лимфоцитам пуповинной крови [896].

Тс16 является одной из наиболее частых численных аберраций на 

ранних стадиях развития (среди спонтанных абортусов ее частота со-

ставляет 7,5

 

%). Интересно, что в нашей выборке был выявлен только 

один случай полной трисомии 16 и два случая с единичными трисом-

ными клетками в цитотрофобласте плаценты. К сожалению, кариотип 

плода ни в одном случае исследовать не удалось. Однако описанные в 

литературе случаи Тс16 в клетках амниотической жидкости [742] позво-

ляют предполагать, что, по крайней мере, мозаики с таким нарушением 

кариотипа могут развиваться до второго триместра беременности.

Случаи  Тс17  не  выявлены  в  наших  исследованиях.  В  мозаичном 

варианте они описаны в амниоцитах II триместра [352], однако частота 

их невысока.

Тс18 (синдром Эдвардса) как сублетальная мутация встречается на 

всех стадиях внутриутробного развития. Как и другие частые субле-

тальные трисомии, Тс18 в основном представлена полными формами 

и гораздо реже — мозаичными. В нашем исследовании Тс18 была ог-

раничена плацентой лишь в одном случае, тогда как другие авторы от-

мечают высокую частоту Тс18 в хорионе [740].

Тс20 долгое время считалась летальной на ранних эмбриональных 

стадиях. В настоящее время мозаичные случаи Тс20 выявлены прена-

тально в разные сроки беременности и у детей. Однако комплекс по-

роков при Тс20 в специфический синдром не выделен. Интересно, что 

обычно Тс20 ограничена клетками экстраэмбриональных тканей, а у 

плода она представлена только в клетках некоторых органов (почки, 

прямая кишка, пищевод) [364]. Все 4 случая полной и мозаичной Тс20 

в нашем исследовании оказались ограничены клетками трофобласта.

173

Глава 5. 

Частота и спектр геномных и хромосомных мутаций

Согласно многочисленным наблюдениям, для Тс21 (синдром Дауна) 

характерной является полная форма. В наших исследованиях мозаич-

ная Тс21 с доминирующей диплоидной линией в цитотрофобласте ус-

тановлена в 4 случаях. Ни в одном из них диагноз не был подтвержден 

при исследовании лимфоцитов пуповинной крови плода или перифе-

рической крови новорожденного. Однако мы полагаем, что все случаи 

мозаичной Тс21 в цитотрофобласте нуждаются в дополнительных ис-

следованиях на других клетках (амниоциты, лимфоциты пуповинной 

крови), так как прогноз для жизнеспособности у плодов с трисомией 

21, в отличие от других сублетальных трисомий, как правило, благо-

приятен (22,1

 

%) (табл. 5.4).

Известно, что Тс22 существует как самостоятельный синдром Тс22, 

т. е. является сублетальной [181]. Полная форма Тс22 зарегистрирова-

на нами в цитотрофобласте лишь в одном случае; еще в трех она была 

представлена мозаичным вариантом.

5.3.2. двойные трисомии

У спонтанных абортусов до 10-й недели беременности достаточно 

высока частота двойных и тройных трисомий по разным хромосомам 

[766]. В большинстве случаев двойные трисомии, независимо от хро-

мосом, принимающих в них участие, являются летальными [514]. Этот 

факт подтверждают и наши находки при неразвивающейся беремен-

ности (табл. 5.2), а также единственный случай пренатальной диагнос-

тики 48,ХХY,

 

 + 

 

21, зарегистрированный нами в хорионе у эмбриона с 

шейной гигромой (табл. 5.5).

Наиболее  частыми  являются  ди-  или  трисомии  половых  хромосом. 

Именно  эти  случаи  представляют  наибольшую  сложность  для  генети-

ческого  консультирования —  благоприятный  антенатальный  прогноз  и 

совместимость  с  жизнью  после  рождения  усугубляют  проблему  меди-

ко-генетических  рекомендаций  при  выявлении  у  плодов  анеуплоидии 

XYY, XXY, XXX. Следует напомнить, что кариотип 47,XYY не влияет 

на жизнеспособность плода, тогда как только 55,3

 

% плодов с кариотипом 

47,XXY и 70

 

% с 47,XXX способны завершить внутриутробное развитие. 

При этом трипло-Х фактически не сказывается на развитии (среди спон-

танных абортов эта аномалия встречается редко — 0,1–0,2

 

%), тогда как 

вероятность  спонтанного  прерывания  беременности  на  более  поздних 

стадиях, а также мертворождение заметно выше (табл. 5.5).

Цитогенетика эмбрионального развития человека

174

5.3.3. Моносомия

Единственная форма моносомии, совместимая с внутриутробным 

и постнатальным развитием — моносомия Х. На ранних стадиях нали-

чие единственной Х-хромосомы зачастую приводит к гибели — среди 

спонтанных абортов частота плодов 45,Х — самая высокая и достига-

ет почти 10

 

%. Мозаицизм Х/ХХ представляет одну из самых серьез-

ных проблем пренатальной диагностики. Высокая частота моносомии 

Х в клетках цитотрофобласта диктует необходимость дополнительных 

исследований кариотипа амниоцитов или, что предпочтительнее, лим-

фоцитов пуповинной крови. Однако даже незначительная доля клеток 

с кариотипом 45,Х в лимфоцитах плода не является гарантией рожде-

ния здоровой девочки. Подробнее мозаичные варианты моносомии 

Х рассмотрены в главе 7.

5.3.4. Полиплоидия 

Полиплоидия совместима с внутриутробным развитием у челове-

ка  лишь  в  виде  триплоидии  69,ХХХ  и  69,XXY.  Почти  каждый  10-й 

спонтанный абортус является триплоидным [281]. При такой высокой 

смертности на ранних стадиях неожиданно высокой кажется частота 

триплоидии при прогрессирующей беременности (0,25

 

%) (табл. 5.5). 

Из 14 случаев триплоидии в наших исследованиях 6 были установле-

ны во II триместре беременности. Мозаичных вариантов 2n/3n нами не 

выявлено, однако они были зарегистрированы на разных стадиях внут-

риутробного  развития  другими  исследователями  [341].  Что  касается 

тетраплоидии,  то  на  прямых  препаратах  из  образцов  хориона,  осо-

бенно в I триместре беременности, она встречается довольно регуляр-

но, при этом частота тетраплоидных клеток цитотрофобласта может 

достигать 100

 

%. Однако эта форма полиплоидии при развивающейся 

беременности ограничена исключительно плацентой.

Заключение 

Многие типы хромосомных аномалий, такие как моносомии ауто-

сом, гаплоидия, тетраплоидия встречаются только на доимплантаци-

онных стадиях развития; спектр численных хромосомных аберраций 

на разных стадиях постимплантационного развития в целом соответ-

ствует таковому у мертворожденных или живорожденных; некоторые 

трисомии,  считающиеся  летальными  (Tc2,  Tc3),  представлены  пол-

175

Глава 5. 

Частота и спектр геномных и хромосомных мутаций

ными  формами  только  в  экстраэмбриональных  тканях,  другие  (Тс7, 

Тс20, Тс22) могут быть как ограничены плацентой, так и встречаться 

в  отдельных  тканях  или  органах  плода;  большинство  сублетальных 

трисомий (Тс13, 18, 21) представлено в виде полных форм как в эм-

бриональных, так и в экстраэмбриональных тканях; совместимость с 

внутриутробным  развитием  и  даже  с  живорождением  многих  типов 

трисомий, особенно их мозаичных форм, указывает на необходимость 

пересмотра существующей классификации летальных и сублетальных 

трисомий.

В  этом  разделе  мы  ограничились  обсуждением  геномных  мута-

ций и не касались частичных трисомий и моносомий, обусловленных 

структурными перестройками хромосом и маркерными хромосомами. 

Специфика  хромосомных  мутаций  требует  специального  рассмотре-

ния, отметим только, что различные несбалансированные структурные 

аберрации, возникшие de novo, отмечены на всех этапах внутриутроб-

ного  развития  как  у  спонтанных  абортусов,  так  и  при  прогрессиру-

ющей беременности.

ГлАвА 6 

ФАКТорЫ, влиЯющие НА ЧАсТоТУ

 ГеНоМНЫХ и ХроМосоМНЫХ МУТАЦиЙ

введение 

Причины возникновения геномных и хромосомных мутаций во время 

гаметогенеза и раннего эмбриогенеза подробно изучены в экспериментах 

на лабораторных млекопитающих. Показано, что хромосомные аномалии 

могут  возникать  под  влиянием  самых  разнообразных  химических  (му-

тагены), физических (облучение, температурный шок) и биологических 

(вирусные инфекции) факторов. При этом повреждающие агенты могут 

быть экзогенными (большинство известных мутагенов), либо иметь эн-

догенную природу и быть следствием ошибок метаболизма, нарушений 

функций генов системы детоксикации токсических метаболитов (свобод-

ные радикалы, перекисные соединения и т. д.) или генов репарации ДНК, 

результатом стресса или нарушений гормонального гомеостаза. В послед-

нем случае особенно важную роль в механизмах нерасхождения хромо-

сом отводят процессам внутрифолликулярного и внефолликулярного пе-

резревания гамет, подробно исследованных в экспериментах на мышах и 

золотистых хомячках [628]. Считается, что длительное (много лет и даже 

десятилетий) пребывание яйцеклеток в фолликулах на фоне постоянно 

меняющегося гормонального фона, а также достаточно долгая (несколько 

дней) миграция овулировавшей яйцеклетки к месту оплодотворения при-

водят к кристаллизации и дегенеративным изменениям актиновых нитей 

митотического веретена и, как следствие, к нарушению сегрегации мейо-

тических и митотических хромосом. Ниже мы вернемся к более детально-

му рассмотрению других факторов и гипотез, объясняющих положитель-

ную корреляцию анеуплоидии c возрастом женщины (см. 6.1). 

177

Глава 6. 

Факторы, влияющие на частоту хромосомных аномалий

Сведения о факторах, приводящих к различным типам хромосом-

ных аномалий, обобщены в многочисленных сборниках, монографиях 

и обзорах [5, 56, 31, 32, 293, 360, 552].

Прямые данные о влиянии различных факторов на возникновение 

хромосомных аномалий у человека весьма ограничены. Обычно о них 

судят  путем  экстраполяции  на  человека  экспериментальных  данных, 

либо  по  частотам  так  называемых  «маркерных»,  или  «сигнальных», 

фенотипов,  таких  как  спонтанные  аборты  и  некоторые  хромосомные 

синдромы (болезнь Дауна, Эдвардса и др.) [28, 29, 30, 147]. Важная ин-

формация о влиянии радиации на гаметогенез и эмбриогенез человека 

была получена на основании обширных цитогенетических исследова-

ний ликвидаторов аварии на Чернобыльской АЭС 1985 года, а также 

жителей пораженных областей Украины и Белоруссии и их потомства 

[77, 806]. В качестве других мутагенных факторов рассматривают куре-

ние, различные химические, в том числе и лекарственные, препараты 

(антифолиевые  препараты,  цитостатики).  Среди  факторов  эндогенной 

при роды в первую очередь выделяют аутоиммунный тиреоидит и диабет.

Из  факторов,  провоцирующих  образование  несбалансированных 

гамет  и  зигот  у  человека,  к  настоящему  времени  общепризнанными 

являются лишь возраст матери и гетерозиготное носительство хромо-

сомных транслокаций. Однако, если вероятность образования несба-

лансированных гамет у носителя структурной перестройки хромосом 

безусловно, увеличена, то влияние других факторов на возникновение 

хромосомных аномалий не столь очевидно. Отчасти это связано с тем, 

что гетероплоидия, как правило, возникает de novo, что усложняет ана-

лиз  причин  ее  происхождения.  С  другой  стороны,  не  вызывает  сом-

нения, что у некоторых супружеских пар частота хромосомных абер-

раций у потомства существенно выше популяционной, и они должны 

быть отнесены к группе высокого риска. Эти наблюдения послужили 

основой при разработке показаний для кариотипирования плода с це-

лью профилактики хромосомных болезней (см. главу 9).

В  данной  главе  рассмотрены  причины  возникновения  хромосом-

ных нарушений в гаметогенезе и эмбриогенезе человека, связанные с 

возрастом, наличием хромосомных перестроек, мозаичного анеупло-

идного набора хромосом у одного из родителей, а также влияние на 

сегрегацию хромосом некоторых других генетических факторов, при-

рода которых еще недостаточно изучена.

Цитогенетика эмбрионального развития человека

178

6.1. возраст

Возраст  матери —  один  из  немногих  твердо  установленных  фак-

торов,  влияющих  на  частоту  анеуплоидии  у  потомства.  Постулат  об 

экспоненциальной зависимости частоты Тс21 от возраста матери, вы-

двинутый известным английским генетиком Penrose еще в 1933 году, 

нашел  свое  подтверждение  в  многочисленных  исследованиях  [187]. 

Для Тс16, Тс13 и Тс18 показана линейная зависимость частоты анеу-

плоидии от возраста матери [449, 514]. Следует, однако, отметить, что 

для анеу плоидии по другим аутосомам, а также триплоидии, зависи-

мости от возраста матери не установлено. Все вышесказанное нагляд-

но  иллюстрируют  результаты  пренатальной  диагностики  хромосом-

ных болезней в Санкт-Петербурге (рис. 6.1)

*

.

Известно, что анеуплоидия является, главным образом, следствием 

аномальной сегрегации хромосом в оогенезе. При этом основное чис-

ло анеуплоидов возникает в результате нерасхождения хромосом в 1-м 

делении мейоза (см. главу 3). В чем смысл и каковы биологические ме-

ханизмы «старения яйцеклетки» с возрастом женщины остается мало-

понятным. Для объяснения этого феномена было выдвинуто несколько 

гипотез. Рассмотрим некоторые из них.

Гипотеза  «ограниченного  пула»  [708]  основана  на  предположе-

нии о том, что по мере старения организма истощается пул ооцитов, 

и в каждом цикле уменьшается среднее число антральных фолликулов 

(см. главу 1). При этом хромосомы в «перезрелых» ооцитах возрастных 

женщин более подвержены нерасхождению. Эти процессы не связаны 

напрямую  с  хронологическим  возрастом  женщины,  хотя  во  многом 

свойственны именно стареющему организму. Косвенно эту гипотезу 

подтверждают экспериментальные данные и некоторые клинические 

наблюдения [395, 396]. Так, отмечено повышение уровня анеуплоид-

ных ооцитов у мышей с одним удаленным яичником, а также рождение 

детей с анеуплоидным кариотипом пациентками с синдромом Тернера, 

имеющими частичную дисгенезию гонад [449].

Не  утратила  своего  значения  сегодня  и  гипотеза  «продуктивной 

линии» [465]. Она основана на предположении, что в эмбриональном 

яичнике млекопитающих существует определенный порядок вступле-

ния оогониев в мейоз: первичные половые клетки, первыми достигшие 

зачатков гонад, первыми вступают в мейоз и впоследствии первыми 

*

 Рисунок на цв. вкл.

179

Глава 6. 

Факторы, влияющие на частоту хромосомных аномалий

овулируют. Для них характерна высокая частота хромосомных реком-

бинаций (хиазм) в отличие от оогониев, которые позже вступили в мей-

оз.  Вследствие  различий  в  частоте  хиазмообразования  ранние  ооци-

ты  характеризуются  низким  числом  унивалентов  и,  соответственно, 

низкой частотой нерасхождения хромосом в первом делении мейоза, 

тогда как ооциты, овулирующие позже, имеют повышенную частоту 

унивалентов и, соответственно, более высокую частоту анеуплоидии. 

Каковы  механизмы,  регулирующие  последовательность  вступления 

ооцитов в мейоз и определяющие порядок их овуляции, остается со-

вершенно  неясным.  Более  того,  нет  прямых  экспериментальных  до-

казательств четкой корреляции между анеуплоидией и числом унива-

лентов в ооцитах [11]. Наконец, нельзя не обратить внимание, что эта 

гипотеза, возможно являясь справедливой для мышевидных грызунов, 

пока не получила прямых доказательств для человека [395].

Другие предположения о происхождении анеуплоидии в оогенезе 

человека касаются неблагоприятных «местных» факторов [395]. К та-

ковым,  например,  можно  отнести  половые  гормоны.  Предполагает-

ся, что возрастные гормональные изменения могут ускорять процесс 

мейотического созревания ооцитов и быть причиной аномальной сег-

регации  хромосом.  Не  исключено  также,  что  с  возрастом  женщины 

нарушается образование веретена деления или изменяется продолжи-

тельность  клеточного  цикла.  Получены  прямые  экспериментальные 

доказательства корреляции между кислотностью фолликулярной жид-

кости, способностью к образованию митотического веретена и анеу-

плоидией.  Все  эти  предположения  основаны  на  сравнительном  ана-

лизе процессов созревания in vitro ооцитов мышей разного возраста.  

В какой мере эти факторы справедливы для человека пока неизвестно.

Вопрос о том, какая из предложенных гипотез соответствует дей-

ствительности  и  в  какой  мере  они  определяются  индивидуальными 

особенностями,  требует  дальнейшего  изучения.  Следует  учитывать 

при этом что решающая роль в нерасхождении хромосом как в первом 

так и во втором делениях мейоза отводится процессам рекомбинации 

хромосом, то есть частоте и локализации хиазм (см. главу 4).

Повышенный риск рождения детей с хромосомными болезнями от-

мечается не только у женщин старшего репродуктивного возраста, но, 

что достаточно неожиданно, и у женщин в возрасте до 20 лет [31, 182, 

187, 457]. Увеличение частоты плодов с геномными мутациями, в т. ч.