Anomalii în combinația cromozomilor sexuali (mozaicism). Cromozomi sexuali. Mozaicism cromozomial Nivel scăzut de mozaicism pe cromozomi individuali

65. Cum apare mozaicismul cromozomial?

Mozaicismul este prezența într-un organism de linii celulare cu un set cromozomial diferit. În majoritatea cazurilor, mozaicismul se referă la cromozomii sexuali și apare dintr-o eroare în duplicarea sau divergența cromozomilor în timpul uneia dintre diviziunile celulare într-un stadiu incipient al embriogenezei. În mitoza normală, cromozomii sunt duplicați și fiecare dintre diviziunile rezultate primește un set complet de aceștia. Mozaicismul apare atunci când cromozomii nu diverg sau migrația lor către polii celulei este perturbată (decalaj anafazic). De regulă, cu cât proporția de celule cu un set de cromozomi anormal este mai mare, cu atât fenotipul anormal este mai pronunțat. La rândul său, cu cât apare mai devreme în procesul de dezvoltare a embrionului mozaicism, cu atât este mai mare proporția de celule cu un set de cromozomi anormali.

66. Care este cauza chimeriamului?

Cuvântul „himeră” este preluat din mitologia greacă. Homer a descris această creatură fabuloasă cu capul unui leu, corpul unei capre și coada unui balaur. Citogenetica numește himerism prezența în același organism a două sau mai multe linii celulare provenite din zigoti diferiți. Cel mai adesea, himerismul apare datorită amestecării celulelor sanguine ale gemenilor heterosexuali frățiți. În acest caz, himeric! organismul are un cariotip 46, xx / 46, xy. Cauza himerismului poate fi, de asemenea, pătrunderea celulelor unui geamăn neviabil într-una viabilă. Mai puțin frecvent, există încorporarea a doi zigoti într-un embrion.

PUNCTE CHEIE: RISCUL DEFECTELOR PATRIMONIALE

Dacă ambii părinți sunt mozaicism cromozomial, chimeriama, riscul reapariției acestuia este de 25%.

Numărul copiilor bolnavi deja prezenți într-un cuplu parental dat nu joacă un rol. Deoarece fiecare proces de purtare a unui embrion în corpul unei femei sau animale femele vivipare, inclusiv fertilizarea, mișcarea unui ovul fertilizat prin oviduct, implantarea în peretele uterului, creșterea și dezvoltarea fătului datorită substanțelor nutritive primite de la mama prin placenta; se încheie cu nașterea.

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

Riscul amiotrofiei Duchenne la un copil cu purtător la mamă este de 25%. Boli ereditare. Cauzată de mutații cromozomiale sau genetice, manifestate prin tulburări metabolice sau defecte de dezvoltare (de exemplu, boala Down, fenilcetonurie).

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

La toți pacienții cu sindrom Down, cariotipul trebuie determinat pentru a exclude translocația ereditară a cromozomului 21, deoarece este însoțită de un risc ridicat de renăscere a unui copil bolnav ^ din aceeași pereche parentală.

67. Care este riscul transmiterii unei boli moștenite recesiv dacă părinții sunt veri primari sau veri secundari?

Un văr și o soră pot avea mai multe tulburări moștenite recesiv. Au 1/8 din gene identice, deci copilul va fi homozigot pentru 1/16 din loci genetice. La verii secundari, doar 1/32 din gene sunt identice. Riscul de a avea un copil cu un defect ereditar sever sau fatal în căsătoria unui văr și a unui frate este de 6%, pentru un văr secund și un frate - 1%.

& nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp6822
Data publicatiei: 24 martie 2012

& nbsp & nbsp & nbsp & nbsp

Aceasta este o afecțiune în care celulele unei persoane au o natură genetică diferită. Această afecțiune poate afecta orice tip de celulă, inclusiv:

• Celule de sânge
• Sperma
• Celulele pielii

Cauze

Mozaicismul este cauzat de o eroare în diviziunea celulară chiar la începutul dezvoltării copilului nenăscut. Exemple de mozaicism includ:

• Mozaic sindrom Down
• Mozaic
• Mozaicul sindromului Turner

Simptome

Simptomele variază de la o persoană la alta și sunt foarte greu de prezis. Atunci când o persoană are atât celule normale, cât și celule anormale, este posibil ca problemele să nu fie la fel de grave. Mozaicismul poate fi găsit prin evaluarea cromozomilor. Acesta este de obicei descris ca procentul de celule în cauză. Bărbații au de obicei 46 de cromozomi XY, iar femeile au de obicei 46 de cromozomi XX. Probabil că testele vor trebui repetate pentru a confirma rezultatele și pentru a ajuta la determinarea tipului și severității mozaicismului.

Tratament

Tratamentul va depinde de tipul de tulburare genetică. Pacienții cu mozaic pot necesita un tratament mai puțin intensiv decât cei cu forma tipică a bolii, deoarece doar unele dintre celulele lor sunt anormale. Prognosticul depinde de cât de mult mozaicismul a afectat organele și țesuturile din corp (cum ar fi creierul sau inima). Este dificil de prezis consecințele de a avea două linii celulare diferite la o singură persoană. În general, pacienții cu un procent ridicat de celule anormale au aceleași perspective ca și persoanele cu forma tipică a bolii. Pacienții cu un procent scăzut de anomalii celulare anormale vor fi minime. Nu pot descoperi că au modele de mozaic până nu au născut un copil care are o formă tipică (fără mozaic) a bolii. Complicațiile variază în funcție de tipul și procentul de celule afectate de schimbarea genetică. Diagnosticarea mozaicismului poate duce la confuzie și incertitudine. Un consilier genetic vă poate ajuta să diagnosticați și să testați.

Indivizii sunt numiți mozaicuri genetice - produsele unui zigot, în corpul căruia coexistă două sau mai multe populații de celule cu genotipuri diferite.

Orez. 10.

Orez. unsprezece.

Orez. 12.

Orez. 13.

Mozaicismul cromozomial apare în etapele de dezvoltare pre-implantare datorită nedisjunctiunii cromozomilor în timpul clivajului blastomerilor. Subdivizat în:

mozaicism mitotic - apare ca rezultat al nedisjunctiunii cromozomilor în timpul clivajului unui zigot normal diploid și este însoțit de formarea unei clone de celule trisomice (toate celulele monosomale, cu excepția a 45, X celulele neviabile sunt eliminate rapid) cu un cromozomul matern sau patern dublat;

mozaicism meiotic - apare din cauza pierderii unui cromozom suplimentar din zigotul trisomic, care a apărut ca urmare a segregării eronate a cromozomilor în meioză. În acest caz, se formează o clonă diploidă de celule și se păstrează o clonă de celule cu trisomie.

Orez. paisprezece.

Nedisjunctia cromozomilor apare mai des în corion și placentă. În aceste organe, se formează clone cu trisomie și persistă mult timp, în timp ce celulele embrionului în sine au un cariotip diploid normal. Acest fenomen se numește mozaicism limitat de placentă și este relativ frecvent atunci când embrionii sunt cariotipați pentru diagnostic prenatal. Localizarea clonei aneuploide în embrion și dimensiunea acesteia depind de stadiul de dezvoltare la care s-a produs nedisjuncția cromozomială, care este viabilitatea și potențialul proliferativ al unei clone de celule cu un cariotip anormal.

Alocarea proiectării

• 1. Desenați o diagramă a originii următoarelor organisme mozaice:
  • A) 46, XX / 45, XO
  • B) 46, XX / 48, XXYY
  • B) 45, XO / 47, XXX
  • D) 46, XX / 46, XY
• 2. A) În procesul de gametogeneză la o femeie, se elimină o figură de diviziune. Determinați numărul de cromozomi posibili în ovocit dacă eliminarea are loc în metafaza - I și metafaza - II a meiozei.
• B) În timpul mitozei (în anafază), persoana nu s-a dispersat: o pereche de cromozomi, două perechi de cromozomi. Câți cromozomi vor exista în celulele fiice?
• C) În cultura de țesut uman, un cromozom a fost eliminat. Câți cromozomi vor exista în celulele fiice dacă eliminarea are loc în diferite faze ale mitozei?
• 3. Efectuați o analiză comparativă a cariotipului oamenilor și maimuțelor.

Teste de control pe termen mediu

• 1. Setul diploid de cromozomi umani conține:
  • A) 23 de cromozomi
  • B) 46 de cromozomi
  • B) 69 de cromozomi
  • D) 96 de cromozomi
• 2. Autozomii includ:

D) datorită nedisjunctiei cromozomilor în timpul clivajului blastomerilor

8. Mozaicismul cu placenta limitată este observat cu:

• A) nedisjunctia cromozomilor in mitoza
• B) nedisjunctia cromozomilor in meioza
• C) nedisjunctia cromozomilor din corion si placenta
• D) nedisjunctia cromozomilor in spermatogeneza si oogeneza

9. Cauzele trisomiilor sunt

A) mutații punctuale

B) nedisjunctia cromozomilor

C) cromozomii întârziați în anafază

D) blocarea fusului de fisiune

10. În mozaicurile genetice:

• A) o populație de celule
• B) două populații de celule cu aceleași genotipuri
• C) două sau mai multe populații de celule cu genotipuri diferite
• D) trei populații de celule cu genotipuri diferite

Dacă totuși crezi că toate celulele din corpul tău au același genom, atunci ne grăbim să te dezamăgim. Există posibilitatea ca un individ să nu găsească nici măcar două celule cu ADN complet identic. Amenință acest lucru ceva, de ce oamenii de știință studiază cu entuziasm mozaicismul și modul în care celebrul cercetător al variațiilor genomice din laboratorul de la Clinica Mayo vede viitorul acestui domeniu ( Clinica Mayo), al cărui grup a postat recent un nou articol pe această temă?

În corpul unui adult, există aproximativ 10 14 celule de două sute de tipuri diferite. Pentru o lungă perioadă de timp, s-a crezut că genomul tuturor celulelor este același, iar diferențele în ceea ce privește aspectul și funcțiile lor sunt determinate de un set de gene „de lucru”. Cu toate acestea, chiar și la prima vedere, totul nu este atât de simplu. În celulele germinale, setul de cromozomi este pe jumătate, iar genomul celulelor imune se modifică după recombinarea V (D) J pentru a codifica o mare varietate de regiuni variabile ale imunoglobulinelor limfocitelor B și ale receptorilor celulelor T de pe limfocitele T.

Acum oamenii de știință vin cu o afirmație și mai radicală. Poate că, dintr-o sută de trilioane de celule, nu vor fi nici măcar două cu un genom complet identic - datorită mutațiilor care se acumulează în timpul embriogenezei și în timpul vieții unui organism.

Deși, în general, ADN-ul se reproduce cu o precizie destul de mare, polimeraza face uneori greșeli și introduce fie nucleotida greșită, fie cantitatea greșită. Frecvența unor astfel de erori este de aproximativ una din 100.000 de nucleotide. Se pare că numărul nu pare mare, ci doar gândiți-vă câte erori este pe imensul nostru genom! Din fericire, marea majoritate a acestor defecte sunt corectate prin munca neobosită a sistemelor de reparare a ADN-ului. Dar unele erori de replicare încă evită această supraveghere și devin mutații permanente.

Conform celor mai minime estimări, vor exista mai mult de 10 16 substituții nucleotidice unice pentru întregul genom al unui individ sănătos. În plus, variabilitatea genomului afectează și regiuni mari ale acestuia - mai mari decât o bază nucleotidică - de exemplu, inserții sau deleții ( indels) sau variație a numărului de copii genetice ( CNV). Câte mutații există atunci la o singură persoană? Se pare că această cifră este imensă.

Ei bine, materialul genetic al tuturor celulelor din corp este diferit și fiecare celulă pare să joace rolul unui puzzle separat în imaginea generală a genomului? Și fiecare persoană este genetic „mozaic”? Se pare că da, și acesta este un fenomen normal, dar cuvântul „ mozaicism„Este un termen științific bine stabilit. În mod tradițional, este înțeleasă ca coexistența în cadrul unui organism a cel puțin două linii celulare cu un genom diferit, găsit atât în ​​celulele somatice, cât și în celulele germinale (Fig. 1).

Figura 1. Ce este mozaicismul?Într-o populație de celule normale ( cu sâmburi verzi) se întâmplă ceva care duce la o mutație într-o celulă - acum schematic miez roșu... După un anumit număr de cicluri de diviziune, populația este formată din descendenții celulei mutante și celulele normale, care arată într-adevăr ca un mozaic.

Deși viața unui organism multicelular începe cu o singură celulă, mutațiile se strecoară în ADN chiar din primele diviziuni. Chiar și la naștere, un copil este deja un mozaic genetic - ca să nu mai vorbim de un adult.

« Deja la naștere, există o mulțime de mutații în fiecare celulă - și ambele sunt mutații noi care au apărut în procesul de preimplantare și embriogeneză și moștenite de la părinți Alexey Abyzov, specialist în variații genomice la Clinica Mayo, spune Biomolecule. - Studiul unui „mozaic” individual - totalitatea tuturor modificărilor mozaicului în genomul unei persoane individuale - nu este un simplu interes științific, ci o nevoie urgentă. Astfel de informații vor ajuta la înțelegerea mai bună a stării de sănătate a unei persoane și pot chiar să se aplice în practica clinică.».

Absolvent al Institutului de Fizică și Tehnologie din Moscova, doctor în fizică și matematică D., director al Laboratorului de Științe la Clinica Mayo din 2014, profesor asistent la Colegiul de Medicină al Clinicii Mayo, profesor invitat la Universitatea din Minnesota și Universitatea Yale. Este specializat în variații genomice (în special, mozaicism) și relația lor cu bolile umane.

Publicații selectate:

• (Știință, 2018);
• (Știință, 2017);
• (Genome Res, 2017);
• Mozaicismul numărului de copii somatice în pielea umană dezvăluit de celulele stem pluripotente induse (Nature, 2012);
• Mozaicismul genomic în neuroni și alte tipuri de celule (Humana Press, 2017).

Mozaicitatea este unică pentru toată lumea - și este adesea dificil să o urmărești, darămite să prezici rezultatul. Manifestările sale clinice depind de mulți factori, pe care îi vom lua în considerare mai jos, analizând mai atent mozaicismul în embriogeneză și vorbind puțin despre mozaicismul din organismul adult.

Mozaicismul a fost găsit și în multe alte specii de animale în afară de oameni. Un exemplu viu de mozaicism îl reprezintă unele cazuri de heterocromie a irisului (Fig. 2).

Figura 2. Heterocromia irisului în unele cazuri apare tocmai din cauza mozaicismului. Se întâmplă atât la oameni, cât și la animale. Figura arată un caz de heterocromie completă, când culoarea ochilor este complet diferită.

Originile studiului mozaicismului: nașterea conceptului

Era cercetării acestui fenomen a început cu mai bine de 120 de ani în urmă - cu mult înainte de descoperirea ADN-ului. Însuși conceptul de mozaicism (fără introducerea termenului) a fost propus de Alfred Blashko în 1895 când se discuta despre originea nevului epidermic liniar (pata congenitală de pigment colorat care iese ușor deasupra pielii și se întinde într-o linie) etc. Liniile lui Blaszko, care, după cum ați putea ghici, au fost numite după el. Faptul că a fost dermatolog nu este surprinzător: pielea este un organ vizual și ușor accesibil pentru cercetare - iar viitorii săi colegi au studiat ulterior activ variațiile genomului celulelor pielii.

Termenul în sine a fost propus de zoologul german Valentin Haiker în 1904 atunci când a descris „distribuția ca mozaic” a caracteristicilor diferitelor părți ale corpului. Geneticienii și zoologii plantelor din anii următori au folosit în mod interschimbabil termenii „mozaicism” și „himerism sectorial”.

Cu toate acestea, dermatologii au uitat în siguranță opera lui Alfred Blashko timp de o jumătate de secol: mențiuni au apărut doar în două manuale olandeze, dintre care unul a fost tradus ulterior în germană. Cercetătorul a fost amintit din nou abia în anii '70. Robert Jackson și Rudolph Hepple și-au descoperit independent opera și liniile lui Blaschko în 1976, iar al doilea a sugerat legarea ideii de inactivarea cromozomului X în embriogeneză. La scurt timp, conceptul de mozaicism a devenit ferm stabilit în viața profesională a dermatologilor.

În 1983, odată cu dezvoltarea tehnologiei, Juan Hemke ( Juan Chemke) cu colegii au văzut forma mozaicului trisomiei 18, în care unele dintre celule conțin doi 18 cromozomi, iar altele conțin trei. Mai târziu, mozaicismul a fost înregistrat în diferite boli ale pielii.

Acum mozaicismul este studiat foarte activ, iar oamenii de știință sunt ghidați nu numai de interesul aplicat. " De mult s-a înțeles că mozaicismul poate fi fundamental pentru înțelegerea modului în care funcționează corpurile noastre. Dar studiul acestui proces, pe lângă relația evidentă cu sănătatea, prezintă un interes științific estetic. Studierea mozaicismului celulei, această unitate minimă de viață, este, de asemenea, extrem de interesantă.", - spune Alexey Abyzov.

De unde vine mozaicismul somatic?

Următoarele mecanisme moleculare pot fi „de vină” pentru apariția mozaicismului somatic în celulele normale:

Care sunt opțiunile structurale pentru mozaicism?

• SNV(Varianta de nucleotidă unică) - variante de nucleotide unice, atunci când există o schimbare într-un nucleotid la o anumită poziție.
• Indels (în sertie sau del etiune) - inserție scurtă sau ștergere în genom.
• MEI (Inserare element mobil) - inserarea retrotranspozonilor în genom; la om, acestea sunt ALU, LINE1, HERV și SVA.
• CNA (Modificarea numărului de copiere) este o rearanjare cromozomială, când o parte a genomului se dovedește a avea un număr mai mare sau mai mic de copii în comparație cu alte regiuni genomice din același obiect de studiu. Termenul este mai frecvent utilizat pentru a descrie modificări somatice la scară largă în genom, dar este aplicabil oricărei variații mai mari indels.
• LOH (Pierderea heterozigocității) - pierderea heterozigozității. Aceasta este pierderea unei variante a unei gene în acea parte a genomului care era în mod normal heterozigotă, adică conținea două variante ale unei gene.
• Inversia- rearanjarea cromozomială, când o secțiune a genomului este rotită cu 180 de grade.
• Translocare- o rearanjare care duce la îmbinarea ADN-ului a doi cromozomi diferiți.
• Aneuploidie cromozomială- modificarea numărului de copii ale cromozomului sau brațelor acestuia.
• Multiploidy- schimbarea globală a ploidiei genomului.

Figura 3. Variații genetice în corpul uman - care este suma lor totală? Săgeată orizontală roșie figura arată cronologia de la zigot la moarte. Săgețile laterale de intrare- acumularea diferitelor variații de-a lungul vieții: variații ale celulelor liniei germinale ( Gv), Opțiuni de novo (DNV), variații postzigotice ( PZV) și microchimerism, prezența unui număr mic de celule dintr-un alt organism, ( MC). Săgețile laterale de ieșire- procese care duc la scăderea răspândirii genetice: revertant - invers - mozaicism ( RM), când celula revine la starea sa normală din cauza mutației inverse a variantei patologice / mutației și a epuizării celulelor cu variații genetice ( CD). În total, numărul total de modificări genetice dintr-o celulă somatică poate fi scris prin următoarea ecuație: SUM = GV + DNVs + PZV + MC - RM - CD. Pentru mai multe informații despre GWAS, consultați capitolul „ Implicații clinice după naștere: Mozaicismul este bun sau rău?».

Mozaicismul în embriogeneză - ce știm?

Anomaliile cromozomiale grave în stadiile incipiente ale embriogenezei umane sunt foarte frecvente. Cu toate acestea, înțelegerea modului și cu ce viteză se întâmplă acest lucru este destul de limitată. Au fost efectuate studii pe embrioni sănătoși de șoareci, unde oamenii de știință au evaluat acumularea mutațiilor și contribuția celulelor embrionare la țesuturile diferențiate ale unui animal adult. Cu toate acestea, din păcate, sa dovedit a fi imposibil să luați și să transferați aceste date unei persoane: acestea nu coincid. Astfel, ratele ambelor mutații ale liniei germinale și ale mutațiilor somatice sunt semnificativ mai mari la șoareci decât la oameni.

Din fericire, aceste evenimente devin mai ușor de studiat odată cu apariția noilor tehnologii. De exemplu, oamenii de știință britanici examinează literalmente primele zile ale dezvoltării embrionilor umani folosind CRISPR-Cas9. Poate că, în viitorul apropiat, vor apărea date mai exacte despre rata acumulării mutațiilor în embriogeneza umană. Nu trebuie uitat că câteva zeci (50-100) mutații ale celulelor germinale ale părinților săi sunt transmise unui sugar (Fig. 4). După cum se arată în analiza genomului a 78 de familii a doi părinți și a unui copil, într-o generație, rata medie a mutațiilor de novo este 1,20 × 10 –8 per nucleotidă, iar aceste nucleotide din fiecare celulă, pentru o secundă, sunt 3 miliarde.

Ce știm acum? Mozaicismul nu este neobișnuit în stadiul preimplantării. În acest caz, orice mutație poate avea un efect semnificativ asupra întregului organism: un anumit genotip mozaic poate ajunge în multe celule. În plus, în stadiul preimplantării, frecvența mozaicului fluctuează - cel puțin, asta arată studiile asupra embrionilor creați cu ajutorul inseminării artificiale (probabil, procesele merg puțin diferit în timpul concepției naturale). Există sugestii că acest lucru se datorează selecției naturale împotriva embrionului mozaic, în funcție de numărul de celule aneuploide din acesta. (Acest model și alte modele sunt prezentate în Figura 5.)

Figura 5. Studiile embrionilor fertilizați in vitro arată că frecvența modelelor mozaicului scade de la decolteu la stadiile de blastocist și mai multe modele explică de ce este așa. Stânga... Selecția naturală împotriva embrionilor mozaici poate provoca moartea fetală pe baza proporției de celule aneuploide din făt. In centru. Modelul de „epuizare clonală” implică apoptoză sau o scădere a proliferării celulelor aneuploide în embrioni mozaici. Pe dreapta.În cele din urmă, al treilea model descrie mecanismele prin care, în timpul monozomiei și trisomiei, celulele aneuploide pot produce celule cu un număr normal de cromozomi în timpul diviziunii.

În primele zile ale dezvoltării embrionare, conform unor estimări, există trei mutații pe celulă pe celulă cu înlocuirea bazelor nucleotidice. În același timp, celulele din acest stadiu se împart adesea asimetric și, în consecință, aduc contribuții diferite la compoziția celulară într-un organism mai adult.

Apariția variantelor genomice în etapele ulterioare duce la mozaicism, limitat la o anumită zonă a corpului. După cum arată multe studii, frecvența mutațiilor somatice este semnificativ mai mare decât în ​​celulele germinale.

Implicații clinice după naștere: Mozaicismul este bun sau rău?

Ne-am dat deja seama că mozaicismul este un fenomen natural și extrem de comun în corpul uman. Dar care sunt consecințele?

După cum sa menționat, acest lucru depinde de mulți factori. Multe dintre implicațiile clinice ale mozaicismului sunt dificil de surprins și explicat. În plus, este important să se țină seama de prevalența și numărul de celule cu o anumită variație a genomului.

Există sugestii că, în unele cazuri, mozaicismul somatic poate juca în mâinile corpului. De exemplu, frecvența mozaicității în neuroni este extrem de mare. Există o teorie conform căreia acesta este un mecanism evolutiv special pentru a crea o varietate de neuroni și, de fapt, pentru a diversifica numărul de funcții pe care le îndeplinesc (citiți mai multe despre mozaicitatea din creier de mai jos).

Un alt exemplu este poliploidia hepatocitară în ficat la adulți. Deși la animale acest fenomen este mai rar decât la plante, cu toate acestea, ele au și celule cu un număr crescut de cromozomi. Un anumit număr de celule hepatice poliploide se formează în timpul dezvoltării ficatului în timpul embriogenezei. Cu toate acestea, odată cu vârsta și în prezența anumitor boli care duc la afectarea și regenerarea ficatului, prevalența hepatocitelor poliploide crește - în principal în zonele pericentrale ale lobulilor hepatici. Cercetătorii speculează că un astfel de genotip ar putea fi util deoarece poate întârzia deteriorarea ADN-ului, iar copii suplimentare ale genelor vor ajuta la neutralizarea efectelor pierderii mutațiilor funcționale.

Cu toate acestea, în majoritatea cazurilor, mozaicismul este asociat cu consecințe aparent negative. Este strâns asociat cu avorturile spontane, defectele congenitale, întârzierile de dezvoltare și tulburările. În special, trisomia mozaic 21 reprezintă 2-4% din cazurile de sindrom Down. Spre deosebire de trisomia completă, manifestările sindromului asociate cu dezvoltarea generală a corpului și a abilităților intelectuale, în cazul mozaicismului, pot fi mai pronunțate. Sindromul Mozaic Shereshevsky-Turner sau mozaomia mozaicului pe cromozomul X se poate manifesta, de asemenea, mai puțin sever decât forma sa completă. Un alt exemplu de tulburare mozaic este sindromul McCune-Albright, asociat cu o mutație embrionară potențial letală în genă GNAS1... Sindromul Proteus poate fi cauzat de mutații timpurii ale mozaicului într-un oncogen AKT1 care sunt implicate în formarea tumorilor solide.

Mutații ale mozaicului embrionar în gene IDH1și IDH2 asociat cu boala Ollier și sindromul Maffucci. Mutații timpurii ale mozaicului în gene HRAS, KRASși NRAS au fost asociate cu sindromul nevului sebaceu ( nev sebacee), Sindromul Schimmelpenning și sindromul nevului epidermic keratinocitar.

Pericolul ca o mutație dăunătoare să apară în celulele cu un potențial ridicat de divizare nu există doar în embriogeneză. Variația somatică a genomului se acumulează de-a lungul vieții unei persoane... Mozaicismul organelor umane individuale, de exemplu, creierul și pielea, este deja studiat de mai multe grupuri de cercetători (mai multe despre acest lucru mai jos). Ratele de acumulare a mutațiilor, așa cum s-a menționat mai sus, au fost măsurate la șoareci și unele tipuri de celule umane. Cu toate acestea, metodele tehnice nu sunt încă perfecte și este încă dificil să răspundem la întrebarea cât de adult este o mozaică o persoană.

Cu toate acestea, a fost deja posibilă legarea unor tipuri de mozaicism celular și starea de sănătate a unui adult. În special, oamenii de știință au urmărit modul în care celulele fiice ale celulelor stem adulte moștenesc modificări periculoase în genomul predecesorului lor. Acumularea treptată a mutațiilor genetice în aceste celule este asociată cu procesele de îmbătrânire, diverse boli legate de vârstă și oncologice. O mulțime de informații au fost deja colectate despre legătura dintre creșterea mozaicismului la bătrânețe. Un studiu recent, care a inclus analiza genomului a aproape 130.000 de persoane, a confirmat încă o dată că frecvența mozaicismului crește odată cu îmbătrânirea - în special la bărbați (a se vedea caseta de mai jos pentru inegalitatea de gen).

Poate că o altă dintre cele mai studiate consecințe clinice ale mozaicismului este relația sa cu cancerul. O mulțime de informații despre acest subiect au fost deja acumulate, deși încă nu sunt suficiente. Deci, nu este complet clar: cancerul este o consecință a mozaicismului sau pacienții cu cancer au mai multe celule mozaice sau mai multe mutații pe celulă.

Într-un studiu, oamenii de știință au analizat materialul de la 31.717 pacienți cu cancer și 26.136 de persoane sănătoase fără acesta. Au colectat un număr atât de mare de alte 13 lucrări folosind o căutare de asociere la nivel de genom - GWAS ( studii de asociere la nivel de genom). Această metodă ajută la stabilirea legăturilor între diferite variante genetice și manifestările lor fenotipice. Anomaliile mozaice au fost mai frecvente la pacienții cu tumori solide, iar asocierea a fost mai puternică dacă proba a fost luată pentru analiză înainte de diagnostic și inițierea tratamentului. Mozaicismul clonal s-a dovedit a fi comun la cei al căror ADN a fost colectat cu cel puțin un an înainte de a fi diagnosticat cu leucemie, comparativ cu persoanele fără cancer. Mozaicism somatic prin mutații genetice HRAS la om este asociat cu cancerele uroteliale.

Inegalitatea de gen: un mozaicism atât de diferit

Nu este surprinzător faptul că mozaicismul se poate manifesta în moduri diferite la femei și bărbați. De exemplu, mozaicismul cromozomului X este de patru ori mai frecvent decât mozaicismul autozomal.

Cu toate acestea, din punctul de vedere al unui om de știință, mutația este mult mai interesantă pentru cromozomul masculin Y - mai ales atunci când este pierdut. Nu este un secret faptul că bărbații trăiesc mai puțin decât femeile, chiar și în țările dezvoltate cu sisteme de sănătate bune. Cu toate acestea, nu există un răspuns clar de ce se întâmplă acest lucru. LOY, pierderea mozaicului cromozomului Y, care apare la aproape fiecare al cincilea om peste 70 de ani din unele celule, poate ajuta parțial la rezolvarea acestei probleme.

S-a demonstrat că LOY în celulele sanguine se găsește mai frecvent la fumători decât la nefumători și că fumatul are un efect mutagen tranzitor și dependent de doză asupra genomului celulei.

Mai mult, oamenii de știință au demonstrat că LOY poate juca un rol în patogeneza bolilor autoimune rare la bărbați. Găsirea acestei anomalii în celulele sanguine se corelează cu un risc crescut de boală Alzheimer, cu mai multe tipuri de cancer (de exemplu, prostata, colonul, prostata și vezica urinară) și cu mortalitatea din toate cauzele.

Mozaicismul organelor individuale

Celulele tuturor organelor unui adult, fără excepție, trebuie să aibă un genom mozaic. Oamenii de știință studiază unele dintre ele mai îndeaproape - de exemplu, celulele creierului și ale pielii. Ceea ce am învățat din astfel de lucrări va fi discutat mai jos.

Creier mozaic

Pentru studiul mozaicismului, creierul este unul dintre cele mai interesante organe, deoarece neuronii trăiesc mult timp în comparație cu multe alte tipuri de celule. Aparent, mozaicitatea lor este un eveniment foarte frecvent și, cel mai probabil, genomul unui singur neuron diferă de celulele care îl înconjoară (Biomolecula a publicat chiar una specială pe această temă). Acumularea mutațiilor odată cu vârsta și în creierul în curs de dezvoltare înainte de naștere a fost deja investigată. Pentru a face acest lucru, oamenii de știință folosesc metoda de a studia neuronii singulari.

Printre factorii din dezvoltarea mutațiilor, oamenii de știință numesc, de exemplu, prezența radicalilor liberi și a radiațiilor electromagnetice și migrația transpozonilor. Frecvența aneuploidiei și retrotranspunerii în neuroni este chiar mai mare decât în ​​alte țesuturi studiate.

După cum s-a menționat mai sus, frecvența ridicată a mozaicității în celulele nervoase duce la marea lor diversitate și, eventual, chiar îndeplinește o funcție evolutivă. Mozaicismul neuronal poate afecta susceptibilitatea unei persoane la anumite boli mai târziu în viață. În special, cercetătorii numesc boli oncologice, malformații ale creierului, epilepsie. Rezultatul unei singure nucleotide modificate este activarea genetică constitutivă AKT2și dezvoltarea ulterioară a unei forme severe de megalencefalie cu epilepsie.

Conexiunea dintre mozaicismul neuronal și tulburările psihiatrice este investigată activ. Aceasta este o sarcină destul de dificilă: multe lucruri rămân necunoscute despre bolile în sine și despre componenta lor genetică. Din acest motiv, a fost creat un proiect special la inițiativa Institutului Național de Sănătate Mentală al SUA (NIMH) pentru a obține informații despre acest subiect cât mai curând posibil (fig. 6).

Figura 6. Genomul final al unui neuron este format din toate acele modificări pe care le-am discutat în bara laterală „De unde vine mozaicismul somatic?” SNV), inserare-ștergeri ( indel), opțiuni structurale CNV, retroelemente de tip L1... Scopul Rețelei Mozaicismului Somatic Brainic este de a lega aceste variații de numeroasele lor consecințe potențiale, atât normale, cât și asociate bolii.

Am studiat mutațiile genomice în celulele cerebrale embrionare. În acest scop, am crescut colonii clonale de la progenitori neuronali singulari. Astfel, mutațiile prezente într-o celulă progenitoare vor fi prezente în toate celulele unei colonii crescute din aceasta și, prin urmare, pot fi ușor detectate prin secvențierea coloniei.

Cu toate acestea, secvențierea determină și toate variațiile moștenite. Pentru a le separa și mutațiile dobândite, am comparat genomurile coloniilor crescute din celule ale aceluiași embrion. Ca rezultat, am stabilit că deja la mijlocul sarcinii, aproximativ 400 de variante SNV cu nucleotidă unică sunt prezente într-o singură celulă cerebrală embrionară. Deși un astfel de rezultat era într-o oarecare măsură așteptat, este extrem de important: acest lucru nu a fost demonstrat anterior în experiență.

Mai mult, pe baza mutațiilor comune în diferite celule ale aceluiași creier, am stabilit relația acestor celule (adică am aflat care dintre ele aveau celule progenitoare comune) și am restaurat arborele primelor cinci diviziuni ale zigotului. Laboratorul nostru este primul care recreează în detaliu imaginea fragmentării la om. Anterior, acest lucru se făcea doar pe șoareci. În acest test, mutațiile au fost utilizate ca etichete de decolteare. În timpul clivajului, apare în medie o nouă mutație a etichetei în fiecare celulă nouă. Împreună cu alte date, acești markeri permit determinarea foarte precisă a istoriei într-un stadiu incipient al dezvoltării embrionare.

În cele din urmă, am arătat că rata de mutageneză și tipurile de mutații acumulate diferă în clivaj și neurogeneză. Deși nici acest lucru nu a fost o surpriză pentru noi, aceasta este o observație nouă și extrem de importantă.

,
Șef de laborator științific la Clinica Mayo,
despre ultima sa lucrare despre neurogeneză,
publicat în Ştiinţă .

Pilot mozaic pentru piele

După cum sa menționat deja în rezumatul istoric, oamenii de știință au studiat mult timp mozaicismul în piele. " Principalul avantaj al testării pielii este că este ușor să obțineți o probă., - spune Alexey Abyzov despre alte lucrări ale laboratorului său. - Am lucrat cu fibroblaste dermice, deoarece acestea sunt ușor disponibile și există metode dovedite pentru extragerea, creșterea și reprogramarea acestora. Din nou, metodele au fost dezvoltate datorită disponibilității ușoare a fibroblastelor.". Variații somatice ale numărului de copii genetice (CNV) au fost găsite în aproape fiecare a treia fibroblastă. Într-un singur fibroblast cutanat, la naștere pot fi găsite o mie de substituții nucleotidice! Este interesant, totuși, că modelul mozaic este fundamental diferit de, de exemplu, observat la neuroni.

În mod surprinzător, se găsesc mai multe mutații în celulele pielii expuse la radiații ultraviolete decât în ​​zonele acoperite de îmbrăcăminte. Se pare că chiar și o piele normală și sănătoasă, care își îndeplinește perfect funcțiile, dar este expusă razelor solare, seamănă, în general, cu o plapumă patchwork de mii de clone celulare. Mai mult de un sfert dintre aceștia poartă mutații care cresc riscul de cancer.

Cum se studiază mozaicismul

Cum sunt investigate modificările postzigotice ale genomului, de exemplu mozaicismul? Acest lucru se face, de obicei, utilizând unul dintre cele patru modele experimentale de bază:

• analiza diferitelor probe ale aceluiași obiect, de exemplu, țesuturi diferite sau populații diferite de celule;
• analiza comparativă a gemenilor monozigoți (identici);
• analiza eșantioanelor aceluiași obiect, dar colectate în momente diferite, de exemplu, la anumite intervale în timpul vieții aceleiași persoane;
• analiza detaliată a unui eșantion din același obiect pentru a identifica subpopulații foarte mici de celule genetic diferite.

În ceea ce privește metodele de cercetare, următoarele trei sunt cele mai des utilizate pentru a identifica mutațiile postzigotice:

« Există doar două abordări generale pentru studiul mozaicității: studiul celulelor unice și studiul grupurilor de celule. Analiza celulelor individuale necesită tehnici care detectează mutațiile cu cel mai înalt grad de încredere. Acesta, de exemplu, FISH, care vă permite să identificați modificări și rearanjări mari în genom., - comentează Alexey Abyzov. - În acest moment, aproape toate celelalte metode necesită multiplicarea ADN-ului dintr-o singură celulă.

Înmulțirea ADN-ului poate fi realizată prin metode de laborator sau prin clonarea celulelor unice. Înmulțirea în laborator este departe de a fi ideală și duce la producerea multor erori în ADN-ul: de exemplu, substituirea nucleotidelor, formarea himerelor (îmbinarea pieselor de ADN care nu au fost conectate în celula studiată) și multiplicarea inegală a ADN-ului. Clonarea în această privință este o metodă mai avansată, dar este utilizată doar pentru divizarea celulelor. Folosirea celulelor stem artificiale este o modalitate de a ocoli acest obstacol.

În orice caz, indiferent de modul în care ADN-ul se înmulțește, rămâne întotdeauna întrebarea: cât de precis coincid mutațiile din ADN-ul înmulțit cu cele care erau de fapt prezente în celulă? Nu există încă o opinie unanimă în rândul comunității științifice cu privire la această problemă, dar majoritatea oamenilor de știință cred că acum clonarea este cea mai bună cale. Studiul acelorași grupuri de celule vă permite să găsiți doar mutații prezente în partea lor esențială. "

Mozaicismul de azi - de ce ar trebui pacienții să știe despre asta?

Mulți ar putea părea că până acum studiul mozaicității genomului este mulți oameni de știință din laborator și că nu a influențat încă practica clinică. Desigur, undeva în viitor, fantoma unei persoane își va citi propriul mozaic și, pe baza acestor informații, își va îmbunătăți starea de sănătate (despre medicina personalizată „Biomolecula” a scris deja: „ De la medicamente pentru toată lumea - la medicamente pentru toată lumea!"). Dar cum pot fi aduse aceste cunoștințe în practica clinică astăzi, în 2018?

De fapt, deja acum, cercetătorii încearcă în mod activ să adauge cercetarea mozaicismului embrionar la screeningul și diagnosticarea genetică preimplantare (PGD), identificarea unor anomalii genetice la embrion, de exemplu, în timpul fertilizării in vitro (FIV) înainte de a fi efectuată de mamă embrion „replantare”. Pentru a obține rezultatele, de obicei se folosește, de exemplu, un corp polar, o celulă embrionară în stadiul celei de-a treia zile de clivaj sau mai multe celule din trofoblastul unui blastocist. După cum sa menționat mai sus, mozaicismul cromozomial este prezent chiar și în aceste stadii incipiente ale dezvoltării, astfel încât acest material ar putea fi utilizat.

De obicei embrionii euploizi sunt preferați pentru "replantare", dar uneori aceștia pur și simplu nu apar în ciclul curent. Acum se lucrează pentru urmărirea rezultatelor sarcinilor în timpul transferului embrionilor aneuploizi și mozaici: indiferent dacă s-a încheiat cu avort spontan, dezvoltarea afectată a copilului sau nașterea unui copil viu și sănătos.

Rezultatul clinic al mozaicismului este foarte diferit, iar din unele embrioni mozaici cresc copii absolut sănătoși. Este posibil ca pacientul să nu aibă ocazia sau dorința de a merge la următorul ciclu de FIV - aceasta este o procedură costisitoare, epuizantă din punct de vedere fizic și emoțional. În astfel de cazuri, puteți discuta cu medicul despre transferul unui embrion mozaic care există deja.

Ce fel de embrioni nu pot fi selectați exact? Riscul este cel mai mare în prezența trisomiilor mozaic 2, 7, 13, 14, 15, 16, 18 și 21 - copilul este foarte probabil să dezvolte sindromul corespunzător. Cu toate acestea, riscurile sunt mari la detectarea monozomiilor mozaicului și a altor trisomii. Unele tipuri de mozaicitate, după cum sa discutat, cresc riscul pierderii precoce a sarcinii.

Deja, există recomandări despre cum să consultați un medic cu pacienții cu privire la mozaicitatea embrionilor. Trebuie avut în vedere faptul că, în ciuda potențialului beneficiu clinic al unei astfel de analize, este posibil ca unii pacienți să nu dorească să o primească.

De la FIV, testele concomitente și sarcinile nereușite sunt deja însoțite de stres emoțional și financiar pentru pacient, sunt necesare noi date despre semnificația clinică a mozaicismului pentru nașterea copiilor vii și sănătoși - precum și standardizarea rapoartelor privind mozaicismul în PGD.

Concluzie

În timp ce știința a parcurs un drum lung în investigarea mozaicismului, partea cea mai interesantă se află în fața noastră. Suntem norocoși să trăim în zorii erei studiului mozaicismului, când atât de multe aspecte ale acestui fenomen rămân neexplorate. Până în prezent, nu există suficiente studii de cohortă la scară largă și există încă puține date despre dinamica și frecvența mozaicismului în multe țesuturi ale corpului, chiar și la o persoană sănătoasă - ce putem spune despre relația dintre mozaicism și riscuri de a dezvolta anumite boli.

« Am dori să ne dăm seama dacă există finanțare, cum și ce fel de mozaic se formează în diferite organe înainte de naștere, cum se schimbă în timpul vieții, - Alexey Abyzov împărtășește planurile sale pentru munca viitoare a laboratorului. - Folosind mutațiile ca etichete, s-ar dori să înțelegem cum are loc specializarea celulelor. De exemplu, câte și ce celule formează masa internă și exterioară (trofoblast) a celulelor din blastomer, câte și ce celule formează straturile germinale și fiecare organ».

Poate că, datorită îmbunătățirii și dezvoltării tehnologiilor, vom putea crea hărți individuale ale genomului pentru fiecare și vom folosi mozaicismul genetic ca biomarker al riscului anumitor boli, dar deocamdată aceasta este o chestiune de viitor. " Am un vis de a aduce tehnologia experimentală și analitică la acest nivel., - continuă Alexey, - astfel încât o imagine a dezvoltării timpurii și a parametrilor generali ai mozaicismului pentru fiecare persoană poate fi obținută relativ ieftin. Poate că acest lucru va ajuta la prezicerea mai bună a stării de sănătate a fiecărei persoane și, în acest caz, va face parte dintr-un dosar medical personal.».

Din fericire, există deja câteva grupuri științifice serioase pentru studiul mozaicismului. Alexey Abyzov acordă o atenție deosebită activității laboratorului britanic de la Institutul Wellcome Sanger sub conducerea lui Michael Stratton și de la conaționalii săi - lui Dmitry Gordenin de la Institutul Național American de Ecologie și Științe ale Sănătății (NIEHS).

« Evident, nu vom putea măsura niciodată toate procesele și mutațiile din toate celulele, chiar și ale unei singure persoane. Acest lucru nu se datorează dezvoltării tehnologiei, ci schimbărilor fizice și biologice fundamentale., - Alexey Abyzov încheie conversația cu „Biomolecula”. - În studiul celulelor unice, ne confruntăm cu ceea ce eu numesc „principiul incertitudinii” - prin analogie cu principiul incertitudinii Heisenberg din fizica cuantică. Adică, este imposibil să învățați totul despre o microparticula (citiți - o celulă) fără a aplica influență asupra acesteia. La nivelul actual de dezvoltare a tehnologiei pentru studiul celulelor, trebuie să le distrugem. Poate că pe viitor le vom putea studia fără a le distruge, dar în orice caz, efectul asupra celulei va fi puternic.

Pe de altă parte, nu are rost să studiem toate celulele. Sarcina științei este de a găsi legi naturale și de a îmbunătăți mediul și societatea umană pe baza lor. Acest lucru, cred, este la îndemâna noastră. Cred că mozaicul personal și lucrurile conexe își vor găsi aplicația în medicină deja în secolul nostru.».

Literatură

1. Michael J. McConnell, John V. Moran, Alexej Abyzov, Schahram Akbarian, Taejeong Bae, et. al .. (2017). Intersecția diverselor genomi neuronali și a bolii neuropsihiatrice: Rețeaua Mozaicismului Somatic Brainic. Ştiinţă. 356 , eaal1641;
2. Gilad D. Evrony, Xuyu Cai, Eunjung Lee, L. Benjamin Hills, Princess C. Elhosary, et. al .. (2012). Analiza secvențierii cu un singur neuron al retrotranspunerii L1 și mutației somatice în creierul uman. Celulă. 151 , 483-496;
3. Rugați-vă L. (2008). Replicarea ADN și cauzele mutației. Nat. Educaţie. 1 , 214;
4. Lars A. Forsberg, David Gisselsson, Jan P. Dumanski. (2017). Mozaicismul în sănătate și boală - clonele cresc rapid. Nat rev genet. 18 , 128-142;
5. Kevin B Jacobs, Meredith Yeager, Weiyin Zhou, Sholom Wacholder, Zhaoming Wang, et. al .. (2012). Mozaicismul clonal detectabil și relația sa cu îmbătrânirea și cancerul. Nat genet. 44 , 651-658;
6. Tyl H. Taylor, Susan A. Gitlin, Jennifer L. Patrick, Jack L. Crain, J. Michael Wilson, Darren K. Griffin. (2014). Originea, mecanismele, incidența și consecințele clinice ale mozaicismului cromozomial la om. Actualizarea reproducerii umane. 20 , 571-581;
7. T. Xu, G. M. Rubin. (2012). Efortul de a face din analiza mozaicului un instrument casnic. Dezvoltare. 139 , 4501-4503;
8. Rudolf Happle. (2017). Revoluția moleculară în biologia cutanată: era mozaicismului. Journal of Investigative Dermatology. 137 , e73-e77;
9. David Mittelman Mutageneză indusă de stres - Springer New York, 2013;
Rajiv C. McCoy. (2017). Mozaicismul în preimplantarea embrionilor umani: când anomaliile cromozomiale sunt norma. Tendințe în genetică. 33 , 448-463;
10. Young Seok Ju, Inigo Martincorena, Moritz Gerstung, Mia Petljak, Ludmil B. Alexandrov, et. al .. (2017). Mutațiile somatice relevă dinamica celulară asimetrică la embrionul uman timpuriu. Natură. 543 , 714-718;
11. Pedigree al neuronilor: cum să poarte multe mutații și să arate perfect sănătos;
12. Luca Comai. (2005). Avantajele și dezavantajele de a fi poliploid. Nat rev genet. 6 , 836-846;
13. Géraldine Gentric, Chantal Desdouets. (2014). Poliploidizarea în țesutul hepatic. Jurnalul American de Patologie. 184 , 322-331;
14. Mitchell J Machiela, Stephen J Chanock. (2017). Genomul îmbătrânit, mozaicismul clonal și boala cronică. Opinia curentă în domeniul geneticii și dezvoltării. 42 Fumatul este asociat cu pierderea mozaicului cromozomului Y. Ştiinţă. 347 , 81-83;
15. Je H. Lee. (2018). Urmărirea istoricelor cu o singură celulă. Ştiinţă. 359 , 521-522;
16. Taejeong Bae, Livia Tomasini, Jessica Mariani, Bo Zhou, Tanmoy Roychowdhury, et. al .. (2018). Diferite rate mutaționale și mecanisme în celulele umane la pregastrulare și neurogeneză. Ştiinţă. 359 , 550-555;
17. M. A. Lodato, M. B. Woodworth, S. Lee, G. D. Evrony, B. K. Mehta, et. al .. (2015). Mutația somatică în neuronii umani singuri urmărește istoria de dezvoltare și transcripție. Ştiinţă. 350 , 94-98;
18. Alexej Abyzov, Livia Tomasini, Bo Zhou, Nikolaos Vasmatzis, Gianfilippo Coppola, et. al .. (2017). O mie de SNV somatici pe celulă fibroblastică a pielii stabilesc linia de bază a încărcării mutaționale mozaic cu modele care sugerează originea proliferativă. Genom Res.. 27 , 512-523;
19. Alexej Abyzov, Jessica Mariani, Dean Palejev, Ying Zhang, Michael Seamus Haney, et. al .. (2012). Mozaicismul numărului de copii somatice în pielea umană dezvăluit de celulele stem pluripotente induse. Natură. 492 . Fertilitatea și sterilitatea. 107 , 6-11;
20. Ariel Weissman, Gon Shoham, Zeev Shoham, Simon Fishel, Milton Leong, Yuval Yaron. (2017). Mozaicismul cromozomial detectat în timpul screening-ului genetic preimplantator: rezultatele unui sondaj bazat pe web la nivel mondial. Fertilitatea și sterilitatea. 107 , 1092-1097.

Răspuns scurt:

Genomul uman este un agregat de material ereditar închis într-o celulă umană. Genomul uman este alcătuit din 23 de perechi de cromozomi găsiți în nucleu, precum și ADN mitocondrial. Douăzeci și doi de cromozomi autozomali, doi cromozomi sexuali X și Y și ADN mitocondrial uman conțin împreună aproximativ 3,1 miliarde de perechi de baze.

În timpul implementării proiectului genomului uman, a fost determinată secvența ADN a tuturor cromozomilor și a ADN-ului mitocondrial. Secvențierea completă a dezvăluit că genomul uman conține 20.000-25.000 de gene.

O genă este o secțiune a unei molecule de ADN care transportă informații despre o proteină și, prin urmare, despre o trăsătură.

Răspuns complet:

elemente de reglare de bază ale genomului

De asemenea, se obișnuiește alocarea regiunilor de reglementare într-un grup separat de elemente ale genomului. Acest grup include atât elemente de bază, cum ar fi promotorii, cât și elemente de reglementare suplimentare la fel de importante, amplificatoare, amortizoare de zgomot și izolatoare. Există câteva sute de mii în genomul uman, care reprezintă aproximativ 10% din genom.

Mutații genomice caracterizată printr-o modificare a numărului de cromozomi. La om sunt cunoscute poliploidia (inclusiv tetraploidia și triploidia) și aneuploidia.

Poliploidie- o creștere a numărului de seturi de cromozomi, un multiplu al haploidului (Зn, 4n, 5n etc.). Motive: fertilizarea dublă și absența primei diviziuni meiotice. La om, poliploidia, precum și majoritatea aneuploidiilor, duc la formarea letale.

Aneuploidie- modificarea (scăderea - monozomia, creșterea - trisomia) numărul de cromozomi din setul diploid, adică nu un multiplu de haploide (2n + 1, 2n-1 etc.). Mecanisme de apariție: nedisjunctia cromozomilor (cromozomii din anafază se deplasează către un pol, în timp ce pentru fiecare gamet cu un cromozom suplimentar există altul fără un cromozom) și „anafaza decalaj” (în anafaza unul dintre cromozomi fiind deplasați rămâne în spatele tuturor alții).

Trisomie- prezența a trei cromozomi omologi în cariotip (de exemplu, pe perechea 21, ceea ce duce la dezvoltarea sindromului Down; pe perechea 18 - sindrom Edwards; pe perechea 13 - sindrom Patau).

Monosomie- prezența doar a unuia dintre cei doi cromozomi omologi. Cu monozomia pe oricare dintre autozomi, dezvoltarea normală a embrionului este imposibilă. Singura monozomie compatibilă cu viața la oameni - pe cromozomul X - duce la dezvoltarea sindromului Shereshevsky-Turner (45, X0)

113. Mozaicitatea genetică a celulelor corpului. Mecanisme de apariție.

Răspuns scurt:

1-Mozaicism (mozaicism genetic, mozaicism cromozomial, „formă mozaic”, „cariotip mozaic”) - prezența celulelor genetic diferite în țesuturi (plante, animale, oameni).

2-mozaicism genetic - combinație în țesuturile unui individ de linii celulare cu un set diferit de cromozomi. Mai mult, un amestec de celule cu cariotipuri normale și anormale poate fi prezent în toate țesuturile corpului sau limitat la celulele oricărui țesut.

Răspuns complet:

Un organism multicelular, ale cărui populații celulare sunt diferite prin constituție genetică, se numește mozaic.

Conceptul de mozaicism este asociat cu conceptele de trisomie și aneuploidie.

Poate rezulta din:

1) redistribuirea (trecerea) în celulele somatice,
2) mutații somatice în zigot sau în stadiile incipiente ale clivajului;
3) Segregarea (procesul de împărțire longitudinală a cromozomilor în cromatide (cromozomi fiice) în mitoză, urmată de divergența lor către diferiți poli) a cromozomilor în timpul diviziunii nucleului celular (mitoză).

114. Lionizarea. Mecanism și semnificație biologică.

Lionizarea este procesul de inactivare a unuia dintre cei doi cromozomi X din celulele corpului feminin, cu formarea heterocromatinei inactive (cromatina sexuală). Acest proces oferă compensarea dozei pentru genele din celulele feminine, astfel încât de două ori mai mult ARN nu este produs din doi cromozomi X decât în ​​celulele masculine cu un singur cromozom X.

Mecanism. O genă specială (XIST) este exprimată pe cromozomul X inactiv. Produsul expresiei acestei gene (ARN care nu codifică proteine) se acumulează și se distribuie de-a lungul cromozomului X, formând un înveliș în jurul acesteia. Acest lucru se întâmplă la nivelul acetilării scăzute a histonelor și înlocuirea lor cu alte histone. Cromozomul este inactivat.

Răspuns complet:

Lyonizarea [numită M. Lyon] este un mecanism ipotetic pentru compensarea dozei de gene pe cromozomul X, care se exprimă prin inactivarea unuia dintre cei doi cromozomi X la femei. Conform ipotezei lui M. Lyon (1962), cu numele căruia se numește acest mecanism, inactivarea cromozomului X are loc în embriogeneza timpurie, are loc în mod aleatoriu (fie cromozomul paternal, fie cel matern pot fi inactivate), afectează întregul cromozom X și se caracterizează prin rezistență, fiind transmis descendenților celulari.

Manifestarea fenotipică a trăsăturilor legate de X la femei depinde în mare măsură de inactivarea accidentală a unuia dintre cromozomii X. La un stadiu incipient al dezvoltării embrionare, un cromozom X este inactivat în fiecare celulă somatică, care poate fi paternă sau maternă cu probabilitate egală. Inactivarea este persistentă, deci toți descendenții celulei originale moștenesc aceiași cromozomi X activi și inactivi. Astfel, corpul fiecărei femei este mozaic, cu, în medie, jumătate din celule care exprimă cromozomul paternal X și jumătate din maternă.

Dacă unul dintre cromozomii X poartă o genă mutantă, atunci aproximativ jumătate din celule vor avea un fenotip normal, iar cealaltă jumătate va avea una modificată. Acest raport se poate modifica dacă probabilitatea de supraviețuire a uneia dintre clone este mai mare.

La o femeie heterozigotă, prezența și severitatea bolii sunt determinate de raportul dintre celulele cu cromozomi X mutanți activi și normali în fiecare țesut.

În fiecare celulă a corpului feminin, un cromozom X inactiv poate fi identificat ca o acumulare densă de cromatină - corpul lui Barr. Cromozomul X inactiv se replică mai târziu, iar ADN-ul său este mai metilat. Se consideră că metilarea ADN joacă un rol în menținerea inactivării cromozomilor X. Gena XIST este transcrisă numai din cromozomul X inactiv și este necesară și pentru inactivare; totuși, mecanismul molecular al acestui fenomen nu a fost studiat.

Natura aleatorie a inactivării cromozomului X este cel mai important factor care determină manifestarea multor boli legate de X la femei. Identificarea modificărilor fenotipice ale heterozigoților depinde de cât de atent este efectuată examinarea și, uneori, de vârsta subiectului. De exemplu, deficitul de ornitinecarbamoiltransferază în heterozigoți poate fi asimptomatic, uneori se detectează o ușoară intoleranță la proteine, dar alți pacienți dezvoltă periodic comă hiperamonală, care poate fi fatală. Femeile heterocigote prezintă uneori simptome ale bolii în miopatia Duchenne, hemofilia A și boala Fabry. La bărbații hemizigoti, simptomele bolii sunt mai stabile și mai pronunțate decât la femeile heterozigote. Uneori, tulburările biochimice apar doar în unele celule, ducând la mozaicism, de exemplu, în coroidremie și unele forme de albinism ocular legat de X. Dacă în același timp se modifică produsul secreției celulare, atunci gradul de manifestare a defectului, de exemplu, activitatea factorului VIII de coagulare al hemofiliei A, depinde de raportul dintre celulele afectate și cele normale din întregul țesut.

Întrebarea numărul 115

Care sunt dificultățile și beneficiile studierii geneticii umane?

Studiul geneticii umane este asociat cu dificultăți biologice și socio-etice.

Biologic:

1) pubertate târzie

2) un număr mic de descendenți la o pereche de părinți
3) cea mai mare parte sarcină singură (cu excepția gemenilor)

4) pe termen lung de sarcină

5) schimbarea generațională lentă (20 - 25 de ani)

6) caracteristicile cariotipului (un număr mare de cromozomi etc.)

7) polimorfism fenotipic (varietate de fenotipuri).

Socio-etic:

1) imposibilitatea încrucișărilor direcționate în interesul cercetătorului (imposibilitatea utilizării metodei hibridologice)

2) lipsa unei înregistrări exacte a trăsăturilor ereditare (nu întotdeauna și nu peste tot)

3) imposibilitatea de a crea aceleași condiții de viață pentru toți oamenii.

Cu toate acestea, oamenii au și avantaje față de alte obiecte genetice:

1) capacitatea de a percepe informații și de a gândi abstract

2) numărul mare de populații disponibile pentru studiu

3) capacitatea de a înregistra trăsături ereditare pentru o lungă perioadă de timp

4) utilizarea hibridizării celulelor somatice pentru analiza genetică.

_____________________________________________________________________________

Antropogenetica (genetică umană) este o ramură a geneticii care studiază ereditatea și variabilitatea la oameni. Genetica medicală se distinge de genetica umană, care studiază mecanismele de dezvoltare a bolilor ereditare, posibilitățile de tratament și prevenire a acestora.

116. Metoda clinico-genialogică.

Metoda clinică genealogică include trei etape principale: examenul clinic, întocmirea unui pedigree și analiza genealogică. La compilarea genealogiilor, este obișnuit să se utilizeze simboluri unificate. La compilarea unui pedigree, este de dorit să obțineți informații despre numărul maxim de rude de 3-4 generații. Mai departe, mai jos, sub pedigree, este scrisă o legendă (date privind starea de sănătate a rudelor, cauzele și vârsta decesului etc.) și este indicată data compilării acestui document. Utilizarea metodei clinice și genealogice implică o examinare clinică plătită a tuturor membrilor pedigree-ului pentru a-i identifica cu semne șterse sau atipice ale bolii. Colectarea datelor anamnestice se efectuează conform unei anumite scheme:

Datele obținute sunt înregistrate în această succesiune în fișa genetică medicală. La compilarea genealogiilor, este necesar să se țină seama de prezența și natura riscurilor profesionale (în special pentru părinții cu copii cu malformații congenitale sau anomalii cromozomiale), factori care afectează apariția patologiei fetale și a nou-născuților (administrarea de medicamente, bolile mamei, expunerea la mutageni chimici și de radiații), momentul acțiunii lor (înainte sau în timpul sarcinii). Etapa finală este analiza pedigree-ului.

Răspuns complet:

Metoda clinică genealogică include trei etape principale: examenul clinic, întocmirea unui pedigree și analiza genealogică. La compilarea genealogiilor, este obișnuit să se utilizeze simboluri unificate. Compilarea unui pedigree începe cu un proband (din engleza probe - probing), adică de la persoana care a intrat prima oară în câmpul vizual al cercetătorului. Cel mai adesea se dovedește a fi o persoană bolnavă sau purtătoare a simptomului. Cu toate acestea, poate fi orice rudă a pacientului care a solicitat consiliere medicală și genetică. Toți copiii unui cuplu căsătorit se numesc sibs (din abrevierea engleză SIBS: Sisters - BrotherS). Dacă frații și surorile au un singur părinte în comun, aceștia sunt numiți vitregi. În pedigree, frații sunt aranjați în ordinea nașterii orizontal de la stânga la dreapta, începând cu cel mai vechi. La compilarea unui pedigree, este de dorit să obțineți informații despre numărul maxim de rude de 3-4 generații. Cel mai adesea, pedigree-ul este reprezentat de rânduri orizontale succesive, interconectate, cu toate acestea, în cazul în care există o mulțime de membri ai pedigree-ului, aceste rânduri pot fi reprezentate sub formă de cercuri concentrice. Toți membrii unei generații sunt situați strict în același rând. Rândurile generațiilor sunt notate cu cifre romane. Reprezentanții unei generații sunt numerotați în cifre arabe, secvențial - de la stânga la dreapta. Astfel, fiecare membru al pedigree-ului are propriul cifru al sistemului binar, de exemplu - 1-1, II-1, II-2 etc. Este necesar să se indice vârsta tuturor membrilor genealogiei, deoarece unele boli se manifestă în diferite perioade ale vieții. Soții rudelor probandului, dacă sunt sănătoși, nu pot fi înfățișați. Atunci când se iau în considerare mai multe semne, acestea recurg la imagini cu litere sau linii în cadrul simbolurilor. Mai jos, mai jos, sub pedigree, este scrisă o legendă (date privind starea de sănătate a rudelor, cauzele și vârsta decesului etc.) și este indicată data compilării acestui document. Utilizarea metodei clinice și genealogice implică o examinare clinică plătită a tuturor membrilor pedigree-ului pentru a-i identifica cu semne șterse sau atipice ale bolii. Uneori acest lucru este posibil numai cu ajutorul unor metode de cercetare paraclinice suplimentare (de exemplu, cu raze X, biochimice, electrofiziologice, morfologice și altele). Dacă este imposibil să se examineze toți membrii genealogiei, colectarea de informații cu privire la prezența bolilor sau a semnelor în familia probandului, indicând astfel, poate fi efectuată prin diferite metode. De exemplu, prin sondaj sau interogare. Din păcate, în prezent, compilarea genealogiilor este o sarcină dificilă, datorită faptului că oamenii au adesea informații puține, fragmentare sau inexacte despre rudele lor și starea lor de sănătate. Toate acestea complică diagnosticul. Colectarea datelor anamnestice se efectuează conform unei anumite scheme:

1. Informații despre proband - anamneză a bolii, inclusiv semnele inițiale și vârsta manifestării lor, evoluția ulterioară a bolii; dacă este un copil - informații despre psihomotorie timpurie și dezvoltarea mentală și fizică ulterioară.

2. Date privind frații (frații și surorile) și părinții probandului - vârsta, sănătoși sau bolnavi, făcând o analogie cu boala probandului în caz de boală.

3. Informații despre rudele mamei (părinți, copiii lor, nepoți).

4. Informații despre rude din partea tatălui (părinți, copiii lor, nepoți).

Datele obținute sunt înregistrate în această succesiune în fișa genetică medicală. Cu cât rudele probandului sunt mai direct intervievate sau examinate, cu atât sunt mai mari șansele de a obține informații mai fiabile și utile, deoarece bolile ereditare din familie sunt adesea ascunse sau diagnosticate greșit. Este necesar să se analizeze cu atenție rapoartele de infecții și leziuni, a căror evoluție poate indica o boală ereditară concomitentă sau o predispoziție la aceasta. Este important să se țină seama de eterogenitatea genetică și de expresivitatea diferită a bolilor ereditare. Atunci când se colectează date anamnestice, este necesar să se afle anamneza obstetrică la femei: modul în care a evoluat sarcina, ce fond a apărut, detalii despre toate cazurile de avorturi spontane, nașteri mortale, prezența căsătoriilor infertile și mortalitatea infantilă timpurie, care este cel mai important dacă se suspectează o patologie cromozomială. Trebuie menționate numele de fată ale femeilor și locul de reședință al familiei și strămoșilor, naționalitatea, care ajută la identificarea căsătoriilor consanguine care cresc probabilitatea de a avea copii cu boală ereditară AR. Dacă părinții unui proband provin dintr-o mică așezare (mai ales izolată geografic), se poate presupune că au strămoși comuni și, în consecință, gene patologice comune (consangvinizare accidentală). La compilarea genealogiilor, este necesar să se țină seama de prezența și natura riscurilor profesionale (în special pentru părinții cu copii cu malformații congenitale sau anomalii cromozomiale), factori care afectează apariția patologiei fetale și a nou-născuților (administrarea de medicamente, bolile mamei, expunerea la mutageni chimici și de radiații), momentul acțiunii lor (înainte sau în timpul sarcinii). Etapa finală - analiza genealogică - necesită o bună cunoaștere a criteriilor pentru tipurile de moștenire prezentate în articolele noastre. În plus, este necesar să se ia în considerare posibilitatea fenocopiei bolilor ereditare.

117. Metode moderne de citogenetică.

Scurtă recenzie:

Citogenetica este o ramură a geneticii care studiază tiparele eredității în raport cu structura și funcțiile organelor, în special cromozomii. Metodele citogenetice includ analiza benzii G, fluorescența in situ hibridizare, hibridizare comparativă genomică și altele. Adesea sarcina analizei citogenetice este de a determina cariotipul patologic.

Răspuns complet:

Metoda de cercetare citogenetică este o analiză cu ajutorul căreia este posibil să se stabilească modificările existente în aparatul cromozomial. În primul rând, sunt clarificate anomaliile din chiar setul de cromozomi, precum și prezența diverselor rearanjări structurale. Un astfel de studiu citogenetic este cel mai adesea utilizat pentru diagnosticul în timp util al bolilor dobândite congenitale și periculoase.

Procedurile standard pentru analiza citogenetică a sângelui includ cariotiparea. Cu ajutorul acestuia, sunt detectate încălcări ale numărului și structurii cromozomilor. Pentru analiza cariotipului, celulele sanguine sunt colectate într-un mediu nutritiv timp de 3 zile. Apoi materialul obținut este fixat și studiat la microscop. În aceste etape, este necesar să se monitorizeze cu atenție calitatea agenților de colorare speciali și nivelul de pregătire a personalului. Există, de asemenea, un studiu citogenetic al fătului, este prescris pentru diverse suspiciuni de anomalii genetice sau pentru o dezvoltare intrauterină precoce necorespunzătoare. Studiul citogenetic al măduvei osoase este prescris pacienților cu diferite tipuri de boli maligne în organele sistemului hematopoietic. În timpul acestei analize, sunt evaluate cel puțin 20 de celule. La începutul sarcinii, poate fi necesar un studiu citogenetic al corionului. Se efectuează la 10-14 săptămâni de sarcină pentru a exclude bolile cromozomiale ale fătului, cum ar fi sindromul Down, boala Hunter, b-talasemia și alte 50 de alte anomalii și boli diferite.