Цитогенетика эмбрионального развития - часть 26

Цитогенетика эмбрионального развития человека

204

Все  маркерные  хромосомы  подразделяют  на  следующие  группы: 

возникшие de novo и семейные, мозаичные и немозаичные, спутнич-

ные и без спутников. В зависимости от хромосом, принимающих учас-

тие в их образовании, а также от принадлежности к той или иной груп-

пе, они могут проявляться фенотипически или скрытно передаваться в 

ряду поколений. Среди пациентов, нуждающихся в пренатальной диа-

гностике, носители маркерных хромосом встречаются редко.

Из 6 случаев пренатальной диагностики в связи с носительством 

маркерных  хромосом  (табл. 6.4),  наследование  в  трех  поколениях 

прослежено  в  двух  семьях  (рис. 6.8,  6.9).  В  одной  семье  (рис. 6.9) 

пренатальная  диагностика  проведена  при  двух  беременностях  (случаи 

1  и  2  табл.  6.4).  Первая  диагностика  закончилась  рождением  здоро-

вой  девочки,  унаследовавшей  родительскую  маркерную  хромосому. 

При следующей беременности у плода установлен нормальный муж-

ской кариотип. В случаях 1–4 (табл. 6.4) маркерные хромосомы были 

представлены бисателлитами, которые оказались короткими плечами 

хромосом 13 или 21 (случаи 1 и 2) и 14 или 22 (случаи 3 и 4). К со-

жалению,  более  точно  идентифицировать  маркерные  хромосомы  не 

удалось. Полученные данные подтверждают мнение об относительной 

нейтральности наследуемых маркерных хромосом, особенно если они 

представлены спутничными вариантами [749]. Однако наличие спон-

танных выкидышей позволяет предполагать, что риск нерасхождения 

хромосом, приводящий к анеуплоидии, у носителей сверхчисленных 

маркерных хромосом существенно выше популяционного [433]. Кро-

ме  того,  дисбаланс  по  рибосомным  генам,  обусловленный  увеличе-

нием  количества  их  активных  копий,  также,  по-видимому,  может  в 

некоторых случаях неблагоприятно сказываться на развитии плода и 

проявляться  после  рождения  [101,  117,  705].  Предполагается  также, 

что наличие маркерных хромосом увеличивает вероятность однороди-

тельской дисомии по участкам, представленным в маркерной хромосо-

ме [519]. Нельзя поэтому исключить, что в случае 5 унаследованный от 

матери фрагмент хромосомы 7 (рис. 6.10)

*

 мог иметь фенотипическое 

проявление.  Для  материнской  хромосомы  7  и  особенно  ее  длинного 

плеча считается установленным эффект импринтинга, следствием ко-

торого может быть задержка развития в случае полной или частичной 

однородительской дисомии [566]. Сведения о состоянии беременнос-

ти на момент проведения диагностики и развитии ребенка в течение  
* 

Рисунок на цв. вкл.

205

Глава 6. 

Факторы, влияющие на частоту хромосомных аномалий

 

6/7 н.    6/7 н.   20   н.

 

! 

!

!

!

!

Рис. 6.8. Наследование маркерной хромосомы в семье 4172 (а). Фрагменты метафаз-

ных пластинок из лимфоцитов периферической крови (б, в) и клеток цитотрофоблас-

та (г), окраска QFH/AcD: б — пробанд (47,XX, + mar); в — мать пробанда (47,XX, + mar/

46,ХХ); г — плод (47,XY, + mar)

 

! 

Рис. 6.9. Наследование и идентификация маркерной хромосомы der(13 or 21) в семье 

2286 (а). FISH c rDNA (б) и c ДНК-зондом D13Z1/D21Z1 (в) на «прямых» препаратах из 

цитотрофобласта плаценты (16 недель беременности)

 

а)  

б) 

в)

а)

б)

в)

г)

!

!

! !

Цитогенетика эмбрионального развития человека

206

Таблица 6.4. Результаты пренатальной диагностики при наличии маркерных хромо-

сом (47,ХХ, + mar) у родителей

10 лет позволяют надеяться, что в этом конкретном случае носительс-

тво der(7), как и у матери, не будет сопровождаться фенотипическими 

и клиническими аномалиями.

Таким образом, имеющиеся данные свидетельствуют о том, что все 

случаи  численных  аномалий  кариотипа,  обусловленные  как  целыми 

хромосомами, так и их фрагментами, могут быть причиной нарушения 

репродуктивной функции как вследствие патологии формирования го-

над, так и возникновения несбалансированного набора хромосом в га-

метогенезе или в клетках зародыша на ранних стадиях эмбриогенеза.

6.4. другие наследственные

 факторы анеуплоидии

Клинические  наблюдения  повторных  случаев  рождения  детей  с 

хромосомными болезнями, а также спонтанных абортусов с трисоми-

ями в некоторых семьях с нормальным кариотипом, свидетельствуют 

в пользу существования генетических факторов риска возникновения 

геномных мутаций. В качестве таких факторов рассматриваются хро-

мосомный мозаицизм, гетероморфизм гомологов и наличие специфи-

ческих генов, осуществляющих контроль за сегрегацией хромосом.

Как уже отмечалось (см. раздел 6.3.1) одной из причин, приводящих к 

нерасхождению хромосом и повторному рождению детей с различными 

трисомиями, является скрытый гонадный мозаицизм у матери [751].

Гонадный мозаицизм, то есть присутствие в гонадах родителей наряду 

с нормальными, эуплоидными половыми клетками, клонов анеуплоидных 

клеток, дающих начало гаметам с анеуплоидным числом хромосом или с 

несбалансированными хромосомными аберрациями, является одним из 

вариантов ограниченного тканевого мозаицизма. Он может затрагивать 

№ Лаб.

индекс

Кариотип

пробанда

Идентификация

маркерной хромосомы

Кариотип плода (по клеткам 

цитотрофобласта)

1

2286

47,ХХ, + mar

der(21 or 13)

47,ХХ, + mar

2

3915

47,ХХ, + mar

der(21 or 13)

46,XY

3

2754

47,ХХ, + mar

der(22 or 14)

47,ХХ, + mar

4

4172

47,ХХ, + mar

der(22 or 14)

47,ХХ, + mar

5

2808 47,ХХ, + mar/ 46,XX

der(7)

47,ХY, + mar

6

8018

47,ХY, + mar

der(15)

47,ХХ, + mar

207

Глава 6. 

Факторы, влияющие на частоту хромосомных аномалий

как мужские, так и женские гонады. Доказательства существования го-

надного мозаицизма получены как для моногенных (например, для мио-

дистрофии Дюшенна) [381], так и для хромосомных болезней [503].

Естественно, что прямые доказательства наличия гонадного моза-

ицизма  могут  быть  получены  только  при  анализе  хромосомного  на-

бора тканей гонад и пулов генеративных клеток. Так, методом FISH 

у  мужчин  с  кариотипом  47,XYY  в  биоптатах  семенников  показано 

наличие  двух  пулов  сперматогониев —  с  кариотипом  XYY  (87

 

%)  и  

с кариотипом 46,XY (13

 

%) [503]. Повышенная частота сперматозоидов 

с дисомией 21, выявленная методом гетерологичного оплодотворения 

(см. главу 5), также может рассматриваться как косвенное доказатель-

ство существования мозаицизма в тканях семенника. Однако, учиты-

вая особенности конъюгации хромосом в триаде (см. главу 4), а так-

же доказанную экспериментально аномальную сегрегацию хромосом  

в  нормальном  клоне  (см.  раздел 6.3.2),  установить,  какой  из  клонов 

(нормальный или анеуплоидный) функционирует с образованием зре-

лых анеуплоидных гамет, весьма затруднительно.

В  отличие  от  сперматогенеза,  исследования  материала  биоптата 

овариальных тканей для получения прямых доказательств гонадного 

мозаицизма у женщин репродуктивного возраста на практике не ис-

пользуются. Косвенными аргументами в пользу наличия мозаицизма в 

яичниках служат лишь данные о наличии детей с одной и той же анеу-

плоидией у женщин с нормальным кариотипом. Однако при деталь-

ном изучении родословных, в которых отмечалось регулярное рожде-

ние детей с синдромом Дауна в разных поколениях, оказалось, что у 

матерей и бабушек в некоторых семьях нарушен процесс сегрегации 

хромосом в клетках всех тканей, включая ткани яичника [888].

Таким  образом,  реально  гонадный  мозаицизм  встречается  доста-

точно редко. Поэтому его наличием нельзя объяснить все случаи по-

вторных анеуплоидий у потомства, а рождение сибсов с различными 

анеуплоидиями  свидетельствует  в  пользу  существования  и  других 

факторов, предрасполагающих к нерасхождению хромосом и приводя-

щих к повторным случаям геномных мутаций у потомства.

К таким факторам относят некоторые полиморфные варианты хро-

мосом в кариотипе родителей, которые приводят к структурному гете-

роморфизму гомологов. В первую очередь, это районы 1qh, 9qh, 16qh и 

Yqh, которые благодаря различиям в размерах блоков конститутивного 

Цитогенетика эмбрионального развития человека

208

гетерохроматина могут затруднять конъюгацию хромосом в профазе I 

и, как следствие, способствовать их аномальной сегрегации в анафазе 

первого или второго делений мейоза [117, 354]. Однако прямых дока-

зательств  негативного  влияния  гетероморфизма  гетерохроматиновых 

блоков этих хромосом, как и в случае 9ph (см. раздел 6.2.3) на поведе-

ние других хромосом в мейозе не получено.

К  «цитогенетическим»  факторам  нерасхождения  хромосом  групп 

D  и  G  также  относят  особенности  их  коротких  плеч,  которые  явля-

ются компонентами ядрышка на стадии интерфазы и могут влиять на 

расхождение хромосом на других стадиях клеточного цикла. В част-

ности, широко обсуждалась проблема корреляции между аномальной 

сегрегацией хромосом в мейозе и образованием устойчивых ассоциа-

ций ядрышкообразующих хромосом, регистрируемых в соматических 

клетках,  а  также  присутствием  в  кариотипе  одного  из  супругов  экс-

траварианта ядрышкообразующего района, так называемого двойного 

ЯОР (дЯОР) [514, 681, 857]. В дЯОР число копий рибосомных генов 

обычно в 5–6 раз превышает среднее количество копий в единичных 

ЯОР [464], хотя часть из них может быть инактивирована посредством 

метилирования [254, 412]. Поскольку при трисомии 21 дополнитель-

ная хромосома, как правило, наследуется от родителя-носителя дЯОР, 

предполагается, что именно этот хромосомный вариант нарушает нор-

мальную конъюгацию гомологов и влияет на расхождение других ак-

роцентрических хромосом, ассоциированных в ядрышке [636, 681].

Еще одним фактором, влияющим на расхождение хромосом, может 

быть полиморфизм альфоидных ДНК, входящих в состав прицентро-

мерных районов акроцентрических хромосом. Как уже упоминалось 

(см. главу 2),  прицентромерные  районы  хромосомы  характеризуются 

набором последовательностей, специфических по нуклеотидному со-

ставу и вариабельных по числу повторов. Однако результаты исследо-

ваний методом FISH с использованием специфичного к центромерно-

му району хромосомы 21 ДНК-зонда (αRI–6) не подтверждают участия 

альфоидных ДНК в аномальной сегрегации хромосом 21 [880].

Таким образом, имеющиеся к настоящему времени данные о вли-

янии структурно-функциональных особенностей коротких плеч акро-

центрических хромосом на их поведение в мейозе весьма противоре-

чивы, а их участие в аномальной сегрегации хромосом требует допол-

нительных доказательств.

209

Глава 6. 

Факторы, влияющие на частоту хромосомных аномалий

Учитывая  многочисленные  экспериментальные  данные  на  расте-

ниях и лабораторных млекопитающих нельзя исключить, что случаи 

повторных анеуплоидий в одной семье объясняются существованием 

генов, ответственных за нормальную сегрегацию хромосом в митозе 

и мейозе.

Впервые гипотеза о наличии специфических «генов анеуплоидии» 

была сформулирована в 1976 году [838]. Так как дети у одних и тех 

же кариотипически нормальных родителей могут иметь одну и ту же 

хромосомную  болезнь,  а  могут  и  разные,  то  гены,  ответственные  за 

возникновение геномных мутаций, логично были подразделены на го-

моанеуплоидные (т. е. приводящие к нерасхождению одних и тех же 

хромосом) и гетероанеуплоидные (т. е. влияющие на сегрегацию раз-

ных хромосом) [462]. В пользу существования таких генов, возможно, 

наследуемых  по  аутосомно-рецессивному  типу,  свидетель ствуют  ре-

зультаты исследования частот рождения детей с трисомией 21 в близ-

кородственных браках [218]. Эта гипотеза, однако, не получила широ-

кого признания [884]. Между тем, многочисленные факты повторного 

рождения  детей  с  хромосомной  патологией,  прослеживаемой  даже  

в ряду поколений, свидетельствуют в пользу существования наследс-

твенной  предрасположенности  к  нерасхождению  хромосом.  Каковы 

конкретные механизмы возникновения повторных анеуплоидий (гомо- 

или гетеро-), и какой ген (или гены) может обладать таким эффектом, 

остается неясным.

На эту роль в первую очередь могут претендовать гены, продукты 

которых принимают непосредственное участие в процессах рекомби-

нации и сегрегации хромосом в мейозе, а также в генах-регуляторах 

мейоза и митоза. В качестве таких кандидатов могут быть гены, конт-

ролирующие синтез ДНК (MTFR), клеточный цикл (MAD2 и BUB1), 

гены структурных белков синаптонемного комплекса, ферментов пост-

мейотической репарации, а также белков, отвечающих за сегрегацию 

хромосом [804].

Как уже упоминалось, многие гены, контролирующие процесс га-

метогенеза, осуществляют свои функции как в мужском, так и в жен-

ском  мейозе.  Однако,  если  жесткие  механизмы  селекции  мужских 

гамет могут препятствовать формированию сперматозоидов с хромо-

сомными аберрациями, то при созревании ооцитов и в первых деле-

ниях  дробления  зиготы  механизмы  селекции  анеуплоидных  клеток 

Цитогенетика эмбрионального развития человека

210

либо отсутствуют, либо не так эффективны [489, 653]. Следовательно, 

наследственные  факторы,  способствующие  возникновению  хромо-

сомных аберраций, во время мужского и женского мейоза могут быть 

совершенно  различными.  Установить  природу  ведущего  поврежда-

ющего фактора, как правило, не удается, а фрагментарность сведений, 

касающихся генов предрасположенности к нерасхождению хромосом 

в мейозе, обусловлена сложностями в проведении подобных исследо-

ваний на человеке.

Тем не менее, накопленные к настоящему времени данные позволя-

ют рассматривать некоторые гены в качестве факторов риска аномаль-

ной сегрегации хромосом в мейозе.

В первую очередь, это гены, мутации в которых вызывают болез-

ни, связанные с хромосомной нестабильностью. Под нестабильностью 

хромосом обычно понимают увеличение спонтанной и/или индуциро-

ванной  частоты  хромосомных  аберраций,  сестринских  хроматидных 

обменов  (СХО)  и  аномальной  сегрегации  хромосом  в  соматических 

клетках [124]. Всего известно около 15 моногенных нозологических 

форм, сопровождающихся повышенной ломкостью хромосом. Наибо-

лее изученными  являются  синдром  Робертса  (преждевременное  рас-

хождение центромер), анемия Фанкони (повышенная частота сестрин-

ских хроматидных обменов), синдром Луи–Бар (повышенный уровень 

спонтанных хромосомных аберраций и транслокаций с во влечением 

хромосом  7  и  14).  Известны  также  заболевания,  ассоциированные  с 

нестабильностью  хромосом  вследствие  их  нерасхождения  в  сома-

тических  клетках  в  процессе  эмбриогенеза.  Наиболее  известные  из 

них —  синдром  Ротмунда–Томсона  (мозаичная  форма  трисомии  8  в 

соматических клетках) и синдром мозаичной смешанной анеуплоидии 

(MVAS, OMIM 257300). Предполагается, что мутации в генах, ответ-

ственных за возникновение этих болезней, являются митотическими, 

т. е. затрагивают только соматические клетки. Не исключено, однако, 

что аналогичное действие они проявляют в мейотических делениях и в 

первых делениях дробления зиготы. По крайней мере, мутации в генах 

при синдромах Робертса, Ротмунда–Томсона, MVAS, как и при синдро-

ме Эппл–Пиль (OMIM 243605), мозаичной анеуплоидии с преждевре-

менным разделением хроматид (OMIM 176430), относят к мутациям, 

возникающим  в  герминативных  клетках  [804].  Большинство  из  этих 

синдромов диагностируются после рождения и приводят к инвалиди-

211

Глава 6. 

Факторы, влияющие на частоту хромосомных аномалий

зации или ранней детской смертности. Поэтому оценить влияние на 

расхождение хромосом в мейозе у таких больных не представляется 

возможным. Определенная информация на эту тему может быть по-

лучена только на модельных объектах. В частности, на трансгенных 

мышах показано, что мутации в гене Fac (анемия Фанкони) приводят 

к блоку сперматогенеза и гипоплазии яичников, в гене Atr/Atm (атак-

сия — телеангиэктазия, или синдром Луи–Бар) — к блоку мейоза на 

стадиях зиготены — пахитены. В экспериментах было доказано нали-

чие не менее 15 генов, мутации в которых сопровождаются наруше-

нием гаметогенеза и ассоциированы с возникновением анеуплоидии в 

мейозе у мышей [395].

Внедрение методов тестирования аллельного полиморфизма неко-

торых генов с целью выяснения генных сетей, ответственных за разви-

тие мультифакториальных болезней, позволило получить информацию 

и о генах предрасположенности к нерасхождению хромосом в мейозе. 

Например, показана ассоциация аномальной сегрегации хромосом во 

втором делении мейоза у молодых женщин с аллелью е4 гена аполи-

попротеина АроЕ [233], а также нерасхождения хромосом и некоторы-

ми вариантами генотипов по гену пресенелина 1 [243].

Особый интерес вызывают гены, вовлеченные в метаболизм фо-

лиевой кислоты [604], в частности, ген метилентетрагидрофолатре-

дуктазы  MTНFR  [520],  метионинсинтазы  MTR  [718]  и  метионин-

синтазы-редуктазы MTRR [622]. Несмотря на то, что прямых кор-

реляций между мутациями в этих генах и нерасхождением хромо-

сом пока не получено [457], ведется активное изучение возможных 

механизмов участия продуктов этих генов в сегрегации хромосом 

в мейозе. Тестирование полиморфизмов некоторых из перечислен-

ных выше генов включено в генетическую карту репродуктивного 

здоровья (см. главы 9 и 11).

Предполагается, что нерасхождение хромосом в мейозе может быть 

обусловлено  мобильными  диспергированными  элементами  (МДГ). 

Последние примечательны тем, что способны индуцировать разрывы 

хромосом в профазе I мейоза [461]. Репарация этих двунитевых раз-

рывов, имеющих сходство с рекомбинацией, нарушает формирование 

типичных хиазм и может интерферировать с нормальной сегрегацией 

мейотических хромосом. Поскольку МДГ-индуцированная репарация 

происходит в профазе мейоза, то ооциты у пожилых женщин должны