Цитогенетика эмбрионального развития - часть 28

Цитогенетика эмбрионального развития человека

220

 

 

 

 

 

 

 

 

1 

1 

 

 

 

2 

2 

 

3 

4 

 

8 

4 

 

16 

 

5 

 

 

32

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Недифференцированные клетки

 

              

Недифференцированные клетки

             

Эмбриональные клетки

 

 

   

Внутренняя клеточная масса

Цитотрофобласт

Клеточное

деление

Число

клеток

        

Трофобласт                                             Клетки экстраэмбриональных структур

       

Рис. 7.1. Проспективная судьба клеток в течение пяти делений дробления [337]

Теоретически аномальная сегрегация хромосом возможна при лю-

бом митотическом делении клетки. Мозаицизм хромосом, возникаю-

щий  в  эмбриогенезе,  может  иметь  серьезные  последствия  для  анте-

натального  и  постнатального  развития,  что,  в  конечном  счете,  будет 

определяться природой хромосомного дисбаланса, стадией возникно-

вения и локализацией аберpантных клеток в тканях и органах форми-

рующегося организма.

7.1.1. Хромосомный мозаицизм на

 доимплантационных стадиях

Если жизнеспособная клеточная линия с анеуплоидией возникает 

в процессе первых делений дробления, морула будет в большей или 

меньшей  степени  мозаичной.  Очевидно,  что  размеры  аберрантного 

клона  будут  определяться  стадией  возникновения  мутации,  а  также 

локализацией  аномальной  клетки  в  моруле  (рис. 7.2,  7.3,  7.4).  Если 

распределение двух клеточных линий происходит случайно, возраста-

ет  вероятность  возникновения  истинных  мозаиков  с  двумя  линиями 

клеток в хорионе и в тканях плода (рис. 7.4, 7.5).

221

Глава 7. 

Хромосомный мозаицизм

Клеточное 

деление 

Число 

клеток 

1 

1 

 

 

 

2 

2 

 

3 

4 

 

8 

4 

 

16 

 

5 

 

 

32

 

 

 

 

 

 

Цитотрофобласт 

Внутренняя клеточная масса 

              Недифференцированные клетки                     Эмбриональные клетки 
              Трофобласт                                                        Клетки экстраэмбриональных структур        

   

Рис. 7.2. Модель возникновения ограниченного плацентарного мозаицизма при нерас-

хождении хромосом во втором делении дробления

 

 

 

Клеточное 

деление 

Число 

клеток 

1 

1 

 

 

 

2 

2 

 

3 

4 

 

8 

4 

 

16 

 

5 

 

 

32

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Цитотрофобласт 

Внутренняя клеточная масса 

              Недифференцированные клетки                     Эмбриональные клетки 
              Трофобласт                                                        Клетки экстраэмбриональных структур        

   

Рис. 7.3. Модель возникновения ограниченного плацентарного мозаицизма при нерас-

хождении хромосом в третьем делении дробления

Цитогенетика эмбрионального развития человека

222

 

Число 

клеток 

 

8 

 

 

 

 

16 

 

 

 

32 

 

 

 

 

Желточный 

мешок 

Внезародышевая 

мезодерма 

Ткани эмбриона         Амнион              

Цитотрофобласт 

Внутренняя клеточная масса 

                  

                    — клетки с нормальным кариотипом

 

 

        —  клетки-предшественники  аномальных клеточных линий

 

 

     

Рис. 7.4. Модель возникновения хромосомного мозаицизма в раннем эмбриогенезе 

человека

Как  показали  молекулярно-цитогенетические  исследования,  око-

ло  50

 

%  дробящихся  эмбрионов  человека  являются  анеуплоидными 

(см. главу 5). При этом 38–46

 

% морфологически нормальных эмбри-

онов на стадии 8–10 клеток имеют три и более анеуплоидных бласто-

мера [654]. Число бластомеров, отличающихся по набору хромосом, 

может достигать половины всех клеток зародыша [331, 653]. Экстра-

полируя результаты исследования анеуплоидии по четырем парам хро-

мосом методом FISH (X, Y, 13, 18, 21) на весь набор, можно ожидать, 

что частота мозаичных эмбрионов в период дробления составит не ме-

нее 80

 

% [388]. Если это предположение подтвердится в дальнейших 

исследованиях, то хромосомный мозаицизм следует признать особен-

ностью нормального развития зародыша человека, по крайней мере, до 

стадии 8–10 клеток.

Аномальная  сегрегация  хромосом  может  быть  обусловлена  такими 

факторами  как  репликация  без  цитокинеза,  фрагментация  ядра,  анома-

лии движения хромосом в анафазе [654]. Критическим для нормального 

расхождения хромосом являются завершение репликации, расположение 

223

Глава 7. 

Хромосомный мозаицизм

Рис. 7.5. Возможные варианты мозаицизма [271]

Цитогенетика эмбрионального развития человека

224

хромосом на экваторе и прикрепление кинетохор к микротрубочкам вере-

тена. Незавершенность одного из этих событий приводит к блокированию 

клеточного цикла на соответствующей стадии и, в конечном счете, — к 

гибели  клетки.  Высокая  частота  аутосомных  моносомий  и  трисомий  у 

дробящихся эмбрионов, сопоставимая с частотой анеуплоидных ооцитов 

[654], свидетельствует об отсутствии на стадии дробления зиготы меха-

низма селекции клеток с хромосомным дисбалансом [567]. Не исключе-

но, что механизмы, контролирующие клеточный цикл, вступают в силу 

только после активации генома самого зародыша [455, 834]. По-видимо-

му, процесс восстановления механизмов контроля митотического цикла 

происходит асинхронно и выраженно не во всех клетках. Так, доля гете-

роплоидных бластомеров на стадии бластоцисты (~ 64 клетки), как пра-

вило, снижается по сравнению с дробящимися эмбрионами и составляет 

в среднем 10,5

 

% [414]. Однако частота морфологически нормальных эм-

брионов с мозаичной формой анеуплоидии остается высокой и достигает 

40

 

% [309]. Следовательно, мозаичные эмбрионы, имеющие подавляющее 

большинство гетероплоидных бластомеров, подвергаются элиминации, и 

переход из стадии морулы в стадию бластоцисты является критическим 

для дальнейшего развития эмбриона [414].

7.1.2. Хромосомный 

мозаицизм после имплантации

На постимплантационных стадиях развития хромосомный набор в 

плодных оболочках, как правило, соответствует кариотипу плода. При 

этом клеточные линии с аномальным кариотипом могут присутство-

вать  как  в  тканях  плода,  так  и  во  внезародышевых  оболочках  [896]. 

Хромосомный мозаицизм в тканях плода (т. е. истинный, или генера-

лизованный, мозаицизм) подтверждается в 10

 

% случаев при обнару-

жении его в плаценте [764] и составляет в общей сложности 0,1

 

% всех 

развивающихся беременностей [533]. Случаи мозаичной или полной 

формы гетероплоидии в тканях плода, имеющего нормальный карио-

тип в клетках провизорных органов, единичны [337], тогда как прибли-

зительно в 2

 

% случаев прогрессирующих беременностей цитогенети-

ческие аномалии ограничены плацентой [533].

В зависимости от локализации аномальных клеток в тканях хори-

она  различают  три  типа  ограниченного  плацентарного  мозаицизма 

(табл. 7.1).

225

Глава 7. 

Хромосомный мозаицизм

Ткань

Тип 1

Тип 2

Тип 3

Цитотрофобласт

Анеуплоидия

(мозаичная

или полная)

Нормальный

кариотип

Анеуплоидия

(мозаичная

или полная)

Мезенхимальная

строма хориона

Нормальный

кариотип

Анеуплоидия

(мозаичная

или полная)

Анеуплоидия

(мозаичная

или полная)

Ткани плода

Нормальный

кариотип

Нормальный

кариотип

Нормальный

кариотип

Таблица 7.1. Типы ограниченного плацентарного мозаицизма

Наиболее  частым  считается  первый  тип  мозаицизма,  когда  анеу-

плоидные клетки встречаются только в цитотрофобласте. Третий тип 

является самым редким [533, 789].

Для объяснения высокой частоты анеуплоидных клеточных линий 

в тканях плаценты по сравнению с тканями плода было высказано не-

сколько гипотез. Первая из них основывается на изначальных разли-

чиях числа клеток, формирующих собственно эмбрион и его оболочки 

[594]. В специальных исследованиях показано, что любой из бластоме-

ров на стадии бластоцисты может принимать участие в формировании 

эмбриобласта и трофэктодермы [576]. Принимая во внимание равную 

вероятность аномальной сегрегации хромосом в любом клеточном де-

лении, эти обстоятельства определяют неравное число потенциальных 

клеток-предшественников аномальных клеточных линий в трофэкто-

дерме и эмбриональных структурах.

С  другой  стороны,  предполагалось,  что  бластомеры  в  моруле 

имеют неслучайное расположение, и одни клетки преимущественно 

принимают участие в формировании эмбриона, а другие — его про-

визорных органов [456]. В этой связи следует допустить существо-

вание механизма селекции бластомеров, в том числе диплоидных и 

анеуплоидных, на стадии ~ 32 клеток [518, 541]. На существование 

такого отбора указывают, в частности, наблюдения за развитием до 

стадии поздней морулы эмбрионов с многоядерными бластомерами. 

Так, было показано, что эмбрион формируется только из нормальных 

бластомеров, тогда как аномальные клетки, возможно, вытесняются в 

перивителлиновое пространство, отбрасываются вместе с блестящей 

оболочкой перед имплантацией или принимают участие в формиро-

Цитогенетика эмбрионального развития человека

226

вании троф эктодермы [654]. Однако прямых доказательств участия 

многоядерных  клеток  в  формировании  трофобласта  не  получено 

[388]. Не получило также экс периментального подтверждения пред-

положение,  что  предшественником  трофэктодермы  является  анеуп-

лоидная  клеточная  линия,  в  то  время  как  формирование  эмбриона 

происходит из диплоидных бластомеров. Так, прямые исследования 

хромосомного набора с использованием метода FISH показали, что 

на стадии бластоцисты аномальные клетки присутствуют во внутрен-

ней клеточной массе и трофобласте. При этом хромосомные анома-

лии в клетках бластоцисты (моносомия, трисомия, гаплоидия и поли-

плоидия, хаотичный набор хромосом) не изменяются по сравнению  

с выявленными у этих же эмбрионов на стадии морулы [309, 414]. Та-

ким образом, первичная дифференцировка бластомеров на трофоб-

ласт и эмбриобласт происходит независимо от хромосомного набора, 

что лишний раз свидетельствует об отсутствии механизма селекции 

клеток вплоть до стадии поздней бластоцисты. Дальнейшее развитие 

мозаичного эмбриона определяется характером хромосомной аберра-

ции, локализацией гетероплоидных клеток и степенью выраженности 

аномального клона. Так, локализация летальных геномных мутаций 

в эмбриобласте может привести к нарушениям формирования эмб-

риональных структур, в то время как их локализация в трофоблас-

те — к нарушениям имплантации и формирования хориона. Влияние 

сублетальных геномных мутаций будет менее выраженным и приве-

дет либо к гибели эмбриона и плода на постимплантационных стади-

ях развития, либо к рождению ребенка с хромосомными болезнями 

[309].  Не  исключено,  что  специфические  хромосомные  аномалии, 

затрагивающие определенные хромосомы, могут оказывать позитив-

ное влияние на развитие и функции клеток трофобласта на разных 

этапах формирования дефинитивной плаценты [789]. Это интересное 

предположение пока лишено фактических доказательств.

Характерной  особенностью  плаценты  при  развивающейся  бере-

менности является анеуплоидия, затрагивающая ограниченное число 

клеток в пределах одной ворсины или в различных участках плаценты 

(типы 1 и 2 ограниченного плацентарного мозаицизма, табл. 7.1) [844]. 

Локальное  распространение  анеуплоидии  объясняется  тем,  что  ано-

мальные клетки либо утрачивают способность к делению и вступают  

в апоптоз, или же они преодолевают этот барьер и продолжают деле-

227

Глава 7. 

Хромосомный мозаицизм

ние [399, 706, 800]. Возможно, для клеток эмбриона существуют конт-

рольные механизмы, ограничивающие или запрещающие пролифера-

цию гетероплоидных клеток [455]. В трофобласте, по-видимому, этот 

контроль осуществляется менее жестко, поэтому аномальные клетки 

клонально пролиферируют, а их элиминация происходит одновремен-

но с последом при рождении [789].

Наличие  делящихся  анеуплоидных  клеток  указывает  на  их  жиз-

неспособность  [542],  а  присутствие  клеточных  линий  с  различным 

набором  хромосом —  на  слабую  степень  дифференцировки  ткани,  

в которой они возникли [396]. В этом отношении, как и по некоторым 

другим  характеристикам,  клетки  трофобласта  напоминают  опухоле-

вые клетки. В частности, спектр хромосомных аномалий дробящихся 

зародышей  человека,  особенно  в  случаях  хаотичного  набора  хромо-

сом  в  каждом  ядре  бластомера,  напоминает  картину,  наблюдаемую  

в малигнизированных клетках [455], в которых гены, контролирующие 

клеточный  цикл,  а  также  апоптозные  гены  (например,  p53,  Gadd45, 

Bcl-xL), часто инактивированы [388]. Вследствие этого могут быть на-

рушены процессы трансцизии G1, G2/M, и анеуплоидные бластомеры, 

как и опухолевые клетки, не вступают в апоптоз, а остаются жизне-

способными.

Для объяснения полной дискордантности кариотипов плодных тка-

ней  и  хориона  (тип  3,  табл. 7.1)  предложена  гипотеза  «близнецовой 

беременности»,  согласно  которой  при  многоплодной  беременности 

на ранней стадии один из эмбрионов может резорбироваться, а дру-

гой продолжает развитие [896]. При этом от «исчезающего близнеца» 

сохраняются  лишь  фрагменты  зародышевых  листков,  образующие 

тератомы,  или  же  фрагменты  плодных  оболочек,  входящие  в  состав 

провизорных органов развивающегося плода. Поскольку область ин-

вазивного вмешательства при хорионбиопсии ограничена, существует 

вероятность  получения  клеток  хориона  резорбировавшегося  близне-

ца. Между тем, при монозиготической двойне различия по половым 

хромосомам  либо  отсутствуют,  либо  обусловлены  утратой  половой 

хромосомы, что сопровождается кариотипом 45,Х у одного из плодов 

[538]. «Исчезновение» близнеца из дизиготической двойни примерно  

в  половине  случаев  должно  было  приводить  к  дискордантности  по 

полу  [245],  однако  мозаицизм  (химеризм)  46,XX/46,XY  отмечается 

крайне редко [271]. Более того, дискордантность кариотипов при дизи-