Цитогенетика эмбрионального развития - часть 62

Цитогенетика эмбрионального развития человека

478

процессов трансляции непосредственно на уровне рибосом и в процес-

сах  гетерохроматизации,  т.  е.  в  процессах  репрессии — дерепрессии 

структурных  генов  [557].  Избыток  таких  РНК  или  их  дефицит  дол-

жен  приводить  к  искажению  работы  многих  генов  гомологичных,  а 

возможно, и негомологичных хромосом или хромосомных сегментов, 

вовлеченных в хромосомные аберрации.

Учитывая важность архитектоники интерфазного клеточного ядра, на-

личие вполне определенных территорий для каждой хромосомы, четкой 

функциональной  компартментализации  для  осуществления  правильной 

работы генома (см. раздел 11.1) логично предполагать, что хромосомный 

дисбаланс должен приводить к существенным поломкам внутриядерной 

структуры, что должно отрицательно сказываться на работе всего генома, 

а не только отдельных хромосом. Следствием такого общегеномного эф-

фекта хромосомных аберраций могут быть различные нарушения клеточ-

ной дифференцировки, нарушения пролиферативной активности клеток. 

Именно эти нарушения, как известно, особенно типичны для «клеточного 

синдрома» хромосомных болезней [47].

Возможно, столь характерные для хромосомных аберраций нару-

шения как общая задержка развития, умственная отсталость, искажен-

ная (зачастую слабая) пролиферативная активность клеток как раз и 

являются следствием повреждений структурно-функциональной орга-

низации всего генома.

Естественно, что повреждения, разворачивающиеся на клеточном 

уровне, особенно в течение эмбрионального периода, могут иметь са-

мые негативные последствия для развивающегося зародыша. Умень-

шение числа клеток, формирующих эмбриональные зачатки и зачатки 

органов, нарушения клеточной адгезии, перемещения клеток и клеточ-

ных  листков,  десинхронизация  процессов  эмбриональной  индукции 

должны неминуемо приводить к ранней эмбриональной гибели, к тя-

желым порокам развития, к выраженной патологии самого плода и его 

провизорных органов, прежде всего, плаценты. По всей вероятности, 

именно эти события являются причиной гибели подавляющего боль-

шинства анеуплоидных зародышей человека во время имплантации.

В этой связи нельзя не отметить, что в целом избыток хромосом-

ного материала проявляется на более поздних стадиях эмбриогенеза, 

чем его дефицит. Зародыши с трисомией большинства хромосом (за 

исключением хромосом 1 и 19) встречаются в раннем постимпланта-

479

Глава 11. 

Горизонты цитогенетики эмбрионального развития человека

ционном периоде (см. главу 5) и составляют до 60

 

% всех спонтанных 

абортусов  ранних  сроков.  Моносомии  хромосом  (за  исключением 

моносомии  Х)  крайне  редки  даже  в  материале  спонтанных  абортов.  

В свете вышеизложенного, а также из опыта модельных исследований 

на  мышах  с  хромосомными  транслокациями  [20],  можно  выделить, 

по крайней мере, три механизма, объясняющих столь раннюю гибель 

зародышей  с  моносомией.  Это  экспрессия  рецессивных  летальных 

генов, дефицит генопродуктов гемизиготных (то есть оставшихся без 

своих гомологов) генов (аллелей), нарушение межхромосомных взаи-

модействий.

Экспрессия  рецессивных  летальных  генов  непарного  гомолога 

представляется вполне логичной, однако вызывает ряд серьезных воз-

ражений. Прежде всего, такой эффект должен быть особенно выражен-

ным  у  гаплоидных  зародышей,  то  есть  у  партеногенетически  разви-

вающихся зародышей с половинным (гаплоидным) числом хромосом.  

В действительности, такие зародыши в эксперименте на мышах спо-

собны к развитию, по крайней мере, до имплантации, а в условиях со-

здания искусственных гаплоидно-диплоидных химер способны к за-

вершению эмбриогенеза и к дифференцировке. Более того, моносомии 

некоторых аутосом у мышей (хромосомы 2, 5, 17), как оказалось, мо-

гут проявляться раньше и приводить к гибели на более ранних стади-

ях развития, чем отсутствие целого гаплоидного генома [249]. Таким 

образом, гаплоидия и моносомия (по крайней мере, многих хромосом) 

не  являются  истинными  клеточными  леталями,  однако,  по  каким-то 

причинам они не могут реализовать свою наследственную программу 

формирования целого организма [595].

Отсутствие любой хромосомы, несомненно, должно приводить к 

значительному снижению дозы продуктов тех генов, которые нахо-

дятся на данной хромосоме (эффект дозы генов). До сих пор, однако, 

неясно, может ли 50

 

%-ное снижение активности фермента повлиять 

на развитие клеток и целого организма. Такое заключение кажется  

оправданным для взрослого организма [187]. Однако дефицит дозы 

гена  может  иметь  катастрофические  последствия  для  ранних  за-

родышей, в том числе для зародышей человека, когда речь идет о 

дозе регуляторных генов, генов-факторов транскрипции, генов кле-

точной  адгезии  и  мембранных  рецепторов  [388].  Как  показывают 

экспериментальные данные [56], такой механизм вряд ли является 

Цитогенетика эмбрионального развития человека

480

главной или, по крайней мере, единственной причиной ранней ги-

бели при моносомии аутосом.

Наконец,  для  объяснения  данного  феномена  может  быть  привле-

чена гипотеза структурно-функционального взаимодействия гомоло-

гичных хромосом на начальных стадиях эмбриогенеза [14, 18, 20, 21, 

249, 250]. Согласно этой гипотезе, сформулированной раньше и неза-

висимо от гипотезы геномного импринтинга [286, 612, 822], на началь-

ных этапах развития оплодотворенной яйцеклетки у мышей, а возмож-

но, и у других млекопитающих и у человека, существуют механизмы, 

с помощью которых гомологичные хромосомы «узнают» друг друга, 

результатом чего и является активация их генов. Отсутствие одной из 

хромосом приводит к «неопознанию» партнера и, соответственно, на-

рушению активации (репрессии генов) сохранившегося гомолога. Это 

означает, что эффект большинства аутосомных моносомий в действи-

тельности может быть сравним с эффектом нуллисомии (полным от-

сутствием) генов данной хромосомы, чем, собственно, и объясняется 

ранняя гибель зародышей с такой патологией кариотипа. Находки на 

тотальных  препаратах  дробящихся  зигот  мышей  единичных  случаев 

парного  расположения  отцовских  и  материнских  хромосом,  контак-

тирующих между собой по всей длине, как будто свидетельствуют в 

пользу высказанной гипотезы [190]. В какой мере конъюгация роди-

тельских гомологов в процессе 1-го деления дробления обязательна, 

каково  в  действительности,  ее  функциональное  значение  пока  неиз-

вестно  и  требует  дальнейшего  изучения.  Гипотеза  взаимодействия 

(взаимной активации) гомологичных хромосом в развитии вполне до-

ступна экспериментальной проверке. Для этого следует сравнить раз-

витие зародышей с моносомией и с нуллисомией той же хромосомы. 

Имеющиеся данные согласуются с этим предположением [350]. Отме-

тим также, что высказанная гипотеза отнюдь не противоречит теории 

геномного импринтинга, а скорее ее дополняет. Так, если допустить, 

что на некоторых хромосомах импринтированными являются именно 

гены  «раннего»  развития,  а  их  активные  аллели  локализованы  в  от-

сутствующей хромосоме, то логичным итогом этой ситуации должна 

быть функциональная нуллисомия по данным генам. Следовательно, в 

обоих случаях именно функциональная нуллисомия может оказаться 

главной причиной столь ранней гибели зародышей при дефиците хро-

мосом или хромосомных делециях.

481

Глава 11. 

Горизонты цитогенетики эмбрионального развития человека

Все рассмотренные предположения и гипотезы не объясняют мас-

совой гибели зародышей с аномалиями кариотипа. Особенно интригу-

ющими представляются время реализации аберрантного кариотипа (от 

оплодотворения до постнатального периода), а также тяжесть и частота 

пороков развития. Наиболее логично на данном этапе предполагать, что 

данный феномен зависит, по крайней мере, от двух причин — скрытых 

(рецессивных) мутаций и вариаций структуры клеточного ядра.

Согласно первому предположению, ранее рассмотренные причины 

патологического эффекта хромосомных аномалий в каждом отдельном 

случае  проецируются  на  индивидуальные  особенности  генома  заро-

дыша. Это означает, что наличие в геномах плода и, соответственно, 

у его родителей скрытых мутаций, неблагоприятных вариантов поли-

морфизма генов «предрасположенности» к факторам внешней среды, 

к акушерской патологии, к патологии эмбрионального развития могут 

резко усиливать фенотипический эффект хромосомных аберраций. И 

наоборот,  отсутствие  таких  мутаций  и  полиморфизмов,  более  того, 

присутствие  таких  генных  вариантов,  которые  способствуют  нор-

мальной имплантации и росту зародыша, будет в значительной мере 

ослаблять и в какой-то степени нивелировать патологический эффект 

хромосомных  аберраций.  Таким  образом,  именно  индивидуальными 

особенностями  генома  зародыша  с  аберрантным  кариотипом  можно 

объяснить фенотипический плейотропизм проявления хромосомного 

дисбаланса.

Следует также обратить внимание на то, что у зародышей с числен-

ными нарушениями кариотипа в силу индивидуальных особенностей 

формирование пространственной архитектоники ядра в связи с нали-

чием или отсутствием целой хромосомы может существенно варьиро-

вать. Причем в каждом случае варианты в расположении хромосомных 

территорий и функциональных компартментов могут носить уникаль-

ный характер и по-разному нарушать работу целого генома. Отсюда и 

фенотипические эффекты при одной и той же хромосомной аберрации 

могут оказаться различными.

Какое из этих предположений ближе к реальности остается неиз-

вестным и требует дальнейшей проверки.

В  отличие  от  численных  и  структурных  хромосомных  аномалий, 

нарушения развития при ОРД не связаны непосредственно с генным 

дисбалансом хромосом или их фрагментов. Они обусловлены эпиге-

Цитогенетика эмбрионального развития человека

482

нетическими  изменениями,  вызванными  хромосомным  (геномным) 

импринтингом (см. раздел 11.2, и главу 7). Наличие импринтирован-

ных генов только одного из родителей и отсутствие комплементарных 

им функционально активных аллелей другого ведет к дисбалансу со-

ответствующих  генопродуктов.  Следовательно,  в  случае  ОРД  реаль-

но наблюдается функциональная нуллисомия, то есть отсутствие ге-

нопродуктов  одних  аллелей  (импринтированных)  и  избыток  других 

(неимпринтированных). При этом дополнительные осложнения функ-

ции генома могут возникать в связи с проявлением клеточных леталей 

и рецессивных мутаций. Их вероятность особенно велика при изоди-

сомии — ОРД в результате нерасхождения хромосом во 2-м мейотиче-

ском делении или удвоения хромосомы в первых делениях дробления 

моносомной зиготы, следствием которой является гомозиготность по 

всем генам одного гомолога (см. главу 7). Теоретически более благо-

приятна  для  развития  гетеродисомия — ОРД  после  нерасхождения 

хромосом в 1-м мейотическом делении, когда в геноме зародыша ока-

зываются оба гомолога (хромосомы) одного из родителей (обычно ма-

тери) [121]. Вопрос о влиянии ОРД на эмбриональное развитие изучен 

недостаточно.  Имеются  ориентировочные  данные,  что  ОРД  у  плода 

обычно коррелирует с задержкой развития [532]. При этом, однако, не-

редко регистрируется наличие мозаицизма хромосом или даже полная 

форма трисомии аутосом в клетках плаценты. Оценить в какой мере 

задержка  развития  обусловлена  проявлением  ОРД  в  клетках  самого 

плода, а в какой она связана с трисомией аутосом в клетках плаценты 

пока не представляется возможным.

Касаясь проблемы геномного (хромосомного) импринтинга, нельзя 

обойти вниманием и проблему феногенетики хромосомных аномалий 

в зависимости от природы аберрантной хромосомы, то есть от того, 

передается она потомству матерью или отцом. Данные экспериментов 

по  цитогенетике  эмбриогенеза  лабораторных  мышей  с  Робертсонов-

скими  транслокациями  убедительно  свидетельствуют  в  пользу  тако-

го  диморфизма.  Так,  установлено,  что  моносомия,  по  крайней  мере, 

некоторых  аутосом  (хромосомы  2,  5,  17)  у  мышей  проявляется  зна-

чительно раньше и ведет к более тяжелым нарушениям морфогенеза, 

если единственная хромосома унаследована от самца. При наличии у 

моносомиков  единственного  гомолога  материнского  происхождения 

развитие  идет  заметно  лучше,  их  гибель  происходит  на  более  позд-

483

Глава 11. 

Горизонты цитогенетики эмбрионального развития человека

них  стадиях  [14,  20].  Эти  результаты  доказывают  функциональную 

неравнозначность  гомологичных  хромосом,  которая  может  быть  вы-

явлена антенатально при численных хромосомных аномалиях. Имеет 

ли  место  подобный  диморфизм  хромосомных  аберраций  у  человека 

окончательно неизвестно. Логично допустить, что массовая гибель за-

родышей с хромосомными аномалиями, совместимыми с постнаталь-

ным развитием (моносомия Х и трисомии 21, 13 и 18), отчасти обус-

ловлена именно родительским происхождением хромосомы. Данные 

медицинской генетики, в том числе и анализ результатов пренаталь-

ной  диагностики,  в  этом  вопросе  неоднозначны.  Эффект  геномного 

импринтинга родительских хромосом 21 не показан для пациентов с 

синдромом Дауна [670], а в случае Х-хромосомы проявляется только в 

постнатальном периоде [413]. Этот интересный феномен заслуживает 

самого пристального внимания специалистов по цитогенетике разви-

тия человека.

11.6. Некоторые перспективы

 диагностики, профилактики

 и лечения хромосомных болезней

11.6.1. диагностика

Ближайшие  и  отдаленные  перспективы  пренатальной  диагности-

ки  хромосомных  болезней  достаточно  подробно  рассмотрены  в  гла-

ве 9. Здесь мы отметим только, что столь широко разрекламированная 

в средствах массовой информации доимплантационная диагностика, 

которая  уже  проводится  в  некоторых  центрах  вспомогательных  ре-

продуктивных технологий и в нашей стране, несмотря на очевидные 

успехи, никогда не станет массовой. Между тем, именно массовая пре-

натальная диагностика с охватом всех беременных может привести к 

реальным успехам в снижении частоты рождения детей с наследствен-

ными  болезнями  и  врожденными  пороками.  При  этом  уместно  еще 

раз  подчеркнуть,  что  УЗ-обследование  и,  тем  более,  биохимический  

скрининг маркерных сывороточных белков в крови беременной жен-

щины, даже проведенные в I триместре беременности, в лучшем слу-

чае  позволяют  только  сформировать  группы  высокого  риска  хромо-

сомной патологии у плода. Отсюда нетрудно предвидеть неуклонный 

дальнейший  рост  спроса  на  инвазивную  пренатальную  диагностику 

Цитогенетика эмбрионального развития человека

484

с целью кариотипирования плода. Учитывая, однако, трудоемкость и 

длительность кариотипирования, особенно перспективной уже сегод-

ня представляется молекулярная диагностика хромосомных болезней 

у плода, с помощью которой с достаточно большой точностью (около 

96

 

%) и высокой производительностью (до 300 образцов плодного ма-

териала одновременно) можно вести диагностику нескольких наибо-

лее частых хромосомных болезней. Важно, однако, еще раз обратить 

внимание читателя на то, что молекулярная диагностика не подменяет, 

а скорее дополняет стандартное цитогенетическое кариотипирование. 

Последнее всегда остается методом выбора, когда речь идет об осо-

бенностях всего кариотипа зародыша, в том числе и о необходимости 

идентификации структурных перестроек, требующих применения раз-

личных методов дифференциальной окраски FISH.

Различные  методы  дифференциальной  окраски,  используемые  в 

цитогенетике, в том числе и с целью пренатальной диагностики, сум-

мированы в Приложении. В последние годы существующий арсенал 

пополнился новыми методами цитогенетического анализа, удобными, 

а иногда просто незаменимыми при необходимости диагностики мик-

рохромосомных  перестроек  или  идентификации  маркерных  хромо-

сом. К таким методам относятся методы общего анализа кариотипа 

(24-цветная FISH, R

x

FISH, метод сравнительной геномной гибридиза-

ции (CGН)), методы селективного хромосомного анализа с помощью 

коммерческих ДНК-проб для диагностики различных микроделецион-

ных синдромов и, наконец, методы общего анализа индивидуальных 

хромосом —  многоцветное  окрашивание  индивидуальных  хромосом 

с  использованием  микродиссекционных  район-специфических  ДНК-

библиотек, а также создание таких библиотек путем микродиссекции 

метафазных хромосом с последующим приготовлением меченых ДНК-

проб. Подробно с этими методами, с их возможностями и ограничени-

ями можно ознакомиться в серии работ Н. Б. Рубцова и его сотрудни-

ков из НИИ цитологии и генетики СО РАН [165, 167].

11.6.2. Профилактика

Наиболее действенным методом профилактики хромосомных болез-

ней на сегодняшний день является правильно организованная массовая 

пренатальная  диагностика,  позволяющая  в  значительной  мере  пред-

отвратить рождение детей с наследственными болезнями. Немаловажное 

485

Глава 11. 

Горизонты цитогенетики эмбрионального развития человека

значение  имеет  и  медико-генетическое  консультирование,  дополненное 

мерами преконцепционной профилактики врожденных пороков, акушер-

ских осложнений и хромосомных болезней (см. главу 9).

Несомненно полезной для этих целей является и разработанная в на-

шем центре генетическая карта репродуктивного здоровья (рис. 11.1). 

Она позволяет еще до зачатия (или на ранних сроках беременности) ус-

тановить кариотип обоих супругов, провести их тестирование на пред-

мет  гетерозиготного  носительства  мутаций  наиболее  частых  генных 

болезней, а также определить полиморфизм генов, неблагоприятные 

аллельные варианты которых влияют на возникновение и проявление 

различной патологии у плода и у матери. В плане профилактики хро-

мосомных  болезней  особенно  важным  представляется  тестирование 

генов, контролирующих расхождение хромосом в мейозе [7, 8, 26].

При разработке мер профилактики хромосомных болезней с уче-

том экологических факторов важно также помнить о необходимости 

эффективной защиты половых клеток человека от действия различных 

мутагенов [31]. Прежде всего, заслуживает внимания охрана здоровья 

самой женщины. Напомним, что закладка первичных половых клеток 

и основные этапы мейоза, связанные с процессами конъюгации и ре-

комбинации  хромосом  в  яйцеклетках,  проходят  внутриутробно,  т. е. 

(5) Тестирование наследственной 

“предрасположенности”:

Нерасхождение хромосом в мейозе -

Bub-1; MTHFR; MTTR;

Привычное невынашивание :  

GSTM1; GSTT1; GSTPi;

Эндометриоз - GSTT1; GSTM1;

CYP19;

Хроническая плацентарная

недостаточность - GSTPi;

Гестозы - GSTPi; PAI-1; TNF-?; 

eNOS; ACE; PON; GP-IIIa;

Варикозная болезнь - GP-IIIa; FV; 

MTHFR; APC;

ДЗНТ -- MTHFR; MTR;

Остеопороз - VDR 3; COL1A1; 

CALCR;

Диабет - HLA DR и DQ (DR3 и 

DR4) Mic-A; VDR-3;

Чувствительность к

цитомегаловирусной инфекции -

Cmv1.

СВЕДЕНИЯ  О  СУПРУГЕ:

(4)

1. Кариотип (2);

2. Тесты на гетерозиготное 

носительство мутаций 

наиболее частых моногенных

болезней (3).

Диагностика            

(3)

гетерозиготного   

носительства:              

•

Муковисцидоз;           

•

Миодистрофия

Дюшенна; 

•

Гемофилия А;

•

Фенилкетонурия;

•

Адрено-генитальный

синдром;

•

Спинальная 

мышечная 

атрофия.

Медико-

(1)

генетическое     

консультирование 

супружеской пары

КОНСУЛЬТАЦИИ ГЕНЕТИКА и АКУШЕРА 

ИНФОРМАЦИЯ ДЛЯ ВРАЧА И БЕРЕМЕННОЙ 

ВЫРАБОТКА ТАКТИКИ ВЕДЕНИЯ БЕРЕМЕННОСТИ

ПРАКТИЧЕСКИЕ  РЕКОМЕНДАЦИИ    

Кариотип

(2)

Год  рождения 

Год  рождения 

Национальность 

Национальность -

Тестирование наследственной 

предрасположенности:

Нерасхождение хромосом в мейозе –

Bub-1; MTHFR; MTTR;

Привычное невынашивание –  

GSTM1; GSTT1; GSTPi;

Эндометриоз – GSTT1; GSTM1;

CYP19;

Хроническая плацентарная

недостаточность – GSTPi;

Гестозы – GSTPi; PAI-1; TNF-; 

eNOS; ACE; PON; GP-IIIa;

Варикозная болезнь – GP-IIIa; FV; 

MTHFR; APC;

ДЗНТ -– MTHFR; MTR;

Остеопороз – VDR 3; COL1A1; 

CALCR;

Диабет – HLA DR и DQ (DR3 и 

DR4) Mic-A; VDR-3;

Чувствительность к

цитомегаловирусной инфекции –

Cmv1.

СВЕДЕНИЯ  О  СУПРУГЕ:

1. Кариотип;

2. Тесты на гетерозиготное 

носительство мутаций 

наиболее частых моногенных

болезней.

Диагностика            

гетерозиготного   

носительства:              

•

Муковисцидоз;           

•

Миодистрофия

Дюшенна; 

•

Гемофилия А;

•

Фенилкетонурия;

•

Адреногенитальный

синдром;

•

Спинальная 

мышечная 

атрофия.

Медико-

генетическое     

консультирование 

супружеской пары

КОНСУЛЬТАЦИИ ГЕНЕТИКА и АКУШЕРА 

ИНФОРМАЦИЯ ДЛЯ ВРАЧА И БЕРЕМЕННОЙ 

ВЫРАБОТКА ТАКТИКИ ВЕДЕНИЯ БЕРЕМЕННОСТИ

ПРАКТИЧЕСКИЕ  РЕКОМЕНДАЦИИ    

Кариотип

Год  рождения 

Год  рождения –  

Национальность 

Национальность – 

Рис. 11.1. Генетическая карта репродуктивного здоровья.