Аномалии сочетания половых хромосом (мозаицизм). Половые хромосомы. Хромосомный мозаицизм Низкий уровень мозаицизма по отдельным хромосомам

29.06.2020

65. Как возникает хромосомный мозаицизм?

Мозаицизм - наличие в одном организме линий клеток с разным хромосомным набором. В большинстве случаев мозаицизм касается половых хромосом и возникает вследствие ошибки при удвоении или расхождении хромосом во время одного из делений клеток на ранней стадии эмбриогенеза. При нормальном митозе хромосомы удваиваются, и каждая из образовавшихся в результате деления получает полный их набор. Мозаицизм возникает при нерасхождении хромосом или нарушении их миграции к полюсам клетки (анафазном лаге). Как правило, чем больше доля клеток с аномальным хромосомным набором, тем резче выражен аномальный фенотип. В свою очередь, чем раньше в процессе эмбрионального развития возникает мозаицизм, тем доля клеток с аномальным хромосомным набором больше.

66. Какова причина химериама?

Слово «химера» взято из греческой мифологии. Гомер описал это сказочное существо с головой льва, телом козла и хвостом дракона. Цитогенетики называют химеризмом наличие в одном и том же организме двух и более линий клеток, происходящих от разных зигот. Чаще всего химеризм возникает вследствие смешения клеток крови разнояйцевых разнополых близнецов. В этом случае химерный! организм имеет кариотип 46,xx/46,xy. Причиной химеризма может быть и попадание клеток нежизнеспособного близнеца к жизнеспособному. Реже имеет место инкорпорация двух зигот в один эмбрион.

КЛЮЧЕВЫЕ МОМЕНТЫ: РИСК ПОВТОРЕНИЯ НАСЛЕДСТВЕННЫХ ДЕФЕКТОВ

Если Хромосомный мозаицизм, химериама являются оба родителя, риск его повторения равен 25%.

Число уже имеющихся у данной родительской пары больных детей роли, не играет. Так как каждая Процесс вынашивания зародыша в организме женщины или самок живородящих животных, включающий оплодотворение, перемещение оплодотворённого яйца по яйцеводу, имплантацию в стенку матки, рост и развитие плода за счёт питательных веществ, получаемых от матери через плаценту; завершается родами.

" data-tipmaxwidth="500" data-tiptheme="tipthemeflatdarklight" data-tipdelayclose="1000" data-tipeventout="mouseout" data-tipmouseleave="false" class="jqeasytooltip jqeasytooltip3" id="jqeasytooltip3" title="Беременность">беременность является независимым событием; после рождения 3 детей с наследственным дефектом риск остается равным 25%, так же как после рождения первого ребенка.

Риск амиотрофии Дюшенна у ребенка при носительстве у матери - 25%. Наследственные заболевания. Обусловленные хромосомными или генными мутациями, проявляющиеся нарушением обмена веществ или пороками развития (напр., болезнь Дауна, фенилкетонурия).

" data-tipmaxwidth="500" data-tiptheme="tipthemeflatdarklight" data-tipdelayclose="1000" data-tipeventout="mouseout" data-tipmouseleave="false" class="jqeasytooltip jqeasytooltip5" id="jqeasytooltip5" title="Наследственные заболевания">Наследственные заболевания , сцепленные с Х-хромосомой, девочек не поражают вообще, а мальчиков - в 50% случаев.

У всех больных синдромом Дауна следует определять кариотип, чтобы исключить наследственную транслокацию 21-й хромосомы, так как она сопровождается высоким риском повторного рождения больного ребенка^ той же родительской пары.

67. Каков риск передачи рецессивно наследуемого заболевания, если родители являются двоюродными или троюродными братом и сестрой?

Двоюродные брат и сестра могут быть носителями более одного рецессивно наследуемого заболевания. У них 1/8 генов идентична, поэтому ребенок окажется гомозиготным по 1/16 генных локусов. У троюродных брата и сестры идентична только 1/32 генов. Риск рождения ребенка с тяжелым или смертельным наследственным дефектом в браке двоюродных сестры и брата равен 6%, троюродных сестры и брата - 1%.

6822
Дата публикации: Март 24, 2012

Это состояние, при котором клетки в человеке имеют различную генетическую природу. Это состояние может влиять на любой тип клеток, в том числе:

Клетки крови
Сперматозоиды
Клетки кожи

Причины

Мозаицизм вызван ошибкой в делении клеток в самом начале развития будущего ребенка. Примеры мозаичности включают в себя:

Мозаика синдрома Дауна
Мозаика
Мозаика синдрома Тернера

Симптомы

Симптомы варьируются от человека к человеку и их очень трудно предсказать. Когда у человека есть как нормальне так и патологические клетки, проблемы могут быть не столь серьезными. Мозаицизм может быть найден путем оценки хромосом. Это обычно описывается как процент рассматриваемых клеток. Мужчины обычно имеют хромосомы 46 XY и женщины обычно имеют хромосомы 46 XX. Испытания, скорее всего, нужно повторять, чтобы подтвердить результаты, а также помочь определить тип и степень тяжести мозаичности.

Лечение

Лечение будет зависеть от типа генетических заболеваний. Пациенты с мозаичностью, возможно, потребуют менее интенсивное лечение, чем те, у кого типичная форма заболевания, так как только некоторые из их клеток ненормальные. Прогноз зависит от того, насколько мозаичность повлияла на органы и ткани в организме (например, мозг или сердце). Трудно предсказать последствия наличия двух различных клеточных линий в одном лице. В целом, у пациентов с высоким процентом аномальных клеток имеются одинаковые перспективы как и у людей с типичной формой заболевания. Пациенты с низким процентом аномальных клеток отклонения будут минимальными. Они не могут обнаружить, что у них есть мозаичность, пока они не родили ребенка, который имеет типичную (не мозаичную) форму заболевания. Осложнения варьируются в зависимости от типа и процента клеток, пострадавших от генетических изменений. Диагнозирование мозаицизма может привести к путанице и неопределенности. Генетический консультант может помочь вам в диагностике и в тестировании.

Генетическими мозаиками называют особей - продуктов одной зиготы, в организме которых сосуществуют две или более популяции клеток с различным генотипом.

Рис. 10.

Рис. 11.

Рис. 12.

Рис. 13.

Хромосомный мозаицизм возникает на доимплантационных стадиях развития вследствие нерасхождения хромосом при дроблении бластомеров. Подразделяют на:

митотический мозаицизм - возникает вследствие нерасхождения хромосом при дроблении нормальной диплоидной зиготы и сопровождается образованием клона трисомных клеток (все моносомные клетки, за исключением 45,Х нежизнеспособный быстро элиминируются) с удвоенной материнской или отцовской хромосомой;

мейотический мозаицизм - возникает вследствие утраты лишней хромосомы из трисомной зиготы, возникшей вследствие ошибочной сегрегации хромосом в мейозе. При этом формируется диплоидный клон клеток и сохраняется клон клеток с трисомией.

Рис. 14.

Нерасхождение хромосом чаще происходит в хорионе и плаценте. В этих органах формируются и длительное время сохраняются клоны с трисомией, при этом клетки самого эмбриона имеют нормальный диплоидный кариотип. Данное явление называется ограниченный плацентой мозаицизм и относительно часто встречается при кариотипировании зародышей с целью пренатальной диагностики. Локализация анеуплоидного клона в эмбрионе и его размеры зависят от того, на какой стадии развития произошло нерасхождение хромосом, какова жизнеспособность и пролиферативные потенции клона клеток с аномальным кариотипом.

Проектное задание

1. Нарисуйте схему происхождения следующих мозаичных организмов :
- А) 46,ХХ/45,ХО
- Б) 46,ХХ/48,ХХYY
- В) 45,ХО/47,ХХХ
- Г) 46,ХХ/46,ХY
2. А) В процессе гаметогенеза у женщины происходит элиминация одной фигуры деления. Определите количество хромосом, возможное в яйцеклетке, если элиминация происходит в метафазу - I и метафазу - II мейоза.
Б) Во время митоза (в анафазе) у человека не разошлась: одна пар хромосом, две пары хромосом. Сколько хромосом будет в дочерних клетках?
В) В культуре ткани человека произошла элиминация одной хромосомы. Сколько хромосом будет в дочерних клетках, если элиминация происходит в разные фазы митоза?
3. Проведите сравнительный анализ кариотипа человека и обезьяны.

Тесты рубежного контроля

1. Диплоидный набор хромосом человека содержит :
- А) 23 хромосомы
- Б) 46 хромосом
- В) 69 хромосом
- Г) 96 хромосом
2. К аутосомам относятся :

Г) вследствие нерасхождения хромосом при дроблении бластомеров

8. Ограниченный плацентой мозаицизм наблюдается при :

А) нерасхождении хромосом в митозе
Б) нерасхождении хромосом в мейозе
В) нерасхождении хромосом в хорионе и плаценте
Г) нерасхождении хромосом в сперматогенезе и оогенезе

9. Причинами возникновения трисомий являются

А) точечные мутации

Б) нерасхождение хромосом

В) отставание хромосом в анафазе

Г) блокирование веретена деления

10. У генетических мозаиков :

А) одна популяция клеток
Б) две популяции клеток с одинаковыми генотипами
В) две или более популяции клеток с различным генотипом
Г) три популяции клеток с разными генотипами

Если вы до сих думаете, что у всех клеток вашего организма одинаковый геном, то спешим вас разочаровать. Есть вероятность, что у индивидуума не найти и двух клеток с полностью идентичной ДНК. Грозит ли это чем-то, почему ученые с энтузиазмом изучают мозаицизм, и как видит будущее этой области известный исследователь геномных вариаций из лаборатории при Клинике Мэйо (Mayo Clinic ), чья группа недавно опубликовала новую статью по этой теме?

В организме взрослого человека примерно 10 14 клеток двухсот разных типов . С давних пор считалось, что геномы всех клеток одинаковы, а различия в их облике и функциях определяются набором «работающих» генов. Однако даже на первый взгляд всё не так просто. В половых клетках набор хромосом половинчатый, а геном иммунных клеток меняется после V(D)J-рекомбинации , чтобы закодировать великое множество вариабельных участков иммуноглобулинов В-лимфоцитов и Т-клеточных рецепторов на Т-лимфоцитах.

Сейчас же ученые выступают с еще более радикальным заявлением. Возможно, из ста триллионов клеток не найдется и двух с полностью одинаковым геномом - из-за мутаций , накапливающихся в эмбриогенезе и в течение жизни организма .

Хотя, в целом, ДНК реплицируется с довольно высокой точностью, полимераза иногда ошибается и вставляет или неправильный нуклеотид, или неправильное их количество. Частота таких ошибок - примерно одна на каждые 100 000 нуклеотидов. Вроде бы число не кажется большим, но вы только подумайте, сколько это ошибок на наш огромный геном! К счастью, подавляющее число таких дефектов исправляется благодаря неустанному труду систем репарации ДНК. Но некоторые ошибки репликации всё же ускользают от этого надзора и становятся постоянными мутациями .

По самым минимальным оценкам, только однонуклеотидных замен на весь геном здорового индивидуума окажется более 10 16 . Кроме того, вариабельность генома затрагивает и крупные его участки - бóльшие, чем одно нуклеотидное основание, - например, вставки или делеции (indels ) либо вариации количества копий генов (CNV ) . Сколько же тогда всех мутаций в одном человеке? Похоже, эта цифра просто огромна.

Что же, генетический материал всех клеток организма различается, и каждая клетка как будто играет роль отдельного пазла в общей картинке генома? И каждый человек генетически «мозаичен»? Получается, что да, и это нормальное явление, а само слово «мозаицизм » - устоявшийся научный термин. Традиционно под ним понимают сосуществование внутри одного организма как минимум двух линий клеток с различающимся геномом, встречающихся и среди соматических, и среди зародышевых клеток (рис. 1) .

Рисунок 1. Что же такое мозаицизм? В популяции нормальных клеток (с зелеными ядрами ) происходит что-то, ведущее к мутации в одной клетке, - теперь у нее схематически красное ядро . Спустя некоторое количество циклов деления популяция состоит из потомков мутировавшей клетки и нормальных клеток, что выглядит действительно как мозаика.

Хотя жизнь многоклеточного организма и начинается с одной клетки, с самых первых делений в ДНК закрадываются мутации. Даже при появлении на свет младенец уже является генетическим мозаиком - не говоря уж про взрослого человека.

«Уже при рождении мутаций в каждой клетке очень много - причем это как новые мутации, появившиеся в процессе преимплантации и эмбриогенеза, так и унаследованные от родителей , - рассказывает „Биомолекуле“ Алексей Абызов, специалист по геномным вариациям из Клиники Мэйо. - Изучение индивидуального „мозаикóма“ - совокупности всех мозаичных изменений генома отдельного человека - это не простой научный интерес, а насущная необходимость. Такая информация поможет лучше понять и состояние здоровья отдельного индивидуума, и, возможно, даже найдет применение в клинической практике ».

Выпускник МФТИ, д. ф.-м. н., с 2014 года руководит научной лабораторией в Клинике Мэйо, ассистент-профессор в медицинском колледже при Клинике Мэйо, приглашённый профессор в университете Миннесоты и Йельском университете. Специализируется на геномных вариациях (в частности, на мозаицизме) и их связи с болезнями человека.

Избранные публикации:

(Science, 2018);
(Science, 2017);
(Genome Res, 2017);
Somatic copy number mosaicism in human skin revealed by induced pluripotent stem cells, (Nature, 2012);
Genomic Mosaicism in Neurons and Other Cell Types (Humana Press, 2017).

Мозаичность уникальна для каждого - причем часто и отследить ее трудно, не то что предугадать исход. Ее клинические проявления зависят от множества факторов, некоторые из которых мы и рассмотрим ниже, внимательнее остановившись на мозаицизме в эмбриогенезе и немного поговорив о мозаицизме во взрослом организме .

Мозаицизм обнаружен и у многих других видов животных, помимо человека . Наглядный же пример мозаицизма - некоторые случаи гетерохромии радужки глаз (рис. 2).

Рисунок 2. Гетерохромия радужки в некоторых случаях возникает именно из-за мозаицизма. Бывает она и у людей, и у животных. На рисунке представлен случай полной гетерохромии, когда цвет глаз полностью различается.

Истоки изучения мозаицизма: рождение концепции

Эпоха исследований этого явления началась более 120 лет назад - задолго до открытия ДНК. Саму концепцию мозаицизма (без введения термина) в 1895 году предложил Альфред Блашко при обсуждении происхождения линейного эпидермального невуса (врожденного окрашенного пигментного пятна, немного выступающего над кожей и вытянутого в линию) и т.н. линий Блашко , которые, как нетрудно догадаться, назвали в его честь. То, что он был дерматологом, не удивительно: кожа - наглядный и легкодоступный для исследования орган, - и его будущие коллеги впоследствии активно изучали вариации генома кожных клеток.

Сам термин предложил немецкий зоолог Валентин Хайкер в 1904 году при описании «мозаично-подобного распределения» характеристик разных частей тела. Генетики растений и зоологи в последующие годы использовали взаимозаменяемые термины «мозаичности» и «секторального химеризма» .

Дерматологи же работу Альфреда Блашко благополучно позабыли на полвека: упоминания появились лишь в двух голландских учебниках, один из которых впоследствии перевели на немецкий. Об исследователе вновь вспомнили лишь в 70-х годах. Роберт Джексон и Рудольф Хэппл независимо друг от друга в 1976 году обнаружили его работу и линии Блашко, и второй предложил связать идею с инактивацией X-хромосомы в эмбриогенезе . Вскоре после этого концепция мозаицизма прочно вошла в профессиональную жизнь дерматологов.

В 1983 году, с развитием технологий, Хуан Хемке (Juan Chemke ) с коллегами увидел мозаичную форму трисомии 18 , при которой часть клеток содержат по две 18-х хромосомы, а часть - по три. Позже мозаицизм был зафиксирован при различных кожных заболеваниях .

Сейчас мозаицизм изучается очень активно, причем учеными руководит не только прикладной интерес. «Давно было понятно, что мозаичность может иметь фундаментальное значение для понимания того, как работает наш организм. Но изучение этого процесса, помимо очевидного отношения к здоровью, представляет эстетический научный интерес. Изучать мозаицизм клетки, этой минимальной единицы жизни, еще и необычайно увлекательно », - делится Алексей Абызов.

Откуда берется соматический мозаицизм?

В появлении соматического мозаицизма в нормальных клетках могут быть «повинны» следующие молекулярные механизмы:

Какие бывают структурные варианты при мозаицизме?

SNV (Single Nucleotide Variant ) - однонуклеотидные варианты, когда происходит изменение одного нуклеотида в определенном положении.
Indels (in sertion or del etion ) - короткая вставка или удаление в геноме.
MEI (Mobile Element Insertion ) - вставка ретротранспозонов в геном, у человека это ALU, LINE1, HERV и SVA.
CNA (Copy Number Alteration ) - это хромосомная перестройка, когда часть генома оказывается с бóльшим или меньшим количеством копий по сравнению с другими геномными областями у того же объекта исследования. Термин чаще используется для описания масштабных соматических изменений в геноме, но применим к любым вариациям, которые больше indels .
LOH (Loss of Heterozygocity ) - утратагетерозиготности. Это потеря одного варианта гена в том участке генома, который в норме был гетерозиготным, то есть содержал два варианта одного гена.
Инверсия - хромосомная перестройка, когда участок генома переворачивается на 180 градусов.
Транслокация - перегруппировка, ведущая к соединению ДНК двух разных хромосом.
Хромосомная анеуплоидия - изменение количества копий хромосомы или ее плеч.
Мультиплоидия - глобальное изменение плоидности генома.

Рисунок 3. Генетические вариации в организме человека - из чего складывается их общая сумма? Красная горизонтальная стрелка на рисунке - временнáя шкала от зиготы до смерти. Боковые входящие стрелки - накопление различных вариаций в течение жизни: вариации клеток зародышевой линии (GV ), варианты de novo (DNV ), постзиготические вариации (PZV ) и микрохимеризм , наличие небольшого количества клеток от другого организма, (MC ). Боковые исходящие стрелки - процессы, приводящие к уменьшению генетического разброса: ревертантный - обратный - мозаицизм (RМ ), когда клетка возвращается в нормальное состояния из-за обратной мутации патологического варианта/мутации, и истощение клеток с генетическими вариациями (CD ). Итого, общее количество генетических изменений в соматической клетке можно записать следующим уравнением: SUM = GV + DNVs + PZV + MC - RM - CD. Подробнее о GWAS рассказано в главе «Клинические последствия после рождения: мозаицизм - это хорошо или плохо? ».

Мозаицизм в эмбриогенезе - что нам известно?

Серьезные хромосомные аномалии на ранних стадиях эмбриогенеза у человека встречаются очень часто. Однако понимание того, как и с какой скоростью это происходит, довольно ограничено. Проводили исследования на здоровых эмбрионах мышей, где ученые оценивали накопление мутаций и вклад эмбриональных клеток в дифференцированные ткани взрослого животного . Однако, к сожалению, просто взять и перенести эти данные на человека оказалось нельзя: они не совпадают. Так, скорости как мутаций зародышевой линии, так и соматических мутаций значительно выше у мышей, чем у людей .

К счастью, с появлением новых технологий изучать эти события становится все проще. Например, британские ученые исследуют буквально первые дни развития человеческого эмбриона с привлечением CRISPR-Cas9 . Возможно, в ближайшем будущем проявятся более точные данные и по скорости накопления мутаций в эмбриогенезе человека. Нельзя забывать, что младенцу передаются несколько десятков (50–100) мутаций половых клеток его родителей (рис. 4). Как было показано при анализе геномов 78 семей из двух родителей и ребенка, в одном поколении средняя скорость мутаций de novo составляет 1,20 × 10 –8 на нуклеотид, а этих нуклеотидов в каждой клетке, на секундочку, 3 миллиарда .

Что же мы сейчас знаем? Мозаицизм - нередкое явление на стадии преимплантации. В этом случае любая мутация способна оказать значительное влияние на весь организм: определенный мозаичный генотип потенциально может в итоге оказаться во многих клетках. Кроме того, на стадии преимплантации частота мозаичности колеблется - по крайней мере, так показывают исследования эмбрионов, созданных при помощи искусственного оплодотворения (возможно, при естественном зачатии процессы идут несколько иначе). Есть предположения, что это объясняется естественным отбором против мозаичного эмбриона в зависимости от количества анеуплоидных клеток в нем . (Эта и другие модели - на рисунке 5.)

Рисунок 5. Согласно исследованиям эмбрионов, созданных при помощи искусственного оплодотворения, частота мозаичности снижается от стадии дробления к стадии бластоцисты , и несколько моделей объясняют, почему это так. Слева . Естественный отбор против мозаичных эмбрионов может вызывать смерть плода на основании доли анеуплоидных клеток в нем. В центре. Модель «клонального истощения» включает апоптоз или уменьшение распространения доли анеуплоидных клеток у мозаичных эмбрионов. Справа. Наконец, третья модель описывает механизмы, с помощью которых при моносомии и трисомии анеуплоидные клетки могут при делении давать и клетки с нормальным количеством хромосом.

В первые дни эмбрионального развития, по некоторым оценкам, на каждое деление на одну клетку приходится три мутации с заменой нуклеотидных оснований. При этом клетки на этом этапе часто делятся асимметрично и, соответственно, вносят разный вклад в клеточный состав в более взрослом организме .

Появление геномных вариантов на более поздних стадиях ведет к мозаицизму, ограниченному определенной областью тела . Как показывают многие исследования, частота соматических мутаций значительно выше, чем в клетках зародышевой линии .

Клинические последствия после рождения: мозаицизм - это хорошо или плохо?

Мы уже разобрались, что мозаицизм - естественное и крайне распространенное явление в человеческом организме. Но каковы же его последствия?

Как уже было упомянуто, это зависит от множества факторов. Многие клинические последствия мозаичности трудно «поймать» и объяснить. Кроме того, важно учитывать распространенность и количество клеток с определенной вариацией генома .

Есть предположения, что в некоторых случаях соматический мозаицизм может играть на руку организму. К примеру, частота мозаичности в нейронах крайне высока . Существует теория, что это специальный эволюционный механизм для того, чтобы создать многообразие нейронов и, собственно, разнообразить количество выполняемых ими функций (подробнее о мозаичности в головном мозге читайте ниже) .

Другой пример - это полиплоидия гепатоцитов в печени у взрослых людей. Хотя у животных это явление более редкое, чем у растений, но все же и у них встречаются клетки с увеличенным количеством хромосом . Некоторое количество полиплоидных клеток печени образуется при развитии печени в эмбриогенезе . Однако с возрастом и при наличии некоторых заболеваний, приводящих к повреждению и регенерации печени, распространенность полиплоидных гепатоцитов увеличивается - преимущественно в перицентральных зонах печеночных долек. Исследователи предполагают, что такой генотип может оказаться полезным, поскольку способен задержать повреждение ДНК, а дополнительные копии генов помогут нивелировать последствия мутаций потери функции .

Однако в большинстве случаев мозаицизм ассоциируют с очевидно негативными последствиями. Его тесно связывают со случаями выкидышей, появлением врожденных дефектов, задержками и расстройствами развития . В частности, на мозаичную трисомию 21 приходится 2–4% случаев синдрома Дауна . В отличие от полной трисомии, проявления синдрома, связанные с общим развитием организма и интеллектуальными способностями, в случае мозаицизма могут быть выражены мягче. Мозаичный синдром Шерешевского-Тернера , или же мозаичная моносомия по X-хромосоме, может тоже проявляться менее тяжело, чем его полная форма. Еще один пример нарушения мозаичной формы - это синдром Маккьюна-Олбрайта , связанный с эмбриональной потенциально летальной мутацией в гене GNAS1 . Синдром Протея может быть вызван ранними мозаичными мутациями в онкогене AKT1 , которые вовлечены в формирование солидных опухолей.

Эмбриональные мозаичные мутации в генах IDH1 и IDH2 связывают с болезнью Олье и синдромом Маффуччи . Ранние мозаичные мутации в генах HRAS , KRAS и NRAS оказались ассоциированы с синдромом невуса сальных желез (nevus sebaceous ), синдромом Шиммельпеннинга и синдромом кератиноцитарного эпидермального невуса .

Опасность того, что вредоносная мутация произойдет в клетках с большим потенциалом к делению, существует не только в эмбриогенезе. Соматические вариации генома накапливаются в течение всей жизни человека . Мозаицизм отдельных органов человека, например, мозга и кожи, уже изучают несколько групп исследователей (подробнее об этом пойдет речь ниже). Скорости накопления мутаций, как уже было сказано выше, измерены у мышей и некоторых типов клеток человека. Однако технические методы пока не совершенны, и ответить на вопрос, насколько же взрослый человек - мозаик, пока трудно .

Тем не менее, уже удалось связать некоторые типы клеточного мозаицизма и состояние здоровья взрослого человека. В частности, ученые проследили, как дочерние клетки стволовых клеток взрослого человека наследуют опасные изменения генома своей предшественницы. Постепенное же накопление генетических мутаций в этих клетках связывают с процессами старения, различными возрастными и онкологическими заболеваниями , . Информации о связи учащения мозаицизма в пожилом возрасте уже собрано немало. Недавнее исследование, включавшее в себя анализ генома почти 130 000 человек, в очередной раз подтвердило, что частота мозаицизма увеличивается со старением - особенно у мужчин (про гендерное неравенство читайте во врезке ниже).

Пожалуй, еще одно из самых изучаемых клинических последствий мозаицизма - это его связь с развитием рака. Информации по этой теме уже накоплено немало, хотя всё еще недостаточно. Так до конца и не ясно: рак - это следствие мозаичности, или же у больных раком больше мозаичных клеток или больше мутаций на клетку.

В одном из исследований ученые проанализировали материал от 31 717 пациентов с раком и 26 136 здоровых людей без него. Они набрали такое огромное количество из 13 других работ с использованием полногеномного поиска ассоциаций - GWAS (genome-wide association studies ). Этот метод помогает установить связи между различными вариантами генов и их фенотипическими проявлениями. Мозаичные аномалии встречались чаще у пациентов с сóлидными опухолями, причем связь была сильнее, если образец для анализа брали до постановки диагноза и начала лечения. Клональный мозаицизм оказался обычным явлением для тех, чью ДНК собирали по меньшей мере за год до постановки диагноза «лейкемия» - по сравнению с людьми без рака . Соматический мозаицизм по мутациям в гене HRAS у человека связан с уротелиальными раками .

Гендерное неравенство: такой разный мозаицизм

Неудивительно, что у женщин и мужчин мозаицизм может проявляться по-разному. Например, мозаицизм Х-хромосомы встречается в четыре раза чаще, чем аутосомный мозаицизм .

Однако с точки зрения ученого мутация гораздо интереснее для мужской хромосомы Y - особенно когда она теряется. Не секрет, что мужчины живут меньше, чем женщины, даже в развитых странах с хорошей системой здравоохранения. Однако четкого ответа, почему так происходит, нет. Помочь в решении этого вопроса отчасти может LOY - мозаичная потеря Y-хромосомы, которая встречается почти у каждого пятого мужчины старше 70 лет в некоторых клетках.

Было показано, что LOY в клетках крови чаще обнаруживается у курильщиков, чем у некурящих , и что курение оказывает временное и дозозависимое мутагенное действие на геном клеток .

Более того, ученые показали, что LOY может играть роль в патогенезе редких аутоиммунных заболеваний у мужчин. Обнаружение же этого отклонения в клетках крови коррелирует с повышенным риском развития болезни Альцгеймера, множества типов рака (например, предстательной железы, толстой кишки, простаты и мочевого пузыря) и смертности от всех причин .

Мозаицизм отдельных органов

Клетки всех органов взрослого человека без исключения должны обладать мозаичным геномом. Некоторые из них ученые изучают более пристально - например, клетки головного мозга и кожи. О том, что нам стало известно из таких работ, мы и поговорим ниже.

Мозаичный мозг

Для изучения мозаичности мозг - один из самых интересных органов, поскольку нейроны живут долго по сравнению со многими другими типами клеток. По-видимому, их мозаичность - это очень частое событие, и, скорее всего, геном отдельно взятого нейрона отличается от окружающих его клеток (на «Биомолекуле» даже выходила специальная по этой теме ). Исследованы уже и накопление мутаций с возрастом, и в развивающемся мозге до рождения , . Для этого ученые используют метод изучения одиночных нейронов.

Среди факторов развития мутаций ученые называют, например, и присутствие свободных радикалов, и электромагнитное излучение, и миграцию транспозонов . Частота анеуплоидии и ретротранспозиции в нейронах даже выше, чем в других исследованных тканях.

Как было упомянуто выше, высокая частота мозаичности в нервных клетках приводит к их большому разнообразию и, возможно, даже выполняет эволюционную функцию . Мозаицизм нейронов может влиять на предрасположенность человека к некоторым болезням в дальнейшей жизни. В частности, исследователи называют онкологические заболевания, пороки развития мозга, эпилепсию . Результат всего лишь одного измененного нуклеотида - это конститутивная активация гена AKT2 и последующее развитие тяжелой формы мегалэнцефалии с эпилепсией .

Сейчас активно исследуют связь мозаицизма нейронов и психиатрических расстройств . Это довольно сложная задача: многое остается неизвестно и о самих болезнях, и об их генетической составляющей. По этой причине по инициативе Национального института психического здоровья (NIMH) США был создан специальный проект , чтобы как можно быстрее получить информацию по этой теме (рис. 6).

Рисунок 6. Конечный геном одного нейрона формируют все те изменения, которые мы обсуждали во врезке «Откуда берется соматический мозаицизм» : в частности, это однонуклетотидные варианты (SNV ), вставки-делеции (indel ), структурные варианты CNV , ретроэлементы типа L1 . Цель проекта Brain Somatic Mosaicism Network - связать эти вариации с их многочисленными потенциальными последствиями, как находящимися в пределах нормы, так и ассоциированными с заболеваниями.

Мы изучали геномные мутации в клетках мозга эмбриона. Для этой цели мы вырастили клональные колонии из одиночных нейронных предшественников. Так, мутации, присутствующие у клетки-предшественницы, будут во всех клетках выращенной из нее колонии, и, следовательно, могут быть легко обнаружены секвенированием колонии.

Однако секвенирование определяет и все унаследованные вариации. Чтобы разделить их и приобретенные мутации, мы провели сравнение геномов колоний, выращенных из клеток одного и того же эмбриона. В результате мы определили, что уже в середине беременности в одной-единственной клетке мозга эмбриона присутствует около 400 однонуклеотидных вариантов SNV. Хотя такой результат в какой-то мере был ожидаем, при этом он крайне важен: ранее это не было продемонстрировано в опыте.

Далее, по общим мутациям в разных клетках одного мозга мы установили родственность этих клеток (то есть выяснили, у каких были общие клетки-прародители) и восстановили дерево первых пяти дроблений зиготы. Наша лаборатория - первая, подробно воссоздавшая картину дроблений у человека. Ранее это проделывали только на мышах. При этом анализе мутации использовали как метки дробления. При дроблении в каждой новой клетке появляется в среднем по одной новой мутации-метке. В совокупности с другими данными эти метки позволяют очень точно определить историю на ранней стадии развития эмбриона.

Наконец, мы показали, что скорость мутагенеза и типы накапливаемых мутаций отличаются при дроблении и нейрогенезе. Хоть это тоже не стало сюрпризом для нас, это новое крайне важное наблюдение.
,
заведующий научной лабораторией в Клинике Мэйо,
о своей последней работе по нейрогенезу,
опубликованной в Science .

Лоскутное одеяло кожного мозаицизма

Как уже было упомянуто в исторической сводке, ученые давно занимаются изучением мозаицизма в кожных покровах. «Главное преимущество исследований кожи в том, что её образец легко получить , - рассказывает Алексей Абызов о других работах своей лаборатории. - Мы работали с кожными фибробластами, поскольку они легко доступны, и существуют отработанные методы их извлечения, выращивания и перепрограммирования. Опять же, методы разработали из-за лёгкой доступности фибробластов ». Соматические вариации числа копий генов (CNV) обнаружили почти у каждого третьего фибробласта . В одном-единственном же кожном фибробласте при рождении можно обнаружить тысячу однонуклеотидных замен! Интересно, однако, что паттерн мозаичности кардинально отличается от, например, наблюдаемого в нейронах .

Неудивительно, что в клетках кожи, подверженных воздействию ультрафиолетового излучения, мутаций обнаруживается больше, чем в клетках покрытых одеждой зон . Оказывается, что даже нормальная здоровая кожа, отлично выполняющая свои функции, но попавшая под солнечные лучи, вообще напоминает лоскутное одеяло из тысяч клеточных клонов. Больше четверти из них несут мутации, повышающие риск развития рака.

Как изучить мозаицизм

Как же исследуют постзиготические изменения генома, например, мозаицизм? Для этого обычно используют один из четырех основных дизайнов эксперимента:

анализ различных образцов одного и того же объекта, например, различные ткани или различные популяции клеток;
сравнительный анализ монозиготных (идентичных) близнецов;
анализ образцов одного и того же объекта, но собранных в разное время, например, через определенные промежутки времени в течение жизни одного и того же человека;
детальный анализ образца одного и того же объекта для выявления очень маленьких субпопуляций генетически различающихся клеток.

Что касается методов исследования, то для выявления постзиготических мутаций наиболее часто используют следующие три:

«Общих подходов к изучению мозаичности всего два: изучение одиночных клеток и изучение групп клеток. При анализе одиночных клеток необходимы методики, определяющие мутации с высочайшей степенью достоверности. Это, например, FISH, который позволяет определять большие изменения и перестановки в геноме , - комментирует Алексей Абызов. - На данный момент практически все остальные методики требуют умножения ДНК из одиночной клетки.

Умножение ДНК можно производить лабораторными методами или клонированием одиночных клеток. Лабораторное умножение далеко не идеально и приводит к множеству ошибок в производимой ДНК: например, к замене нуклеотидов, образованию химер (соединению кусков ДНК, которые в изучаемой клетке не были соединены), неравномерному умножению ДНК. Клонирование в этом плане более совершенный метод, но его применяют только на делящихся клетках. Использование искусственных стволовых клеток - способ обойти это препятствие.

В любом случае, как бы ДНК не умножалась, всегда остаётся вопрос: насколько точно мутации в умноженной ДНК совпадают с теми, которые на самом деле присутствовали в клетке? Единогласного мнения у научного сообщества по данному вопросу пока нет, но большинство учёных считает, что сейчас клонирование - это самый лучший способ. Изучение же групп клеток позволяет найти только мутации присутствующие в их существенной части».

Мозаицизм сегодня - зачем пациентам о нем знать?

Многим может показаться, что пока изучение мозаичности генома - удел только ученых в лаборатории, - и что на клиническую практику он еще не повлиял. Конечно, где-то в будущем маячит призрак того, что человеку будут считывать его собственный мозаикóм и, опираясь на эту информацию, улучшать его здоровье (про персонализированную медицину «Биомолекула» уже писала: «От медицины для всех - к медицине для каждого! » ). Но как вовлечь это знание в клиническую практику сегодня, в 2018 году?

На самом деле, уже сейчас исследователи активно пытаются присовокупить исследования мозаицизма эмбрионов к преимплантационному генетическому скринингу и диагностике (ПГД), выявлению некоторых генетических аномалий у эмбриона, - например, при проведении экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) до «подсадки» эмбриона матери . Для получения результатов обычно используют, например, полярное тельце , клетку эмбриона на стадии третьего дня дробления либо несколько клеток из трофобласта бластоцисты. Как уже говорилось выше, мозаицизм хромосом присутствует даже на этих ранних стадиях развития, так что этот материал можно было бы использовать .

Обычно для «подсадки» предпочитают эуплоидных эмбрионов, но иногда таких просто не оказывается в текущем цикле. Сейчас проводят работы по отслеживанию результатов беременностей при переносе анеуплоидных и мозаичных эмбрионов: закончилось ли это выкидышем, нарушением развития ребенка или рождением живого и здорового младенца .

Клинический результат мозаицизма бывает очень разным, и из некоторых эмбрионов-мозаиков вырастают абсолютно здоровые дети. Возможности или желания пойти на следующий цикл ЭКО у пациента может не быть - это недешевая процедура, изматывающая физически и эмоционально. В таких случаях можно обсудить с доктором перенос мозаичного эмбриона, который уже есть.

Какие же эмбрионы точно нельзя выбирать? Больше всего риск при наличии мозаичных трисомий 2, 7, 13, 14, 15, 16, 18 и 21 - у ребенка с высокой вероятностью разовьется соответствующий синдром. Однако риски большие и при обнаружении мозаичных моносомий и других трисомий. При некоторых видах мозаичности, как уже обсуждалось, повышается риск ранней потери беременности.

Уже сейчас появляются рекомендации о том, как должны проводиться консультации врача с пациентами относительно мозаичности эмбриона. Приходится учитывать и то, что, несмотря на потенциальную клиническую пользу от такого анализа, некоторые пациенты могут не хотеть ее получить .

Поскольку ЭКО, сопутствующие анализы и неуспешные беременности и так сопровождаются эмоциональной и финансовой нагрузкой для пациента , новые данные о клинической значимости мозаицизма для рождения живых и здоровых детей необходимы - как и стандартизация отчетов о мозаицизме в ПГД .

Заключение

Хотя наука уже прошла долгий путь в расследовании мозаицизма, самая захватывающая часть ждет впереди. Нам повезло жить на заре эпохи изучения мозаицизма, когда еще столько аспектов этого явления остаются неизученными. Пока что не хватает масштабных когортных исследований , и все еще мало данных по динамике и частоте мозаицизма во многих тканях организма даже у здорового человека - что уж тут говорить о взаимосвязи мозаицизма и рисков развития определенных заболеваний.

«Мы хотели бы разобраться, если будет финансирование, как и какая мозаичность образуется в разных органах до рождения, как она меняется при жизни , - делится планами на будущую работу лаборатории Алексей Абызов. - Используя мутации как метки, хочется понять, как происходит специализация клеток. Например, сколько и каких клеток образуют внутреннюю и внешнюю (трофобласт) массу клеток в бластомере, сколько и каких клеток образуют зародышевые листки и каждый орган ».

Возможно, благодаря усовершенствованию и развитию технологий мы сможем создавать индивидуальные карты генома для каждого и использовать генетический мозаицизм в качестве биомаркера риска некоторых болезней , но пока что это дело будущего. «Есть мечта довести экспериментальную и аналитическую технологии до такого уровня , - продолжает Алексей, - чтобы можно было относительно дешево получить картину раннего развития и общие параметры мозаичности для каждого человека. Возможно, это поможет лучше спрогнозировать здоровье каждого человека и в таком случае будет частью личной медицинской карточки ».

К счастью, серьезных научных групп по изучению мозаицизма уже немало. Особое внимание Алексей Абызов уделяет работам британской лаборатории в Сэнгеровском институте (Wellcome Sanger Institute) под руководством Майкла Стрэттона , а из соотечественников - Дмитрию Горденину из американского Национального института наук об экологии и здоровье (NIEHS).

«Очевидно, что мы никогда не сможем измерить все процессы и мутации во всех клетках даже одного человека. Это связано не с развитием технологий, а с фундаментальными физико-биологическими изменениями , - завершает разговор с „Биомолекулой“ Алексей Абызов. - При исследованиях одиночных клеток мы сталкиваемся с тем, что я называю „принцип неопределённости“ - по аналогии с принципом неопределённости Гейзенберга в квантовой физике. То есть невозможно узнать всё о микрочастице (читай - клетке) без применения воздействия на нее. При текущем уровне развития технологий для изучения клеток мы их должны разрушить. Возможно, в будущем мы сможем изучать их, не разрушая, но в любом случае воздействие на клетку будет сильным.

С другой стороны, в изучении всех клеток нет смысла. Задача науки - находить природные закономерности и улучшать окружающую среду и человеческое общество на их основе. Это, я считаю, нам вполне по силам. Я думаю, что персональный мозаикóм и связанные с ним вещи найдут свое применение в медицине уже на нашем веку ».

Литература

Michael J. McConnell, John V. Moran, Alexej Abyzov, Schahram Akbarian, Taejeong Bae, et. al.. (2017). Intersection of diverse neuronal genomes and neuropsychiatric disease: The Brain Somatic Mosaicism Network . Science . 356 , eaal1641;
Gilad D. Evrony, Xuyu Cai, Eunjung Lee, L. Benjamin Hills, Princess C. Elhosary, et. al.. (2012). Single-Neuron Sequencing Analysis of L1 Retrotransposition and Somatic Mutation in the Human Brain . Cell . 151 , 483-496;
Pray L. (2008). DNA replication and causes of mutation . Nat. Education. 1 , 214;
Lars A. Forsberg, David Gisselsson, Jan P. Dumanski. (2017). Mosaicism in health and disease - clones picking up speed . Nat Rev Genet . 18 , 128-142;
Kevin B Jacobs, Meredith Yeager, Weiyin Zhou, Sholom Wacholder, Zhaoming Wang, et. al.. (2012). Detectable clonal mosaicism and its relationship to aging and cancer . Nat Genet . 44 , 651-658;
Tyl H. Taylor, Susan A. Gitlin, Jennifer L. Patrick, Jack L. Crain, J. Michael Wilson, Darren K. Griffin. (2014). The origin, mechanisms, incidence and clinical consequences of chromosomal mosaicism in humans . Human Reproduction Update . 20 , 571-581;
T. Xu, G. M. Rubin. (2012). The effort to make mosaic analysis a household tool . Development . 139 , 4501-4503;
Rudolf Happle. (2017). The Molecular Revolution in Cutaneous Biology: Era of Mosaicism . Journal of Investigative Dermatology . 137 , e73-e77;
David Mittelman Stress-Induced Mutagenesis — Springer New York, 2013;

Trends in Genetics

Young Seok Ju, Inigo Martincorena, Moritz Gerstung, Mia Petljak, Ludmil B. Alexandrov, et. al.. (2017). Somatic mutations reveal asymmetric cellular dynamics in the early human embryo . Nature . 543 , 714-718;
Родословная нейронов: как носить в себе множество мутаций и выглядеть совершенно здоровым ;
Luca Comai. (2005). The advantages and disadvantages of being polyploid . Nat Rev Genet . 6 , 836-846;
Géraldine Gentric, Chantal Desdouets. (2014). Polyploidization in Liver Tissue . The American Journal of Pathology . 184 , 322-331;
Mitchell J Machiela, Stephen J Chanock. (2017). The ageing genome, clonal mosaicism and chronic disease . Current Opinion in Genetics & Development . 42 Smoking is associated with mosaic loss of chromosome Y . Science . 347 , 81-83;
Je H. Lee. (2018). Tracing single-cell histories . Science . 359 , 521-522;
Taejeong Bae, Livia Tomasini, Jessica Mariani, Bo Zhou, Tanmoy Roychowdhury, et. al.. (2018). Different mutational rates and mechanisms in human cells at pregastrulation and neurogenesis . Science . 359 , 550-555;
M. A. Lodato, M. B. Woodworth, S. Lee, G. D. Evrony, B. K. Mehta, et. al.. (2015). Somatic mutation in single human neurons tracks developmental and transcriptional history . Science . 350 , 94-98;
Alexej Abyzov, Livia Tomasini, Bo Zhou, Nikolaos Vasmatzis, Gianfilippo Coppola, et. al.. (2017). One thousand somatic SNVs per skin fibroblast cell set baseline of mosaic mutational load with patterns that suggest proliferative origin . Genome Res. . 27 , 512-523;
Alexej Abyzov, Jessica Mariani, Dean Palejev, Ying Zhang, Michael Seamus Haney, et. al.. (2012). Somatic copy number mosaicism in human skin revealed by induced pluripotent stem cells . Nature . 492 . Fertility and Sterility . 107 , 6-11;
Ariel Weissman, Gon Shoham, Zeev Shoham, Simon Fishel, Milton Leong, Yuval Yaron. (2017). Chromosomal mosaicism detected during preimplantation genetic screening: results of a worldwide Web-based survey . Fertility and Sterility . 107 , 1092-1097.

Краткий ответ:

Геном человека - совокупность наследственного материала, заключенного в клетке человека. Человеческий геном состоит из 23 пар хромосом, находящихся в ядре, а также митохондриальной ДНК. Двадцать две аутосомные хромосомы, две половые хромосомы Х и Y, а также митохондриальная ДНК человека содержат вместе примерно 3,1 млрд пар оснований.

В ходе выполнения проекта «Геном человека» была определена последовательность ДНК всех хромосом и митохондриальной ДНК. Полное секвенирование выявило, что человеческий геном содержит 20 000-25 000 генов.

Ген – участок молекулы ДНК, несущий информацию об одном белке, а следовательно об одном признаке.

Полный ответ:

базовые регуляторные элементы генома

Также в отдельную группу элементов генома принято выделять регуляторные участки. В эту группу входят как базовые элементы, такие как промоторы, так и не менее важные дополнительные регуляторные элементы энхансеры, сайленсеры, инсуляторы. В геноме человека их насчитывается несколько сотен тысяч, что составляет порядка 10% генома.

Геномные мутации характеризуются изменением числа хромосом. У человека известны полиплоидия (в том числе тетраплоидия и триплоидия) и анеуплоидия.

Полиплоидия - увеличение числа наборов хромосом, кратное гаплоидному (Зn, 4n, 5n и т.д.). Причины: двойное оплодотворение и отсутствие первого мейотического деления. У человека полиплоидия, а также большинство анеуплоидий приводят к формированию леталей.

Анеуплоидия - изменение (уменьшение - моносомия, увеличение - трисомия) числа хромосом в диплоидном наборе, т.е. не кратное гаплоидному (2n+1, 2n-1 и т.д.). Механизмы возникновения: нерасхождение хромосом (хромосомы в анафазе отходят к одному полюсу, при этом на каждую гамету с одной лишней хромосомой приходится другая - без одной хромосомы) и «анафазное отставание» (в анафазе одна из передвигаемых хромосом отстаёт от всех других).

Трисомия - наличие трёх гомологичных хромосом в кариотипе (например, по 21-й паре, что приводит к развитию синдрома Дауна; по 18-й паре - синдрома Эдвардса; по 13-й паре - синдрома Патау).

Моносомия - наличие только одной из двух гомологичных хромосом. При моносомии по любой из аутосом нормальное развитие эмбриона невозможно. Единственная совместимая с жизнью моносомия у человека - по хромосоме X - приводит к развитию синдрома Шерешевского-Тернера (45,Х0)

113.Генетическая мозаичность клеток организма. Механизмы возникновения.

Краткий ответ:

1-Мозаицизм (генетический мозаицизм, хромосомный мозаицизм, «мозаичная форма», «мозаичный кариотип») - наличие в тканях (растения, животного, человека) генетически различающихся клеток.

2-генетический мозаицизм-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 или ограничена клетками какой-либо одной ткани.

Полный ответ:

Многоклеточный организм, клеточные популяции которого различны по генетической конституции, именуется мозаик.

Понятие мозаицизма связано с понятиями трисомии и анеуплоидии.

Может возникать в результате:

1)перераспределения (кроссинговер) в соматических клетках,
2)соматических мутаций в зиготе или на ранних стадиях дробления;
3)Сегрегации (процесс продольного расщепления хромосом на хроматиды (дочерние хромосомы) в митозе с последующим их расхождением к разным полюсам)хромосом при делении клеточного ядра (митозе).

114. Лайонизация. Механизм и биологическое значение.

Лайонизация – процесс инактивации одной из двух Х-хромосом в клетках женского организма, с образованием неактивного гетерохроматина (полового хроматина). Этот процесс обеспечивает дозовую компенсацию генов в женских клетках, чтобы с двух Х-хромосом не образовывалось вдвое больше РНК, чем в клетках мужского организма, имеющих только одну Х-хромосому.

Механизм. На неактивной Х-хромосоме экспрессируется специальный ген (XIST). Продукт экспрессии этого гена (Белок-некодирующая РНК) накапливается и распределяется по Х-хромосоме, образуя вокруг нее оболочку. Это происходит на уровне низкого ацетилирования гистонов и их замещения на другие гистоны. Хромосома инактивируется.

Полный ответ:

Лайонизация (lyonisation) [по имени М. Лайон] - гипотетический механизм компенсации дозы генов X-хромосомы, выражающийся в инактивации одной из двух Х-хромосом у женщин. Согласно гипотезе М. Лайон (1962 г.), по имени которой назван этот механизм, инактивация X-хромосомы происходит в раннем эмбриогенезе, осуществляется случайным образом (инактивированной может быть либо отцовская, либо материнская X-хромосома), затрагивает целиком всю X-хромосому и характеризуется устойчивостью, передаваясь клеточным потомкам.

Фенотипическое проявление Х-сцепленных признаков у женщин сильно зависит от случайнойинактивации одной из Х-хромосом. На ранней стадии развития эмбриона в каждой соматической клетке инактивируется одна Х-хромосома, которая может быть с равной вероятностью отцовской или материнской. Инактивация устойчива, поэтому все потомство исходной клетки наследует те же активную и неактивную Х-хромосомы. Таким образом, организм каждой женщины мозаичен, причем в среднем половина клеток экспрессирует отцовскую Х-хромосому, а половина - материнскую.

Если одна из Х-хромосом несет мутантный ген, то примерно половина клеток будет иметь нормальный фенотип, а другая половина - измененный. Это соотношение может стать иным, если вероятность выживания одного из клонов выше.

У гетерозиготной женщины наличие и степень тяжести болезни определяется соотношением клеток с активными мутантными и нормальными Х-хромосомами в каждой ткани.

В каждой клетке женского организма неактивную Х-хромосому можно выявить как плотное скопление хроматина - тельце Барра. Неактивная Х-хромосома реплицируется позднее, и ее ДНК метилирована в большей степени. Полагают, что метилирование ДНК играет роль в поддержании инактивации Х-хромосомы. Ген XIST транскрибируется только с неактивной Х-хромосомы и также необходим для инактивации, однако молекулярный механизм этого явления не изучен.

Случайный характер инактивации Х-хромосомы - важнейший фактор, определяющий проявление многих Х-сцепленных болезней у женщин. Выявление фенотипических изменений у гетерозигот зависит от того, насколько тщательно проведено обследование, и иногда от возраста обследуемого. Например, недостаточность орнитинкарбамоилтрансферазы у гетерозигот может протекать бессимптомно, иногда выявляют незначительную непереносимость белков, но у других больных периодически возникает гипераммонийная кома, которая может привести к летальному исходу. У гетерозиготных женщин иногда выявляются симптомы болезни при миопатии Дюшенна,гемофилии A и болезни Фабри. У гемизиготных мужчин симптомы болезни более устойчивы и выражены сильнее, чем у гетерозиготных женщин. Иногда биохимические нарушения происходят только в некоторых клетках, приводя к мозаицизму, например при хориоидеремии и некоторых формах Х-спепленного глазного альбинизма. Если при этом изменен продукт клеточной секреции, то степень проявления дефекта, например активность фактора свертывания VIII пригемофилии A , зависит от соотношения пораженных и нормальных клеток во всей ткани.

Вопрос №115

В чём заключаются трудности и преимущества изучения генетики человека?

Изучение генетики человека связано с биологическими и социально-этическими трудностями.

Биологические:

1) позднее половое созревание

2) малочисленное потомство у одной пары родителей
3) в основном моноплодная беременность (исключение - близнецы)

4) большой срок беременности

5) медленная смена поколений (20 - 25 лет)

6) особенности кариотипа (большое число хромосом и др.)

7) фенотипический полиморфизм (многообразие фенотипов).

Социально-этические:

1) невозможность направленных скрещиваний в интересах исследователя (невозможность применения гибридологического метода)

2) отсутствие точной регистрации наследственных признаков (проводится не всегда и не везде)

3) невозможность создания одинаковых условий жизни для всех людей.

Однако у человека есть и преимущества перед другими генетическими объектами:

1) способность воспринимать информацию и абстрактно мыслить

2) высокая численность популяций, доступных для изучения

3) возможность регистрации наследственных признаков в течение длительного времени

4) использование гибридизации соматических клеток для генетического анализа.

_____________________________________________________________________________

Антропогенетика (генетика человека) - раздел генетики, изучающий наследственность и изменчивость у человека. Из генетики человека выделяется медицинская генетика, исследующая механизмы развития наследственных болезней, возможности их лечения и профилактики.

116.Клинико-гениалогический метод.

Клинико-генеалогический метод включает три основных этапа: клиническое обследование, составление родословной и генеалогический анализ. При составлении родословных принято использовать унифицированные символы. При составлении родословной желательно получить сведения о максимальном количестве родственников 3-4 поколений. Далее, внизу под родословной записывается легенда (данные о состоянии здоровья родственников, причинах и возрасте смерти и др.) и указывается дата составления этого документа. Использование клинико-генеалогического метода предполагает плательное клиническое обследование всех членов родословной с целью выявлена у них стертых или атипичных признаков заболевания. Сбор анамнестических данных проводится по определенной схеме:

Полученные данные записываются в этой последовательности в медико-генетическую карту. При составлении родословных необходимо учитывать наличие и характер профессиональных вредностей (особенно для родителей, имеющих детей с врожденными пороками развития или хромосомной патологией), факторов, влияющих на возникновение патологии плода и новорожденного (прием лекарственных препаратов, заболевания матери, воздействие химических и радиационных мутагенов), время их действия (до или во время беременности). Заключительный этап - анализ родословной.

Полный ответ:

Клинико-генеалогический метод включает три основных этапа: клиническое обследование, составление родословной и генеалогический анализ. При составлении родословных принято использовать унифицированные символы. Составление родословной начинается с пробанда (от англ. probe - зондирование), т.е. с лица, первым попавшего в поле зрения исследователя. Чаще всего им оказывается больной или носитель признака. Однако им может быть и любой родственник больного, обратившийся за медико-генетической консультацией. Всех детей одной супружеской пары называют сибсами (от англ. аббревиатуры SIBS: Sisters - BrotherS). Если общим у братьев и сестер является только один из родителей, их называют полусибсами. В родословной сибсы располагаются в порядке рождения горизонтально слева направо, начиная со старшего. При составлении родословной желательно получить сведения о максимальном количестве родственников 3-4 поколений. Чаще всего родословная бывает представлена последовательными, соединенными между собой горизонтальными рядами, однако, втом случае, если членов родословной оказывается очень много, эти ряды могут быть представлены в виде концентрических окружностей. Все члены одного поколения располагаются строго в одном ряду. Ряды поколений обозначают римскими цифрами. Представители одного поколения нумеруются арабскими цифрами, последовательно - слева направо. Таким образом, каждый член родословной имеет свой шифр двоичной системы, например- 1-1,II-1, II-2 и т.д. Необходимо указывать возраст всех членов родословной, так как некоторые заболевания проявляются в различные периоды жизни. Супруги родственников пробанда, если они здоровы, могут не изображаться. При рассмотрении нескольких признаков прибегают к буквенным или штриховым изображениям внутри символов. Далее, внизу под родословной записывается легенда (данные о состоянии здоровья родственников, причинах и возрасте смерти и др.) и указывается дата составления этого документа. Использование клинико-генеалогического метода предполагает плательное клиническое обследование всех членов родословной с целью выявлена у них стертых или атипичных признаков заболевания. Иногда это оказывается возможным только с помощью дополнительных параклинических методов исследования (например, рентгенологических, биохимических, электрофизилогических, морфологических и других). При невозможности обследования всех членов родословной сбор информации о наличии в семье пробанда заболеваний или признаков, указывающих на таковое, можно проводить разными методами. Например, путем опроса или анкетирования. К сожалению, в настоящее время составление родословных представляет собой сложную задачу, вследствие того, что люди зачастую имеют скудные, отрывочные или неточные сведения о своих родственниках и состоянии их здоровья. Все это затрудняет постановку диагноза. Сбор анамнестических данных проводится по определенной схеме:

1. Сведения о пробанде - анамнез заболевания, включающий начальные признаки и возраст их манифестации, последующее течение болезни; если это ребенок - сведения о раннем психомоторном и последующем умственном и физическом развитии.

2. Данные о сибсах (братьях и сестрах) и родителях пробанда - возраст, здоровы или больны, проведение аналогии с заболеванием пробанда в случае болезни.

3. Сведения о родственниках со стороны матери (родители, их дети, внуки).

4. Сведения о родственниках со стороны отца (родители, их дети, внуки).

Полученные данные записываются в этой последовательности в медико-генетическую карту. Чем больше родственников пробанда будет непосредственно опрошено или обследовано, тем выше шансы на получение более достоверных и полезных сведений, так как наследственные заболевания в семье часто скрываются или неправильно диагностируются. Необходимо внимательно анализировать сообщения об инфекциях и травмах, характер течения которых может указывать на сопутствующее наследственное заболевание или предрасположенность к нему. Важно учитывать генетическую гетерогенность и варьирующую экспрессивность наследственных заболеваний. При сборе анамнестических данных необходимо выяснять акушерский анамнез у женщин: как протекала беременность, на каком фоне она наступила, подробности о всех случаях спонтанных абортов, мертворождений, наличии бесплодных браков и ранней детской смертности, что наиболее важно при подозрении на хромосомную патологию. Следует отмечать девичьи фамилии женщин и место жительства семьи и предков, национальность, что помогает выявить кровно-родственные браки, которые увеличивают вероятность рождения детей с АР наследственным заболеванием. Если родители пробанда родом из одного небольшого по числу жителей населенного пункта (особенно изолированного геофафически), можно предположить, что они имеют общих предков, а, следовательно, и общие патологические гены (случайный инбридинг). При составлении родословных необходимо учитывать наличие и характер профессиональных вредностей (особенно для родителей, имеющих детей с врожденными пороками развития или хромосомной патологией), факторов, влияющих на возникновение патологии плода и новорожденного (прием лекарственных препаратов, заболевания матери, воздействие химических и радиационных мутагенов), время их действия (до или во время беременности). Заключительный этап - анализ родословной - требует хорошего знания критериев типов наследования, которые представлены в наших статьях. Кроме того, необходимо учитывать возможность фенокопий наследственных заболеваний.

117. Современные методы цитогенетики.

Краткий обзор:

Цитогенетика - раздел генетики, изучающий закономерности наследственности во взаимосвязи со строением и функциями органоидов, в особенности хромосом. Методы цитогенетики включают в себя анализ G-бэндинга, флуоресцентную in situ гибридизацию, сравнительную геномную гибридизацию и другие. Часто задачей цитогенетического анализа является определение патологического кариотипа.

Полный ответ:

Цитогенетический метод исследования – анализ, с помощью которого можно установить имеющиеся изменения в хромосомном аппарате. В первую очередь выясняются аномалии в самом наборе хромосом, а также наличие разнообразных структурных перестроек. Такое цитогенетическое исследование чаще всего применяется для своевременной диагностики врожденных и опасных приобретенных заболеваний.

К стандартным процедурам цитогенетического анализа крови относится кариотипирование. С его помощью выявляют нарушения в количестве и структуре хромосом. Для анализа кариотип, забор клеток крови держат в питательной среде на протяжении 3 суток. Затем происходит фиксация полученного материала и изучение под микроскопом. На данных этапах нужно тщательно проследить за качеством специальных окрашивающих препаратов и уровнем подготовки персонала. Существует также цитогенетическое исследование плода, его назначают при различных подозрениях на генетические отклонения или при неправильном раннем внутриматочном развитии. Цитогенетическое исследование костного мозга назначают пациентам с различными видами злокачественных заболеваний в органах системы кроветворения. Во время этого анализа оценивается не менее 20 клеток. На ранних сроках беременности может потребоваться цитогенетическое исследование хориона. Его проводят на 10-14 неделе беременности с целью исключения хромосомных болезней плода, таких как синдром Дауна, болезнь Хантера, b-талассемия и еще около 50 различных отклонений и заболеваний.