Визначення статевого хроматину

Це експрес-метод, який дозволяє визначити кількість статевих хромосом, але потребує подальшого каріотипування для підтвердження діагнозу. Розроблено методи визначення Х-статевого хроматину (тілець Барра) і Y-статевого хроматину.

Х-статевий хроматин. Тільця Барра — це спіралізована Х-хромосома. Одна з Х-хромосом у плодів жіночої статі інактивується і спіралізується на 16–19 добу ембріонального розвитку, а друга залишається активною. Спіралізована Х-хромосома помітна в ядрах соматичних клітин у вигляді темної, добре забарвленої грудки. Тільця Барра виявляють в епітеліальних клітинах із слизової оболонки щоки. В епітеліальних клітинах грудки статевого хроматину розташовуються під ядерною мембраною. В жінок у нормі статевий хроматин знаходять більше як у 20 % клітин. У чоловіків статевий хроматин у нормі відсутній. Статевий хроматин можна виявляти також у мазках крові, забарвлених за Романовським —Гімзою. У нейтрофільних лейкоцитах тільця Барра мають вигляд барабанних паличок. У нормі в жінок барабанні палички виявляються в 1–2 % лейкоцитів, у чоловіків — відсутні. Метод використовують:— для експрес-діагностики хромосомних хвороб, пов’язаних зі зміною кількості Х-хромосом. Кількість Х-хромосом на одиницю більше кількості грудок статевого хроматину і визначається за формулою: N = n + 1, де N — кількість Х-хромосом; n — кількість грудок статевого хроматину;— як експрес-метод діагностики статі при гермафродитизмі;— у судовій медицині для визначення статевої належності фрагментів трупа людини (тільця Барра добре зберігаються в хрящовій тканині). Y-статевий хроматин. Y-хроматин — це інтенсивно флуоресціююча ділянка довгого плеча Y-хромосоми в інтерфазних ядрах. Його можна визначити в букальному зскрібку, лейкоцитах периферичної крові. Y-хроматин виявляється в ядрі клітини як яскрава пляма діаметром 0,3–1,0 мкм. У чоловіків в нормі одна грудка Y-хроматину. Метод використовується для експрес-діагностики синдрому полісомії Y.

Хромосоми — це основні функціональні ауторепродуктивні структури ядра, в яких концентрується ДНК і з якими зв’язана функція ядра. Хромосоми отримали назву від того, що в період мітотичного поділу, коли вони конденсуються, — добре забарвлюються основними барвниками (від грец. chromos — забарвлений, soma — тіло). В інтерфазному ядрі хромосоми частково деконденсовані і тому їх звичайно сумарно називають хроматином.

Хромосоми є дезоксирибонуклеопротеїдами (ДНП), тобто вони складаються з ДНК і білків, на які приходиться 60–70% від сухої маси хромосом. ДНК — це біополімер, мономерами якого є нуклеотиди, які складаються з трьох компонентів: (1) азотиста основа (пуринова або піримідинова), (2) вуглевод пентоза (дезоксирибоза), (3) фосфатна група. Азотисті основи з’єднуються одна з одною не випадково, а точно визначеним чином — шляхом так званого комплементарного спарування азотистих основ: пуринова основа (аденін) завжди спаровується з піримідиновою основою (тиміном), а цитозин (піримідинова основа) — з гуаніном (пуриновою основою).

На гаплоїдний набір в ядрі діаметром близько 5 мкм приходиться 170 см ДНК, упакованої у вигляді фібрил 20 нм завтовшки. У сперматозоїдах морського їжака молекула ДНК хромосоми має довжину від 1 м до 22 м. Довжина молекули ДНК в одній хромосомі першої пари людини складає 73 мм. Як бачимо, в такому малому об’ємі ДНК ядра міститься така велика інформація на синтез всіх видів білків організму, а також закодована диференціація. У хромосомах відібрані в процесі філогенезу лише ті структури, які забезпечують необхідні функції.

Під електронним мікроскопом в хромосомі виявляються елементарні хромосомні фібрили, побудовані з ДНК і білка. У хромосомах розрізняють різні рівні їх організації.

Нуклеосомний рівень. Нуклеосома — структурна одиниця хромосоми в неконденсованому хроматині містить октамер гістонів, який складає її стержень. Навколо октамера накручені два витки ДНК. Гістони мають фізіологічно позитивний заряд завдяки наявності в них великої кількості амінокислот лізину та аргініну, а присутність фосфатних груп в нуклеотидах придає ДНК негативного заряду. Іонна взаємодія між позитивними зарядами гістонів і негативними ДНК, очевидно, є важливою силою стабілізації нуклеосом. До складу нуклеосоми входить від 10 до 60 нуклеотидних пар, які разом з молекулами гістонів складають утвори завтовшки 10-11нм. ДНК між двома нукеосомами має назву лінкерної і товщину 2 нм.

Нуклеомерний рівень — більш конденсована ділянка хроматину — суперспіраль — діаметром 30 нм займає від 140–166 нуклеотидних пар. Дальша конденсація (компактизація) ДНК здійснюється за допомогою ДНК-зв’язуючого гістона, веде до утворення хромонем, або хромонемних фібрил завтовшки від 300 до 700 нм.

Найвищий — хромомерний і хромосомний рівень організації хромосом (остаточна їх конденсація). Кожна мітотична хромосома утворює бічні петлі, сформовані ділянкою ДНК завтовшки близько 400 нм (типова хромосома людини може містити до 400 таких петель). Ці так звані петлеві домени ДНК мають середній розмір приблизно 86 т.п.н. і прикріплюються у своїй основі до білкових скелетних структур ядра, а саме до ядерного матриксу або остову хромосом. Ядерний матрикс забезпечує структурні властивості ядра як клітинної органели та зазнає структурних модифікацій, пов’язаних з проліферацією, диференціацією та змінами, необхідними для забезпечення експресії необхідного набору генів. Регуляторні функції матриксу включають (але не обмежуються цим) просторову локалізацію генів, накладення фізичної напруженості на структуру хроматину внаслідок формування петлевих доменів, концентрацію та націлювання транскрипційних та реплікаційних факторів, процесинг та транспорт РНК та ін.

Доменний розподіл ДНК зберігається протягом клітинного циклу та в термінально диференційованих клітинах. Петлева будова хроматину складає основу для просторової організації генетичного матеріалу в клітинному ядрі і забезпечує належне функціонування геному. У результаті остаточного ущільнення метафазна хромосома має товщину 1400 нм.

Розглядаючи будову хромосоми, у першу чергу слід зауважити, що за масою розрізняють два типи хромосом: s-хромосоми, побудовані з однієї хроматиди, і d-хромосоми, що мають у своєму складі 2 хроматиди. Після поділу клітини в дочірніх клітинах є s-хромосоми, а в інтерфазі відбувається дуплікація (подвоєння) ДНК і хромосоми набувають подвійної маси, перетворюються в d-хромосоми.

Морфологію хромосом прийнято описувати на прикладі метафазної хромосоми, коли вона найбільш конденсована і складається з двох хроматид. Така хромосома є паличкоподібною структурою, утвореною з двох субодиниць конденсованої ДНК разом з білковими глобулами. Розміщені хроматиди одна поряд з другою і з'єднані лише в одній ділянці, названій первинною, або центричною перетяжкою, яка ділить хромосому на два плеча. На центричній перетяжці d-хромосоми знаходиться центромера (центромер), з обох сторін якої містяться дископодібні структури – кінетохори. У метафазі кінетохори ініціюють формування хромосомних (кінетохорних) мікротубул мітотичного веретена.

На деяких хромосомах є ще вторинні перетяжки, які забарвлюються слабо основними барвниками. Розміщення їх і глибина різні в різних хромосомах, але постійні для кожної з них (їх у людини 5 пар). Називаються такі хромосоми організаторами ядерець, оскільки вони утворюють ядерця після мітотичного поділу клітини, під час якого ядерця зникають.

Теломери — це кінцеві ділянки хромосом, що мають специфічні особливості — полярність (монополярність). При хромосомних абераціях (перебудовах), коли хромосоми розриваються, окремі їх ділянки ніколи не з'єднуються з кінцем теломера.

Супутники (або сателіти) є в окремих хромосомах (sat-хромосомах), мають різні розміри і форму; це круглі або видовжені тільця, з'єднані з рештою хромосоми тонкою хроматиновою ниткою.

Необхідно ще раз підкреслити про безперервність існування хромосом, ніякої деградації, ніякого демонтування хромосом немає, є лише два основні стани: конденсований — при мітозі, деконденсований (тою, чи іншою мірою) — в інтерфазі. Ділянки хромосом, які конденсуються при мітозі і деконденсуються в інтерфазі, називаються еухроматиновими районами хромосом, а такі ділянки, що залишаються конденсованими в інтерфазі, носять назву гетерохроматинових районів. Еухроматинові райони є активними ділянками хромосом, вони містять активні гени, їх у клітині від 0,0001 до 0,001 від усієї кількості генів.

Вивчаючи хромосоми, слід пам’ятати, що інформація в ДНК хромосом дублюється. Так, кожний тяж ДНК має дві ідентичні (такі самі) половини, обернені в протилежну сторону. Таким чином кожен ген, кожна інформація в ДНК продубльовані. Крім цього, в хромосомі є дві хроматиди (дві молекули ДНК), і тут маємо ще одне подвоєння інформації. Коли клітина готується до поділу (в S-періоді) і редуплікує хромосоми до диплоїдного набору (тетради хроматид — 4 стрічки ДНК), відбувається подальша дуплікація інформації (генів). У диплоїдному наборі є по дві гомологічні (рівнозначні) хромосоми, так що перед мітозом інформація є ще раз подвоєною. Дві гомологічні хромосоми не обов’язково містять ідентичні гени, вони радше можуть бути видозмінами даного гена, і тому в генетиці їх називають алелями.

В інтерфазному ядрі, коли частина хромосом більшою чи меншою мірою деконденсована, окремих хромосом розрізнити неможливо навіть у найкращому електронному мікроскопі. Однак, вдалося виявити, що розміщення їх в ядрі має певну закономірність: центромери і теломери розташовані маргінально під каріолемою, з одного боку ядра містяться теломери, з іншого — центромери.

В інтерфазі у самок в активному стані знаходиться лише одна Х-хромосома, друга не бере участі в синтетичних процесах, залишаючись конденсованою, неактивною. Її можна бачити в ядрі (біля ядерця або при каріолемі) у вигляді малого хроматинового тільця — тільця Бара, або статевого хроматину. Дослідження статевого хроматину використовується для визначення статі і виявлення генетичної патології.

Довжина хромосом у різних видів коливається від 0,2 до 50 мкм, а діаметр від 0,2 до 3 мкм, у людини довжина хромосом в середньому 4–6 мкм. У різних видів кількість хромосом різна, в диплоїдному наборі людини є 46 хромосом, собаки — 22, щура — 42,

Класифікувати хромосоми можна по-різному: за розмірами, формою. Найчастіше розрізняють хромосоми за стадіями мітозу і залежно від розміщення первинної перетяжки. Зокрема, за розміщенням первинної перетяжки хромосоми поділяють на: 1) метацентричні - хромосоми мають Х-подібну форму, при якій центромера знаходиться всередині так, що плечі є рівними за довжиною; 2) субметацентричні - хромосоми мають Х-форму з центромерою, віддаленою від середньої точки так, що їх плечі є нерівними за довжиною; 3) акроцентричні - центромера розташована дуже близько до одного з кінців хромосоми, тобто вона має плечі, що суттєво відрізняються за розмірами, маленькі плечі часто мають супутники. Можуть виникати і 4) телоцентричні хромосоми - як результат відриву одного плеча, коли центромера розташована на кінці хромосоми. В нормальному каріотипі такі хромосоми не зустрічаються.

Атипові хромосоми можуть виникати внаслідок хромосомних аберацій (перебудов) частіше при мейозі. Дицентричні хромосоми мають дві центромери, які появляються при з’єднанні двох центромерних ділянок після їх відриву від хроматид. Ацентричні хромосоми — позбавлені центромери. Останні при мітозі не утворюють кінетохорних мікротубул, у зв’язку з тим не можуть переміщатися до полюсів і тому губляться.

За стадіями мітозу хромосоми поділяються на: профазні, метафазні (це d-хромосоми), анафазні і телофазні (s-хромосоми). При чому метафазні хромосоми мають вигляд ікса або циркуля (акроцентричні), тоді як анафазні наполовину тонші, а телофазні починають деконденсуватися.

Розрізняють також соматичні (в людини їх 22 пари) і статеві (одна пара) хромосоми. Останні в жінок однакові (XX хромосоми), у чоловіків різні (XY хромосоми).

Існують окремі види хромосом, які трапляються лише в певних клітинах і мають деякі особливості будови. Це політенні і хромосоми типу лампових щіток.

Політенні, або багатониткові (гігантські) хромосоми, які мають по декілька сотень хромонем, що виникли внаслідок ендомітозної поліплоїдії, коли число хромосом (і відповідно ДНК) збільшується, а хроматиди (дочірні хромосоми) не розщеплюються і, значно потовщуючись, набувають гігантських розмірів (довжина 100–250 мкм і ширина 15–25 мкм). Наприклад, хромосоми в клітинах слинних залоз деяких двокрилих.

Хромосоми типу лампових щіток — дуже довгі, тонкі, сильно деспіралізовані хромосоми, характерні тим, що в них чергуються конденсовані ділянки з деконденсованими подвійними петлями. Спостерігаються в овоцитах хребетних на стадії диплонеми мейозу. Хромонеми в бічних петлях інтенсивно синтезують РНК, що пов’язано з активацією процесів росту і жовткоутворення.

Ідіограма — це схема каріотипу, його графічний запис. Для ідіограми достатньо зобразити по одній соматичній хромосомі з кожної пари і пару статевих хромосом. Ідіограма – це систематизований каріотип, коли хромосоми розташовуються в порядку зменшення їх довжини

Класифікація і номенклатура рівномірно забарвлених хромосом людини була вироблена на міжнародних нарадах, що скликалися в Денвері (1960), Лондоні (1963) і Чикаго (1966). Згідно з рекомендаціями цих конференцій, хромосоми розташовуються в порядку зменшення їх довжини. Усі хромосоми розділені на сім груп, які були позначені буквами англійського алфавіту від А до G. Усі пари хромосом було запропоновано нумерувати арабськими цифрами.

Група 1-3 (А): великі хромосоми, які чітко відрізняються одна від одної; центромери розташовані посередині.

Група 4-5 (В): великі хромосоми, які мало відрізняються одна від одної; центромери зміщені до одного з кінців хромосоми.

Група 6-12 (С): хромосоми середніх розмірів, мало різняться між собою; центромери розташовані ближче до одного з кінців. Найбільша за довжиною з цієї групи хромосом - 6, вона схожа з Х-хромосомою.

Група 13-15 (D): хромосоми середніх розмірів; центромери майже повністю зміщені до одного з кінців хромосоми (акроцентричні хромосоми). У всіх трьох хромосом виявлені супутники.

Група 16-18 (Е): короткі хромосоми; у 16 хромосоми центромера розташована майже посередині, у 17 і 18 хромосом центромери зміщені.

Група 19-20 (F): маленькі (короткі) хромосоми; центромери розташовані посередині.

Група 21-22 (G): найменші хромосоми; центромери знаходяться на кінцях хромосом (акроцентричні хромосоми). 21 хромосома має сателіт на короткому плечі. З хромосомами цієї групи схожа Y-хромосома.

Статеві хромосоми виділяються окремо.

В основу Паризької класифікації (1971) покладено диференційне забарвлення хромосом, коли кожній парі властивий характерний тільки для неї порядок чергування темної і світлої посмугованості - гетеро- й еухроматинових ділянок.

Залежно від кількості хромонем — структурних одиниць хромосом — визначають їх плоїдність. Існує диплоїдний набір, характерний для соматичних клітин, коли хромосоми виступають в гомологічних парах (позначається 2n). У людини диплоїдний набір дорівнює 46 хромосомам. Гаплоїдний набір характерний для зрілих статевих клітин, хромосоми тут виступають поодиноко (n), для людини — 23 хромосоми. Трапляються випадки наявності у клітинах іншої кількості хромосом. Кратне збільшення числа хромосом відносно до гаплоїдного носить назву поліплоїдії, зокрема розрізняють тетраплоїдний (4n), пентаплоїдний (5n) та інші. набори хромосом.

Анеуплоїдія, або гетероплоїдія — протилежність еуплоїдії — зміни числа хромосом у клітинах, пов’язана з втратою або додаванням до хромосомного набору невеликої кількості хромосом. Порушення збалансованого числа хромосом у наборі відбувається частіше в результаті нерозходження хромосом при мітозі під впливом зовнішніх або внутрішніх факторів. Залежно від того, яка кількість хромосом відсутня або перевищує число хромосом у диплоїдному наборі, розрізняють декілька форм анеуплоїдії. Моносоміком називають відсутність однієї хромосоми в диплоїдному наборі (умовне позначення 2n–1). Трисомік — це такий набір, в якому одна хромосома представлена тричі, а не парою гомологічних хромосом, як звичайно (умовне позначення 2n+1). Тетрасоміки — це анеуплоїдні клітини, в наборах яких є ще по парі гомологічних хромосом (склад ядер таких клітин позначають 2n+2). Нулісомік — анеуплоїдна клітина, в диплоїдному наборі якої відсутня пара гомологічних хромосом (2n–2). Полісоміками називають такі анеуплоїдні клітини, до повного набору яких додано декілька надкомплектних хромосом.

Міксоплоїдією називають зміну кількості хромосом, коли в одного індивіда в різних клітинах може бути різна кількість хромосом (до 1000), наприклад, в клітинах HeLa (ракових клітинах).

Синдром Кляйн-Фельтера. До початку статевого дозрівання формуються характерні пропорції тіла: хворі часто виявляються вище однолітків, ноги помітно довші тулуба. Крім того, деякі діти з даним синдромом можуть відчувати труднощі в навчанні і у вираженні своїх думок. У підлітковому віці синдром найчастіше проявляється збільшенням грудних залоз, хоча в деяких випадках ця ознака може бути і відсутня. Гінекомастія у пацієнтів з синдромом Клайнфельтера двостороння і, як правило, безболісна. Вважається, що типовим проявом синдрому Клайнфельтера є наявність маленьких щільних яєчок. Дана ознака є характерною для даного захворювання, практично не зустрічається при інших формах гіпогонадизму, однак, відзначається далеко не у всіх пацієнтів з даним синдромом. Таким чином, відсутність маленьких і щільних яєчок не виключає наявності синдрому Клайнфельтера

Синдро́м Шерешевского — Тернера — хромосомне захворювання, що супроводжується характерними аномаліями фізичного розвитку, низькорослістю і статевою інфантильністю. Моносомія по Х-хромосомі (ХО). Складки шкіри в області шиї — характерна ознака захворювання.

Трипло Х. Серед новонароджених дівчаток частота синдрому становить 1:1000. Жінки з каріотипом XXX в повному або мозаїчному варіанті мають в основному нормальний фізичний і психічний розвиток. Найчастіше такі індивіди виявляються випадково при обстеженні. Це пояснюється тим, що в клітинах дві Х-хромосоми гетерохроматинізовані (два тільця статевого хроматину) і лише одна, як і у нормальної жінки, функціонує. Як правило, у жінки з каріотипом XXX не відзначається відхилень в статевому розвитку, такі індивіди мають нормальну плодючість, хоча ризик хромосомних порушень у потомства і спонтанних абортів підвищений. Інтелектуальний розвиток нормальний або на нижній межі норми. Лише у деяких жінок з трипло-Х відзначаються порушення репродуктивної функції (вторинна аменорея, дисменорея, рання менопауза та ін.) Аномалії розвитку зовнішніх статевих органів (ознаки дізембріогенеза) виявляються лише при ретельному обстеженні, виражені незначно, а тому не є приводом для звернення жінок до лікаря. Проявляється в схильності до шизофренії та важких психозів з несприятливим типом перебігу, зниженні плідності, ранньому настанні менопаузи, рідко у зниженні інтелекту

Особи з синдромом Дауна можуть мати деякі або всі з наступних ознак: косі розрізи очей, з епікантусними складками (внутрішній кут ока), гіпотонія м'язів, пласке переднісся, виступаючий язик (наслідок, малого розміру ротової порожнини), коротку шию, білі плями на рогівці (крапки Брашфілда), надмірну гнучкість суглобів, вроджені вади серця, надмірний проміжок між першим і другим пальцем стопи. Більшість людей із синдром Дауна мають розумове відставання (ІQ: 35-70).

Трисомія 18 Синдром Едварда1:8000 гіпертонія, мікроцефалія, виступаюча потилиця, вузькі очні щілини, помутніння рогівки, низько посаджені, маленький рот, кисті рук стиснуті в кулак, відсутня дистальна складка на мізинці, гіпоплазія нігтів, малий ріст, тонкі ребра, 90% гинуть на 1-му році життя, зігнута стопа, полікистоз нирок.

Трисомія 13 Синдром Патау 1:15000 гіпо- чи гіпертонія, мікроцефалія, скошена потилиця, дефекти шкіри в області верхівки черепа і в області потилиці, мікрофтальмія, гіпотелоризм, низько посаджені, пороки розвитку, розщеплені губи і піднебіння, задньоаксіальна полідактилія, плоскі нігті, стиснуті кисті рук в кулак, 80% гинуть на 1-му році життя, пороки розвитку статевих органів, полікистоз нирок.

Мозаїцизм - від фр. mosaique «мозаїка» - наявність у тканинах (рослини, тварини, людини) генетично різних клітин. Слід відрізняти мозаїцизм від химеризму, при якому два (або більше) генотипи, походять більш ніж від однієї зиготи. Химери - організм або частину організму, що складаються з генетично різнорідних тканин.

Хромосомні аберації (хромосомні мутації, хромосомні перебудови) - тип мутацій, які змінюють структуру хромосом. Виділяють делеції (втрата ділянки хромосоми), інверсії (зміна порядку генів ділянки хромосоми на зворотний), дуплікації (повторення ділянки хромосоми), транслокації (перенесення ділянки хромосоми на іншу), а також діацентричні і кільцеві хромосоми. Відомі також ізохромосоми, які несуть два однакових плеча. Хромосомні перебудови підрозділяють також на збалансовані і незбалансовані. Збалансовані перебудови (інверсії, реципрокні транслокації) не призводять до втрати або додавання генетичного матеріалу при формуванні, тому їх носії, як правило, фенотипово нормальні. Незбалансовані перебудови (делеції та дуплікації) змінюють дозові співвідношення генів, і, як правило, їх присутність пов'язана з клінічними відхиленнями від норми.

Хромосомні перебудови відіграють певну роль в еволюційному процесі і видоутворенні, в порушенні фертильності, в онкологічних та вроджених спадкових захворюваннях людини.

Хромосомні перебудови були відкриті у дрозофіл за допомогою генетичного аналізу. У деяких схрещуваннях співвідношення числа нащадків в різних класах сильно відрізнялося від очікуваного, і це пояснили наявністю перебудов в хромосомах батьків. Делеції, дуплікації і транслокації виявив К. Бріджес в 1916, 1919 і 1923 роках, відповідно. Першу інверсію описав А. Стертевант в 1921 році, порівнюючи порядок генів в хромосомі 3 у D.melanogaster і D.simulans. Перші спостереження хромосомних перебудов були зроблені на політенних хромосомах слинних залоз. Лише через деякий час існування перебудов було доведено цитологічно на мітотичних хромосомах.

Основною передумовою для виникнення хромосомних перебудов є поява в клітині двониткових розривів ДНК, тобто розривів обох ниток спіралі ДНК в межах декількох п.о. Двониткові розриви ДНК виникають в клітині спонтанно або під дією різних мутагенних факторів: фізичної (іонізуюче випромінювання), хімічної або біологічної (транспозони, віруси) природи. Двониткові розриви ДНК виникають запрограмовано під час профази I мейозу. Порушення і помилки процесу з'єднання двониткових розривів ДНК призводять до появи хромосомних перебудов.

Делеції розрізняють термінальні (втрата кінцевої ділянки хромосоми) і інтеркалярні (втрата ділянки на внутрішній ділянці хромосоми) делеції. Якщо після утворення делеції хромосома зберегла центромеру, вона аналогічно іншим хромосомам передається при мітозі, ділянки ж без центромери, як правило, втрачаються. При кон'югації гомологічних хромосом під час мейозу у нормальної хромосоми на місці, що відповідає інтеркалярній делеції у дефектної хромосоми, утворюється делеційна петля, яка компенсує відсутність делетованої ділянки.

Синдром Вольфа - Хіршхорн а - синдром, викликаний генетичним захворюванням. Вперше описаний в 1965 р. У 80% цитологічну основу даного синдрому становить делеція короткого плеча 4 хромосоми. Розміри делеції коливаються від невеликих термінальних до 1/2 дистальної частини короткого плеча. Відзначається, що більшість делецій виникає "de novo" - 90%, близько 10% відбувається в результаті транслокацій у батьків (1:2 - чоловік: жінка). Поряд з делеціями хромосом, патологія у новонароджених може бути обумовлена інверсіями, дуплікації, ізохромосоми. Хвороба характеризується затримкою фізіологічного, розумового і психомоторного розвитку. Також можуть проявлятися в більшості випадків тяжкі пороки серця, нирок. У новонароджених невелика вага при нормальній тривалості вагітності (до 2 кг). Серед зовнішніх ознак можуть відзначатися: мікроцефалія, дзьобоподібний ніс, епікант, антимонголоїдний розріз очей, аномальні вушні раковини, впадина верхньої губи та піднебіння, маленький рот, деформація стоп та ін. Частота цього синдрому низька - 1:50000 народжень. Середня тривалість життя приблизно до 30 років, при важких вадах серця, нирок тривалість життя може становити не більше одного року.

Вроджені делеції у людини рідко захоплюють протяжні ділянки хромосом, зазвичай такі аберації призводять до загибелі ембріона на ранніх етапах розвитку. Найкраще вивченим захворюванням, зумовленим досить великою делецією, є синдром котячого крику, описаний в 1963 році Жером Лежен. У його основі лежить делеція ділянки короткого плеча 5 хромосоми. Для хворих характерний ряд відхилень від норми: порушення функцій серцево-судинної, травної систем, недорозвинення гортані (з характерним криком, що нагадує котяче нявкання), загальне відставання розвитку, розумова відсталість, місяцеподібне обличчя з широко розставленими очима. Синдром зустрічається у 1 новонародженого з 50000.

Для синдрому Ангельмана характерні затримка психічного розвитку, порушення сну, напади, хаотичні рухи (особливо рук), частий сміх або посмішки. При синдромі Ангельмана відсутні деякі гени з 15-ї хромосоми (в більшості випадків - часткова делеція 15 хромосоми). При синдромі Ангельмана страждає материнська хромосома; у разі пошкодження батьківської хромосоми виникає синдром Прадера-Віллі. Каріотип 46 XX або XY, 15Р-. Зазвичай синдром викликається спонтанним хромосомним дефектом, коли відсутня велика суміжна область з 3-4 мільйони пар основ ДНК в області q11-q13 15-ї хромосоми. Згідно з результатами багатьох незалежних досліджень, причиною виникнення синдрому Ангельмана може бути мутація в гені UBE3A. Продукт цього гена - ферментний компонент складної системи деградації білків. Синдром названий по імені британського педіатра Гаррі Ангельмана, вперше описав його в 1965 р. Частота народження, за різними даними, - 1: 10 000-20 000 живонароджених немовлят. Однак, згідно з даними Центру розвитку людини і відхилень у розвитку (університет Вашингтона, США), можна припускати, що частка людей з синдромом Ангельмана в дійсності набагато більше статистичної.

Дуплікаці ї являють собою клас перебудов, який об'єднує як внутрішньо-, так і міжхромосомні перебудови. Взагалі, будь-яка дуплікація - це поява додаткової копії ділянки хромосоми, яка може розташовуватися відразу за тим районом, який дуплікують, тоді це тандемна дуплікація, або в новому місці або в іншій хромосомі. Нова копія може утворити окрему маленьку хромосому зі своїми власними теломерами і центромерою, тоді це вільна дуплікація. Тандемні дуплікації з'являються в статевих клітинах при мейозі в результаті нерівного кросинговеру (в цьому випадку другий гомолог несе делецію) або в соматичних клітинах в результаті неалельної гомологічної рекомбінації при репарації двониткового розриву ДНК. У процесі кросинговеру у гетерозиготи при кон'югації хромосоми з тандемною дуплікацією і нормальною хромосомою, як і при делеції, формується компенсаційна петля.

Наприклад, мутація Bar у Drosophila, виявлена в 20-х роках XX століття Т. Морганом і А. Стертевантом. Мутація обумовлена дуплікацією локусу 57.0 X-хромосоми. У нормальних самок (B + / B +) око має 800 фасеток, у гетерозиготних самок (B + / B) око має 350 фасеток, у гомозигот по мутації (B / B) - всього 70 фасеток. Виявлені також самки з тричі повтореним геном - double Bar (BD / B +).

У 1970 році Сусуму Оно в монографії «Еволюція шляхом дуплікації генів» розробив гіпотезу про еволюційну ролі дуплікацій, що будують нові гени, не зачіпаючи при цьому функцій вихідних генів. На користь цієї ідеї говорить близькість ряду генів по нуклеотидному складу, що кодують різні продукти. Це трипсин і хімотрипсин, гемоглобін і міоглобін і ряд інших білків.

Інверсією називають поворот ділянки хромосоми на 180°. Розрізняють парацентричні (інвертований фрагмент лежить по одну сторону від центромери) і перицентричні (інвертований фрагмент лежить по різні боки від центромери) інверсії. При інверсіях не відбувається втрати генетичного матеріалу, тому інверсії, як правило, не впливають на фенотип носія. Однак, якщо у гетерозигот за інверсією (тобто у організму, що несе як нормальну хромосому, так і хромосому з інверсією) в процесі гаметогенезу при мейозі відбувається кросинговер в межах інвертованої ділянки, то існує ймовірність формування аномальних хромосом, що в свою чергу може призвести до часткової елімінації статевих клітин, а також формування гамет з незбалансованим генетичним матеріалом. Більше 1% людської популяції є носіями перицентричної інверсії в 9 хромосомі, яку вважають варіантом норми.

Транслокації являють собою міжхромосомні перебудови, при яких відбувається перенесення ділянки однієї хромосоми на іншу. Окремо виділяють реципрокні транслокації (коли дві негомологічні хромосоми обмінюються ділянками) і робертсонівські транслокації, або центричні злиття (при цьому дві негомологічні акроцентричні хромосоми об'єднуються в одну з втратою матеріалу коротких плечей). Першим центричні злиття описав американець У. Робертсон в 1916 р., порівнюючи каріотип близьких видів саранових.

Реципрокні транслокації не супроводжуються втратою генетичного матеріалу, їх також називають збалансованими транслокаціями, вони, як правило, не проявляються фенотипово. Однак, у носіїв реципрокних транслокацій половина гамет несе незбалансований генетичний матеріал, що призводить до зниження фертильності, підвищеної ймовірності спонтанних викиднів та народження дітей з вродженими аномаліями. Частота гетерозигот при реципрокних транслокаціях оцінюється як 1 на 600 подружніх пар. Реальний ризик народження дітей з незбалансованим каріотипом визначається характером реципрокної транслокації (специфікою хромосом, залучених до перебудови, розмірами транслокаційних сегментів) і може досягати 40%.

Прикладом реципрокної транслокації може служити транслокація типу «філадельфійська хромосома» (Ph) між хромосомами 9 та 22. У 95% випадків саме ця мутація в гемопоетичних клітинах-попередниках є причиною хронічного мієлобластного лейкозу. Цю перебудову описали П.Новелл і Д.Хангерфорд в 1960 р. і назвали на честь міста в США, де обидва працювали. В результаті цієї транслокації ген ABL1 з хромосоми 9 об'єднується з геном BCR хромосоми 22. Активність нового химерного білка призводить до нечутливості клітини до впливу факторів росту і викликає її нестримне ділення.

Робертсонівські транслокації є одними з найбільш поширених типів уроджених хромосомних аномалій у людини. За деякими даними, їх частота становить 1:1000 новонароджених. Їх носії фенотипово нормальні, однак у них існує ризик самовільних викиднів та народження дітей з незбалансованим каріотипом, який суттєво варіює залежно від хромосом, залучених до злиття, а також від статі носія. Більшість робертсонівських транслокацій (74%) зачіпають хромосоми 13 і 14. Робертсонівські транслокації з участю хромосоми 21 призводить до так званого «сімейного» (успадкованого) синдрому Дауна.

Робертсонівські транслокації, можливо, є причиною розходжень між числом хромосом у близькоспоріднених видів. Показано, що два плеча 2 хромосоми людини відповідають 12 і 13 хромосомами шимпанзе. Можливо, 2 хромосома утворилася в результаті робертсонівської транслокації двох хромосом мавпоподібних предків людини. Робертсонівські транслокації призвели до появи в Європі декількох видів-двійників (хромосомні раси) у мишей групи видів Mus musculus, які, як правило, географічно ізольовані один від одного. Набір і, як правило, експресія генів при робертсонівських транслокаціях не змінюються, тому види практично не відрізняються зовні. Однак вони мають різні каріотипи, а плодючість при міжвидових схрещуваннях різко знижена.

Ізохромосоми складаються з двох копій одного плеча хромосоми, з'єднаних центромерою таким чином, що плечі хромосоми, яка утворилася являють собою дзеркальні відображення один одного. У певному сенсі ізохромосоми являють собою гігантську інвертовану дуплікацію розміром з ціле плече і делецію іншого плеча. Пацієнти з 46 хромосомами, з яких одна представляє собою ізохромосому, є моносоміками по генах втраченого хромосомного плеча і трисоміками по генах, які є присутніми в ізохромосомах. Якщо ізохромосома є додатковою, то даний пацієнт є тетрасоміком по генах, представлених в ізохромосомі. У цілому, чим менша ізохромосома, тим менший генетичний дисбаланс, і тим більша ймовірість виживання плоду або дитини з такою перебудовою. Отже, не дивно, що найбільш часті з описаних випадків аутосомних ізохромосом втягують хромосоми з маленькими плечима. Деякі найчастіші учасники формування ізохромосом - це короткі плечі хромосом 5, 8, 12, 18.

Для пояснення виникнення ізохромосом можна припустити два механізми: (1) внаслідок аномального поперечного поділу центромери при поділі клітини або (2) в результаті неправильного злиття кінців ізохроматидного розриву, що утворився в прицентромерній області.

Сайти ламкості

У 70-х роках XX століття було виявлено явище підвищеної ламкості хромосом в певних сайтах - при забарвленні метафазних хромосом деяких індивідів одні й ті ж ділянки хромосом в частині клітин мали розрив або пробіл у фарбуванні. Надалі було показано, що розриви і пробіли з'являються в певних хромосомних сайтах при помірному реплікативному стресі в клітинах у всіх людей. Перший тип ламких сайтів одержав назву рідкісні, або успадковані, фрагільні сайти, а другий - звичайні, або конститутивні, фрагільні сайти.

Успадковані фрагільні сайти знаходять у пацієнтів, у яких експансія мікро-або мінісателлітних повторів веде до «ламкості» хромосоми в місці такого повтору. Більшість успадкованих фрагільних сайтів не пов'язана з будь-якою клінічно значущою патологією, крім успадкованого сайту ламкості FRAXA, який спостерігається у хворих синдромом ламкої Х-хромосоми (Синдром Мартіна - Белл). Успадкований фрагільний сайт FRAXA локалізується в 5'-нетранслюючій області гена FMR1 і містить повтор з триплетів ЦГГ. Аномальна довжина цього повтору викликає гіперметилювання промотора гена FMR1 і, як наслідок, порушення експресії гена.

Конститутивні фрагільні сайти викликають особливий інтерес, тому що вони є «гарячими точками» для хромосомних перебудов в різних ракових захворюваннях. Природа явища ламкості хромосом до кінця не вивчена. Відомо, що конститутивні фрагільні сайти, як правило, асоційовані з пізньореплікуючимся хроматином. Вони нерідко знаходяться в межах дуже довгих генів (близько 1 млн п.о. і більше), таких як FHIT і WWOX. Багато звичайних сайтів ламкості є тканиноспецифічними. Останні дослідження пов'язують ламкість хромосом з дефіцитом сайтів ініціації реплікації в цих районах. Недостатність сайтів ініціації в кінці S-фази клітинного циклу може призводити до локальної незавершеності процесу реплікації при реплікативному стресі і формуванні в деяких випадках двониткового розриву ДНК.