Цитогенетика эмбрионального развития - часть 27

Цитогенетика эмбрионального развития человека

212

иметь больше таких нарушений, и, соответственно, их хромосомы мо-

гут быть в большей степени подвержены нерасхождению.

Тщательный  анализ  родословных  показал,  что  предрасположен-

ность к повторному рождению детей с анеуплоидным кариотипом на-

следуется по материнской линии. Сформулировано предположение о 

цитоплазматическом  наследовании  факторов,  предрасполагающих  к 

нерасхождению хромосом в мейозе, в частности, мутации в митохон-

дриальной ДНК [236]. В пользу этой гипотезы приводят следующие 

факты. Во-первых, для матерей, в анамнезе которых отмечено неод-

нократное рождение детей с несбалансированным кариотипом, харак-

терны такие заболевания как болезнь Альцгеймера, диабет и гипоти-

реоз, в развитие которых определенный вклад вносят мутации мито-

хондриальной ДНК [504, 881]. Во-вторых, мутации в мтДНК нередко 

способствуют увеличению свободных радикалов при одновременном 

снижении общего синтеза АТФ. Эти процессы могут влиять на функ-

ционирование мейотического аппарата, в частности, нарушать струк-

туру синаптонемного комплекса, снижать активность АТФ-зависимых 

ферментов рекомбинации и постмейотической репарации, а также де-

стабилизировать элементы аппарата деления. Предполагается, что му-

тации митохондриальной ДНК накапливаются с возрастом матери, что 

собственно и объясняет увеличение частоты анеуплоидии в потомстве 

женщин старшего репродуктивного возраста [237].

Таким образом, в настоящее время накапливается все больше дан-

ных, доказывающих важную роль генетических факторов в нерасхож-

дении хромосом и возникновении анеуплоидии в гаметах и у зароды-

шей человека. Уже известно свыше 15 генов, мутации которых пред-

располагают к нерасхождению хромосом в мейозе и митозе. Продукты 

этих  генов  входят  в  состав  митотического  веретена,  контролируют 

синтез нуклеиновых кислот, ферменты системы репарации ДНК, бел-

ки рекомбинации мейотических хромосом, а также системы детокси-

кации ксенобиотиков.

6.5. Физические и биологические факторы

Анализу мутагенной активности различных химических, физиче-

ских и биологических факторов посвящена обширная литература [5, 

32, 191, 293]. Эти исследования выполнены, главным образом, на экс-

периментальных животных и на клеточных культурах.

213

Глава 6. 

Факторы, влияющие на частоту хромосомных аномалий

В частности, показано, что радиационное воздействие на различ-

ных сроках беременности вызывает аномалии синапсиса хромосом и 

повышение частоты образования хромосомных аберраций в ооцитах 

крыс [602, 732], а также увеличение частоты хроматидных разрывов и 

обменов в ооцитах морской свинки [735]. В то же время, в модельных 

экспериментах  нами  не  было  обнаружено  повреждающего  эффекта 

импульсного ультразвука на процесс созревания ооцитов у крыс, на их 

плодовитость и развитие потомства в двух поколениях, что указывает 

на безопасность ультразвукового исследования, применяемого с целью 

пренатальной диагностики [98, 563].

На  модельных  объектах  изучено  также  воздействие  ряда  химиче-

ских  факторов  на  оогенез.  Так,  цитостатики  приводят  к  нарушению 

пролиферации гоноцитов и их гибели [54]. Никотин при введении бере-

менным крысам вызывал у половозрелых потомков частичную блокаду 

сперматогенеза  на  стадии  прелептотены,  задержку  дифференцировки 

сперматид, повыше ние числа гамет с патологией делений созревания. 

Повреждающее  действие  на  структуру  синаптонемных  комплексов  в 

сперматогенезе  мышей  оказывают  некоторые  антибиотики  [82].  Вве-

дение окситетрациклина мышам на 12–13-й дни беременности, когда 

основной пул половых клеток в яичниках плодов находится на стадии 

пролиферирующих  оогониев,  вызывает  повышение  патологических 

митозов. У половозрелых самок из этого потомства обнаружено уве-

личение количества дегенерирующих ооцитов и фолликулов, а также 

снижение числа примордиальных фолликулов и овулирующих ооцитов 

[70].  Алкалоиды,  содержащиеся  в  кофеине,  никотине  и  винбластине, 

индуцируют  появление  анеуплоидных  ооцитов.  Установлена  зависи-

мость частоты спонтанных абортов, а также геномных и хромосомных 

мутаций в ооцитах от дозы кокаина [287].

Прямые данные о влиянии экзогенных факторов на возникновение 

геномных и хромосомных мутаций в гаметогенезе или раннем эмбрио-

генезе человека, полученные in vivo, немногочисленны. Некоторые из 

них получены в исследованиях хромосомного комплемента спермато-

зоидов, выполненных с помощью метода гетерологического оплодо-

творения и FISH. Так, повышенная частота хромосомных аберраций в 

сперматозоидах человека была зарегистрирована в образцах эякулятов 

от  пациентов,  подвергавшихся  действию  радиации,  некоторых  про-

мышленных и бытовых ядов, химиотерапии [314, 389, 794, 806].

Цитогенетика эмбрионального развития человека

214

Предпринимались  неоднократные  попытки  объяснить  всплески 

рождаемости детей с синдромом Дауна воздействиями различных ядов 

или радиации [804]. Однако утверждение о влиянии экологических ка-

тастроф  на  частоту  хромосомных  болезней  оказывается,  по  сущест-

ву, голословным, т. к. не подкреплено данными эпидемиологического 

мониторинга и анализа механизмов возникновения трисомий. Кажется 

парадоксальным, но такие глобальные катастрофы как атомные бом-

бежки  в  Хиросиме  и  Нагасаки,  авария  на  Чернобыльской  атомной 

станции и другие, при которых отмечен заметный рост числа некото-

рых опухолевых заболеваний, частоты и спектра врожденных пороков 

развития,  не  привели  к  сколько-нибудь  существенному  повышению 

частоты хромосомных болезней в этих регионах [31, 804].

Вместе с тем, имеются данные, что сравнительно небольшие дозы 

облучения, полученные во время беременности плодом женского пола, 

могут быть причиной нерасхождения хромосом в оогенезе, что приво-

дит к рождению во втором поколении плодов с хромосомными болез-

нями, в том числе с синдромом Дауна [806].

Дело в том, что в отличие от мужских гамет, постоянно обновляю-

щихся на протяжении всей жизни, яйцеклетки закладываются еще во 

внутриутробном периоде, когда не только возникают первичные поло-

вые клетки, но и происходят кардинальные события в оогенезе, свя-

занные с процессом мейоза (см. главу 1). В этой связи важно обратить 

внимание на тот удивительный, но, к сожалению, часто игнорируемый 

факт, что каждая яйцеклетка является важным связующим звеном трех 

последовательных поколений: бабушка, в утробе которой развивается 

плод женского пола и, соответственно, в организме которого происхо-

дят важные начальные этапы мейоза, мать, у которой созревают и ову-

лируют яйцеклетки, и, наконец, новый организм, возникающий после 

оплодотворения такой яйцеклетки [444].

Таким образом, в отличие от мужских гамет, где весь процесс созре-

вания сперматозоидов, включая мейоз, длится чуть более двух месяцев, а 

селекция генетически неполноценных гамет весьма эффективна, женские 

половые клетки чувствительны к внешним воздействиям на протяжении 

нескольких  десятилетий,  причем  решающие  процессы  их  созревания 

происходят еще во время внутриутробного развития и непосредственно 

перед овуляцией. Более того, в отличие от презиготической селекции муж-

ских гамет, селекция генетически неполноценных ооцитов, в основном, 

215

Глава 6. 

Факторы, влияющие на частоту хромосомных аномалий

происходит уже после оплодотворения, а подавляющее большинство (бо-

лее 90

 

%) зародышей с хромосомными и генными мутациями погибает 

до или во время имплантации. Следовательно, основные усилия по про-

филактике наследственной и врожденной патологии, в том числе и инду-

цированной неблагоприятными факторами внешней среды должны быть 

направлены именно на женский организм. Естественно, это не означает 

игнорирования  повреждений  мутагенными  факторами  мужских  гамет, 

однако, благодаря естественным биологическим особенностям их созре-

вания и селекции, а также разработкам новых вспомогательных репродук-

тивных технологий, профилактика нарушений репродукции у мужчин в 

значительной мере упрощается.

Заключение

Геномные  и  хромосомные  мутации  в  гаметах  и  развивающихся 

зародышах являются результатом повреждающего действия как эндо-

генных, так и экзогенных факторов. К факторам эндогенной природы 

относятся возраст, наличие хромосомных перестроек в кариотипе ро-

дителей. Наличие зависимой от возраста и пола анеуплоидии не вызы-

вает сомнения, но механизмы этих феноменов остаются до конца не-

выясненными. Соответственно, неясны и возможные пути предупреж-

дения хромосомных аномалий у потомства. Единственным реальным 

способом их профилактики остается пренатальная диагностика.

У гетерозигот по хромосомным перестройкам конъюгация хро-

мосом несовершенна и приводит к аномальной сегрегации хромо-

сом в мейозе. Частота несбалансированного кариотипа у потомства 

зависит от величины фрагментов, вовлеченных в перестройку, на-

личия/отсут ствия в них гетерохроматина; от частоты рекомбинации 

и локализации точек разрывов. Хромосомные аномалии, возникаю-

щие в гаметах, подвергаются селекции на постмейотических стади-

ях созревания мужских, но не женских гамет. Поэтому большинство 

хромосомных аномалий, в том числе и несбалансированных, насле-

дуются от матери.

Вероятность  потомства  с  несбалансированным  кариотипом  у  но-

сителей  Робертсоновских  транслокаций  определяется  спецификой 

хромосом, вовлеченных в центрическое слияние. Наличие Робертсо-

новской транслокации в сочетании с ограниченным плацентой мозаи-

цизмом хромосом указывает на возможность однородительской дисо-

Цитогенетика эмбрионального развития человека

216

мии у плода, которая может явиться причиной серьезных нарушений в 

постнатальном периоде развития.

Все  случаи  численных  аберраций  кариотипа,  обусловленные  как 

целыми  хромосомами,  так  и  их  фрагментами,  могут  быть  причиной 

нарушения репродуктивной функции, как вследствие патологии фор-

мирования гонад, так и возникновения генетически несбалансирован-

ного набора хромосом в гаметах или в клетках зародыша.

Накапливается  все  больше  данных,  доказывающих  важную  роль 

генетических факторов в нерасхождении хромосом и возникновении 

анеуплоидии в гаметах и в клетках ранних зародышей. У человека из-

вестно  свыше  20  генов,  мутации  которых  предрасполагают  к  нерас-

хождению хромосом в мейозе и в митозе. Продукты этих генов контро-

лируют синтез нуклеиновых кислот, входят в состав белков митотиче-

ского веретена, белков системы репарации ДНК, рекомбинации мейо-

тических хромосом, а также системы детоксикации ксенобиотиков.

Основные усилия по профилактике хромосомных аберраций, в том 

числе и индуцированных неблагоприятными факторами внешней сре-

ды, должны быть направлены, прежде всего, на женский организм.

ГлАвА 7 

ХроМосоМНЫЙ МоЗАиЦиЗМ

введение 

Генетическими  мозаиками  называют  особей — продуктов  одной 

зиготы,  в  организме  которых  сосуществуют  две  или  более  популя-

ции клеток с различным генотипом. С точки зрения цитогенетики под 

мозаицизмом понимают сочетание в тканях индивидуума клеточных 

линий с различным хромосомным набором. При этом смесь клеток с 

нормальным и аномальным кариотипами может быть представлена во 

всех  тканях  организма  (так  называемый истинный,  или  генерализо-

ванный, мозаицизм), или ограничена клетками какой-либо одной тка-

ни (ограниченный мозаицизм). В связи с этим, нет сомнения, что для 

полного представления о хромосомном статусе организма необходимо 

цитогенетическое исследование клеток разных тканей.

Хромосомный мозаицизм при хромосомных болезнях описан для 

половых хромосом, многих аутосом и целых геномов (2n/3n). Мозаич-

ные трисомии выявляются иногда у лиц с нормальным фенотипом, в 

особенности у некоторых родителей (чаще у матерей) пациентов с хро-

мосомными синдромами [655], а мозаичные моносомии по половым 

хромосомам  являются  нормальной  физиологической  особенностью 

лиц старшей возрастной группы [663].

Проблема диагностики хромосомного мозаицизма обусловлена тем, 

что кариотипирование ограничено анализом метафазных хромосом в 

клетках какой-либо одной ткани, и во всех этих случаях правомочно 

говорить о межклеточном мозаицизме. Так, в клинической цитогене-

тике обычно используются лимфоциты периферической крови, в пре-

натальной диагностике — либо лимфоциты пуповинной крови, либо 

клетки  амниотической  жидкости,  либо  хориона/плаценты.  С  другой 

стороны,  не  решена  проблема  разграничения  между  изменчивостью 

нормального кариотипа и мозаичными вариантами анеуплоидии, осо-

Цитогенетика эмбрионального развития человека

218

бенно в случаях с очень малой пропорцией аномальной клеточной ли-

нии. Большинство исследователей придерживаются мнения, что моза-

ицизм считается установленным при наличии двух и более метафазных 

пластинок с одинаковой хромосомной аномалией [187]. При этом в за-

висимости от типа культивируемой ткани, полученной от нормальных 

индивидуумов,  частота  анеуплоидных  и  полиплоидных  метафазных 

пластинок при модальном диплоидном кариотипе может существенно 

варьировать, не превышая, однако, 1

 

% [134]. Уровень спонтанной анеу-

плоидии в норме варьирует и в зависимости от методов, используемых 

для анализа. Например, верхний предел спонтанной анеуплоидии по 

Х-хромосоме  в  культивируемых  лимфоцитах  составляет  4,04

 

%,  а  в 

некультивируемых клетках буккального эпителия — 1,79

 

% [118]. Та-

ким образом, четких критериев для установления мозаичного вариан-

та гетероплоидии не существует. Возможно, по этой причине многие 

случаи  межклеточного  и  межтканевого  хромосомного  мозаицизма  в 

норме и в случаях наличия пороков развития у новорожденного или 

плода остаются нераспознанными.

Впервые факт существования у зародышей млекопитающих моза-

ицизма, ограниченного экстраэмбриональными тканями был установ-

лен Чарльзом Фордом [432], который обнаружил анеуплоидную кле-

точную линию только в плодных оболочках мыши. Значительно позже 

были  получены  сведения  о  высокой  частоте  мозаичных  аутосомных 

трисомий в культурах клеток плодных оболочек спонтанных аборту-

сов человека [885]. К настоящему времени ограниченный плацентой 

мозаицизм как вариант физиологической прогрессирующей беремен-

ности  подтвержден  многочисленными  результатами  пренатальной 

диагностики.

На  особенности  внутриутробного  развития  эмбрионов  с  хромо-

сомным мозаицизмом, ограниченном клетками плаценты, клиницисты 

стали обращать пристальное внимание после опубликования резуль-

татов  цитогенетического  исследования  плацент  у  новорожденных  с 

синдромом  задержки  внутриутробного  развития  [528].  В  1993  году 

была создана Европейская ассоциация по исследованию ограниченно-

го плацентой хромосомного мозаицизма (EUCROMIC), основная цель 

которой — создание коллекции мозаичных случаев, установление при-

чин их возникновения, а также исследование влияния хромосомного 

мозаицизма на развитие плода [870].

219

Глава 7. 

Хромосомный мозаицизм

Проблема хромосомного мозаицизма в пренатальной диагностике 

представляет не только большое практическое значение (см. главу 9), 

но и привлекает интерес как одна из интригующих проблем биологии 

развития. Достаточно отметить, что если для зародышей человека до-

имплантационных  стадий  мозаицизм  хромосом  рассматривается  как 

нормальное явление [388], то на более поздних стадиях внутриутробно-

го развития его влияние на течение и исход беременности неоднознач-

но. По мере накопления данных о совместимости с внутриутробным 

развитием и живорождением мозаиков с разными типами мозаицизма 

становится очевидным, что традиционные представления о частоте и 

фенотипических проявлениях мозаичных случаев гетероплоидии в он-

тогенезе человека нуждаются в пересмотре.

В  главе  суммированы  современные  представления  о  механизмах 

возникновения хромосомного мозаицизма и его влиянии на развитие 

человека.

7.1. Механизмы возникновения

 хромосомного мозаицизма

Известно,  что  геномные  мутации  возникают  вследствие  нерасхож-

дения или утраты хромосом в гаметогенезе или на ранних стадиях эмб-

риогенеза (см. главу 3). При этом термин «нерасхождение» относится к 

любым нарушениям разделения хроматид или гомологичных хромосом в 

митозе и в мейозе, которые приводят к численным аномалиям кариотипа 

в результате запаздывания хромосомы в анафазе или преждевременного 

разделения центромер. Как экстремальный вариант нерасхождения мож-

но рассматривать полиплоидию, которая является результатом нарушения 

разъединения всех хроматид или гомологичных хромосом.

Рассматривая механизмы возникновения хромосомного мозаицизма, 

целесообразно  напомнить  основные  этапы  раннего  эмбриогенеза  чело-

века, касающиеся дробления, формирования зародыша и его провизор-

ных  органов  (подробнее  см. главу 1).  Так,  обособление  трофэктодермы 

от внутренней клеточной массы происходит уже на 8-клеточной стадии, 

причем в образовании внутренней клеточной массы и собственно эмбрио-

на человека участвуют всего 1–2 клетки, тогда как остальные формируют 

экстраэмбриональные структуры (рис. 7.1). При этом дифференцировка 

хориона начинается на стадии поздней морулы, а желточного мешка, ал-

лантоиса и амниона — на стадии бластоцисты (см. главу 1, рис. 1.7).