Хромосома и хроматин: что это и чем они отличаются?

Слово «хромосома» означает «окрашенное тело» (окрашивается более эффективно, чем остальные компоненты клетки). Каждая хромосома состоит из очень длинной молекулы ДНК, связанной с РНК и белками, образующей вещество, известное как хроматин. Во время интерфазы клеточного цикла (когда клетка не делится) хромосомы распределены по всему ядру, в то время как при митозе и мейозе они уплотняются, располагаясь ближе друг к другу.
ДНК содержится именно в хромосомах, вероятно, потому, что это облегчает разделение полного набора генов между дочерними клетками на стадии митоза, а также её упаковку в головки сперматозоидов после мейоза.

Способность к окрашиванию используют в диагностических целях для визуального исследования хромосом, их идентификации и выявления патологий. Различают слабоокрашенные части (эухроматин) и области с более выраженной окраской (гетерохроматин).

Генетическая информация (геном) заключена в молекуле ДНК и кодирована определённой последовательностью азотистых оснований в ДНК. Основная часть этой информации находится в составе хромосом в ядре клетки, однако небольшое количество ДНК в виде свободных цепочек локализовано в митохондриях цитоплазмы. Ядра присутствуют практически во всех клетках организма человека, за исключением эритроцитов и клеток хрусталика.

Обычно в каждом ядре содержится двухметровая цепь ДНК, разделённая между 23 парами хромосом (примерно по 4 см на хромосому). Однако непосредственно перед делением она уплотняется до 5 um (0,005 мм) посредством сложных процессов спирализации и уплотнения.

Структура хроматина хромосом

В каждой хромосоме цепь ДНК дважды обмотана вокруг октамерного комплекса, состоящего из восьми «белков хранения» (гистонов), формирующих нуклеосомы, при этом образованная структура напоминает «бусы на нити». Кора (сердцевина) нуклеосомы состоит из двух молекул каждого из четырех гистонов— Н2А, Н2В, НЗ и Н4. Гистоны заряжены положительно, а потому могут образовывать ионные связи с отрицательно заряженными фосфатными группами ДНК.

Последовательность аминокислот в гистонах у всех видов совпадает практически на 100%, указывая на огромную значимость данных элементов в поддержании структуры и функций хроматина. Каждая нуклеосома вмещает порядка 200 пар оснований молекулы ДНК и укорачивает длину цепи ДНК на одну десятую.

Затем подобная бусам нить спирализуется в соленоид, или зигзагообразную спираль (фибрилла длиной 30 нм), состоящую из 5—6 нуклеосом. При этом её структура поддерживается одной молекулой гистона HI на каждую нуклео-сому. Коэффициент упаковки при образовании соленоида примерно равен 5, что в свою очередь даёт общий коэффициент упаковки 50. Существует предположение, что в таком состоянии эухроматин находится во время интерфазы в местах, где гены не экспрессируются.

Во время митоза и мейоза хромосомы ещё больше уплотняются, при этом коэффициент упаковки по отношению к предыдущим уровням составляет 100, а общий коэффициент может достигать 5000. Считают, что фибриллы хроматина складываются в вытянутые петли, в основании которых расположен скаффолд (остов) из негистоновых хромосомных белков, которые прикрепляются к определённым последовательностям оснований, рассредоточенным вдоль молекулы ДНК. Сжатие этих негистоновых хромосомных белков предположительно обусловливает уплотнение хромосом.

Один из ключевых белков скаффолда — топоизомераза II, фермент, который расщепляет двойные цепи ДНК, переносит их через разрыв и вновь соединяет, что в свою очередь необходимо для релаксации суперспиралей ДНК во время репликации или транскрипции. Топоизомераза II прикрепляется к участкам связывания со скаффолдом, которые богаты А- и Т-основаниями (более 65% оснований составляют А и Т, см. главу 4). Считают, что каждая петля выступает в роли независимого функционального домена во время репликации или транскрипции ДНК.

На следующем этапе петли фибрилл хроматина спирализуются, в результате чего возникает наиболее уплотнённый гетерохроматин, входящий в состав хромосомы во время деления клеток.

Дифференциальное окрашивание хромосом

Наиболее уплотнённые части хромосом хорошо окрашиваются красителем Гимзы (G-окраска). При этом отчётливо видны сильно уплотнённые маленькие петли (G-полосы), так как участки связывания со скаффолдом тесно прилегают друг к другу. Их репликация происходит во время S-периода, они не активны во время транскрипции. Полосы, которые плохо окрашиваются раствором Гимзы, или R-полосы, состоят из более свободных петель, богатых Г- и Ц-основаниями, они отличаются высокой активностью во время транскрипции. В основе идентификации хромосом лежат различия в их окраске.

Центромера хромосом

Видимые на ранних стадиях митоза хромосомы состоят из двух абсолютно одинаковых структур, называемых сестринскими хроматидами, которые соединяет первичная перетяжка. Она представляет собой недуплицированный участок ДНК, или центромеру, которая дуплицируется в начале анафазы митоза.

Кинетохор — органелла, которая локализована на каждой стороне каждой центромеры в период ранней профазы митоза и облегчает полимеризацию димеров тубулина, необходимую для образования микротрубочек митотического веретена (веретена деления).

Тепомера хромосом

Теломерой называют специализированный участок конца хромосомы. К ней прикрепляются теломерспецифические белки, образующие «шапочку» (cap) для защиты конца хромосомы.

Теломеры предположительно препятствуют патологическому слиянию концов хромосом конец в конец, обеспечивают полноту репликации, участвуют в образовании пар хромосом во время мейоза и помогают восстанавливать внутреннюю структуру ядра на стадии интерфазы путём присоединения хромосом к ядерной мембране.

Эухроматин и гетерохроматин хромосом

Эухроматин находится в уплотнённом состоянии во время деления клеток и распаковывается на стадии интерфазы. Он обусловливает бледное окрашивание R-полос в уплотнённых хромосомах и содержит большинство структурных генов.

Гетерохроматин очень сильно уплотнён во время деления клетки и остаётся в таком состоянии даже на стадии интерфазы. Он локализован в основном на периферии ядра и около ядрышка и не активен во время транскрипции. Конструктивный (структурный) гетерохроматин одинаков во всех клетках организма, в то время как факультативный гетерохроматин различен в зависимости от типа генов, экспрессируемых в дифференцированных клетках определённых тканей.

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

Научная электронная библиотека

Юров И. Ю., Ворсанова С. Г., Воинова В. Ю., Чурносов М. И., Юров Ю. Б.,

3.1. Геном человека и структурная организация хромосом

Геном человека – термин, используемый при описании всей генетической информации, закодированной в виде ДНК клеток человека. Клетка человека имеет два генома: сложный ядерный геном (хромосомная ДНК), содержащий более 99,9995 % всей генетической информации, и простой митохондриальный геном, в составе которого находится менее 0,0005 % ДНК. Ядерный геном распределён между 24-мя различными двуспиральными молекулами ДНК, которые в комплексе с различными гистоновыми и негистоновыми белками формируют хромосомы человека. С молекулярной точки зрения каждая хромосома клетки является сложно организованной структурой. Диплоидная клетка человека с интерфазным ядром при диаметре 5–10 мкм содержит около двух метров последовательностей молекул ДНК, которые образуют 23 пары хромосом. Гаплоидный геном человека, который характеризует половые клетки с хромосомами Х или Y, включает 23 различные хромосомы – 22 аутосомы и одну половую хромосому (гоносому) в зависимости от пола: Х – женский или Y – мужской пол. Индивидуальные хромосомы, как было сказано выше, различаются своими морфологическими характеристиками. В среднем, хромосома человека содержит около 130 млн пн, однако содержание ДНК в разных хромосомах варьирует от 40 до 260 млн пн.

Как уже сказано выше, данные о структуре, размерах и количестве митотических хромосом в клеточном ядре определяются как кариотип. Морфологическое строение хромосом на всех уровнях организации (молекулярном, микроскопическом и субмикроскопическом) определяется упаковкой нитей ДНК, организующих хромосому. На микроскопическом уровне нити ДНК формируют спирализованные хромонемы митотических хромосом. Упаковка хромонем по длине хромосом неравномерна. В них закономерно дифференцируются участки с резко выраженной и резко сниженной степенью спирализации хромонем. Последние формируют хромосомные перетяжки. Важным элементом структуры хромосом является первичная перетяжка, в участке которой расположена центромера. Она делит хромосому на два плеча – короткое (р) и длинное (q).

Структура хромосом претерпевает значительные изменения в ходе клеточного деления (клеточного цикла) и, следовательно, не является постоянной. Хромосомы интерфазных ядер (интерфазные хромосомы) в отличие от метафазных хромосом (см раздел, посвященный делению клетки) представляют собой более расправленные и диффузные клеточные структуры. Интерфазные хромосомы содержат одну хроматиду, в составе которой имеется одна двуспиральная молекула ДНК, в то время как метафазные хромосомы образованы двумя хроматидами и двумя молекулами ДНК. Хромосома, как функционирующая клеточная органелла, должна содержать минимум три типа последовательностей ДНК, формирующих её структурные компоненты: центромеру, теломеры и участок начала репликации ДНК.

Индивидуальные хромосомы содержат одну протяжённую двуспиральную молекулу ДНК диаметром 2 нм, которая претерпевает несколько уровней упаковки, формируя хроматин или ДНК-белковый комплекс (дезоксирибонуклеопротеид – ДНП). Элементарной дискретной единицей упаковки хроматина является нуклеосома. Каждая нуклеосома имеет вид глобулы и состоит из четырех пар гистоновых белков Н2А, Н2В, Н3 и Н4, содержащих по 102–135 аминокислотных остатков. Вокруг гистоновой глобулы диаметром 10 нм (октамера) располагается молекула двуспиральной ДНК длиной 146 пн (или 68 нм), образуя виток в 1,75 оборота. Соседние нуклеосомы соединяются так называемой «спейсерной» ДНК длиной около 20 нм, образуя структуры в виде «бус на нитке». На следующем этапе компактизации 10-нанометровые нуклеосомы образуют фибриллы хроматина диаметром 30 нм (в каждом витке примерно 6 нуклеосом), которые образуют большие петли. На стадии метафазы степень компактизации достигает 1 на 10000 от первоначальной длины хромосомной ДНК. Петли 30-нанометровых фибрилл хроматина содержат 20–100 тысяч пн. ДНК на каждой петле прикрепляется к осевой структуре хромосомы (рис. 4). Осевые компоненты метафазной хромосомы состоят из негистоновых белков.

Рис. 4. Организация ДНК

Как уже отмечалось, одним из структурных элементов хромосомы является центромера – место присоединения кинетохоров (макромолекулярных структур на белковой основе, участвующих в процессе расхождения хромосом при митотическом делении клетки), и слипания сестринских хроматид. Они также регулируют присоединение хромосом к веретену деления и направляют движение хромосом в ходе мейотического и митотического деления клетки. Хромосомы без центромеры (ацентрические фрагменты) не могут присоединяться к нитям веретена деления и теряются в ходе клеточного деления. У человека центромеры содержат особые типы повторяющихся ДНК, а также специфические «центромерные» белки, обеспечивающие сегрегацию хромосом в ходе митотического и мейотического деления клеток. В зависимости от положения центромеры в хромосоме, как уже сказано выше, она может быть метацентрической, субметацентрической и акроцентрической. В акроцентрических хромосомах довольно часто на коротких плечах видны небольшого размера хроматические тельца, так называемые спутники, и спутничные нити (рис. 5). Они содержат ядрышковый организатор – значимую структуру генома человека. Плечи некоторых хромосом человека содержат вторичные перетяжки.

Рис. 5. Схематическое изображение метафазных хромосом:

1 – метацентрическая хромосома; 2 – субметацентрическая хромосома; 3 – акроцентрическая хромосома. Видны: а – центромеры; б – длинные плечи (q); в – короткие плечи (p); г – теломерные участки; д – спутники; е – спутничные нити

Другими структурными элементами хромосом являются теломеры. Это специализированные структуры, содержащие особые типы ДНК и белки, которые образуют концевые участки хромосом. Теломеры выполняют несколько функций:

1) поддержание структурной целостности хромосомы;

2) обеспечение полной репликации концевых участков хромосомы;

3) поддержание организации хромосом в интерфазном ядре.

Теломеры хромосом человека представляют собой повторы нуклеотидной последовательности ТТАГГГ, общий размер которой варьирует от 3 до 20 тысяч пн. Стабильность теломер поддерживается с помощью фермента теломеразы, нарушение функциональной активности которой приводит к нарушению структуры хромосом и, как следствие, к клеточной гибели. Укорочение последовательностей теломер, которому противодействует теломераза, связано с процессами старения и малигнизации.

ДНК хромосом реплицируется в ходе периода синтеза ДНК клеточного цикла. Каждая хромосома содержит множество элементарных единиц репликации – репликонов, представляющих собой участки автономной репликации. Каждый репликон имеет одну точку инициации репликации, с которой начинается двунаправленный синтез ДНК (см предыдущий раздел, посвященный синтезу ДНК). Размеры репликонов могут различаться друг от друга. Репликоны у человека могут иметь большие размеры, достигая более чем 1 млн пн.

Синдром Клайнфельтера: мужчина с женской хромосомой

Елена Шведкина об одном из самых распространенных генетических заболеваний — больные жалуются на бесплодие, эректильную дисфункцию, гинекомастию и остеопороз

Синдром Клайнфельтера — генетическое заболевание, характеризующееся дополнительной женской половой хромосомой Х (одной или даже несколькими) в мужском кариотипе ХY. При этом в мужских половых железах — яичках — образуется недостаточно половых гормонов.

Классификация: виды кариотипов при синдроме Клайнфельтера

По количеству дополнительных Х-хромосом различают следующие варианты синдрома Клайнфельтера:

47,ХХY — наиболее часто встречающийся
48,ХХХY
49,ХХХХY

Кроме того, к синдрому Клайнфельтера также относят мужские кариотипы, включающие, помимо дополнительных Х-хромосом, дополнительную Y-хромосому — 48,ХХYY. И, наконец, среди пациентов с этим синдромом встречаются лица с мозаичным кариотипом 46,ХY/47,ХХY (то есть часть клеток имеет нормальный хромосомный набор).

История открытия синдрома

Синдром получил свое название в честь Гарри Клайнфельтера — врача, в 1942 году впервые описавшего клиническую картину болезни. Клайнфельтер с коллегами опубликовали отчет об обследовании 9 мужчин, объединенных общими симптомами, такими как слабое оволосение тела, евнухоидный тип телосложения, высокий рост и уменьшенные в размерах яички. Позднее, в 1956 г., генетики Планкетт и Барр (Е. R. Plankett, М. L. Barr) обнаружили у мужчин с синдромом Клайнфельтера тельца полового хроматина в ядрах клеток слизистой оболочки полости рта, а в 1959 году Полани и Форд (P. E. Polanyi, S. E. Ford) с сотрудниками показали, что у больных в хромосомном наборе имеется лишняя Х-хромосома.

Активные исследования данной патологии велись в 70‑х годах в США. Тогда всех новорожденных мальчиков подвергали кариотипированию, в результате чего удалось достоверно выявить распространенность и генетические особенности синдрома Клайнфельтера.

Распространенность заболевания

Синдром Клайнфельтера является одним из наиболее распространенных генетических заболеваний: на каждые 500 новорождённых мальчиков приходится 1 ребёнок с данной патологией.

Кроме того, синдром Клайнфельтера — третья по распространенности эндокринная патология у мужчин (после сахарного диабета и патологии щитовидной железы) и наиболее частая причина врожденного нарушения репродуктивной функции у мужчин.

Этиология и причины нарушения

Синдром Клайнфельтера относится к генетическим заболеваниям, не передающимся по наследству, поскольку больные, за редким исключением, бесплодны. Патология, как правило, возникает в результате нарушения расхождения хромосом на ранних стадиях формирования яйцеклеток и сперматозоидов. При этом синдром Клайнфельтера, возникающий за счет нарушения в женских половых клетках, встречается в три раза чаще. Мозаичные формы обусловлены патологией деления клеток на ранних стадиях эмбриогенеза, поэтому часть клеток у таких пациентов имеет нормальный кариотип. Причины нерасхождения половых хромосом и нарушения деления клеток на самых ранних стадиях эмбриогенеза до сих пор малоизучены. В отличие от других хромосомных заболеваний, влияние возраста родителей отсутствует или выражено незначительно.

Ранние признаки

В отличие от большинства заболеваний, связанных с нарушением количества хромосом, внутриутробное развитие детей с синдромом Клайнфельтера проходит нормально, склонности к преждевременному прерыванию беременности не наблюдается. Так что в младенческом и раннем детском возрасте заподозрить патологию практически невозможно. Более того, клинические признаки классического синдрома Клайнфельтера проявляются, как правило, только в подростковом периоде. Однако есть симптомы, которые позволяют заподозрить наличие синдрома Клайнфельтера в препубертатном периоде:

высокий рост (пик прибавки роста приходится на период между 5–8 годами);
длинные ноги (непропорциональное телосложение);
высокая талия.

У части пациентов наблюдается некоторая задержка в развитии речи.

В подростковом возрасте синдром часто проявляется гинекомастией, которая при данной патологии имеет вид двустороннего симметричного безболезненного увеличения грудных желез. Так как такого рода гинекомастия часто наблюдается у совершенно здоровых подростков, этот симптом часто остается без внимания. В норме подростковая гинекомастия бесследно исчезает в течение нескольких лет, у пациентов же с синдромом Клайнфельтера обратной инволюции грудных желез не происходит. В некоторых случаях гинекомастия может не развиваться вовсе, и тогда патология проявляется признаками андрогенной недостаточности уже в постпубертатный период.

Симптомы андрогенной недостаточности при синдроме Клайнфельтера

Андрогенная недостаточность при синдроме Клайнфельтера связана с постепенной атрофией яичек, что приводит к снижению синтеза тестостерона. Степень недостаточности андрогенов резко варьирует.

В первую очередь обращают на себя внимание внешние признаки гипогонадизма:

скудная растительность на лице или же полное ее отсутствие;
рост волос на лобке по женскому типу;
волосы на груди и других частях тела отсутствуют;
маленький объем яичек (2–4 мл) и их плотная консистенция (патогномоничный признак).

Поскольку дегенерация половых желез, как правило, развивается в постпубертатный период, у большинства пациентов размеры мужских половых органов, за исключением яичек, соответствуют возрастным нормам.

Пациенты могут жаловаться на ослабление либидо и снижение потенции. У многих мужчин с синдромом Клайнфельтера половое влечение вовсе не возникает, а некоторые — напротив, заводят семью и живут нормальной половой жизнью. Наиболее постоянный признак патологии — бесплодие, именно оно чаще всего становится причиной обращения таких пациентов к врачу. У 10 % мужчин с азооспемией обнаруживают синдром Клайнфельтера.

Недостаток андрогенов приводит к развитию остеопороза, анемии и слабости скелетной мускулатуры. У трети больных можно наблюдать варикозное расширение вен голеней.

Андрогены влияют на обмен веществ, поэтому больные с синдромом Клайнфельтера склонны к ожирению, нарушению толерантности к глюкозе и сахарному диабету второго типа.

Доказана предрасположенность таких пациентов к аутоиммунным заболеваниям (ревматоидный артрит, системная красная волчанка, аутоиммунные заболевания щитовидной железы и другие).

Психологические особенности

Коэффициент интеллекта у больных с классическим синдромом Клайнфельтера варьирует от значений ниже среднего до показателей, значительно превышающих средний уровень. Однако во всех случаях отмечается диспропорция между общим уровнем интеллекта и вербальными способностями, так что нередко пациенты с достаточно высоким IQ испытывают трудности при восприятии больших объемов материала на слух, а также при построении фраз, содержащих сложные грамматические конструкции. Такие особенности причиняют пациентам много неприятностей в период обучения и нередко продолжают сказываться на профессиональной деятельности.

Данные о психологических особенностях больных с синдромом Клайнфельтера достаточно противоречивы, однако большинство специалистов оценивают пациентов как скромных, робких людей с несколько заниженной самооценкой и повышенной чувствительностью. Есть данные, свидетельствующие о склонности пациентов с синдромом Клайнфельтера к гомосексуализму, алкоголизму и наркомании. Сложно сказать, вызваны ли особенности психики у таких больных непосредственным влиянием хромосомной аномалии, или же это реакция на проблемы в сексуальной сфере.

В отношении разных цитогенетических вариантов синдрома Клайнфельтера справедливо правило, что с увеличением количества дополнительных Х-хромосом увеличивается количество и выраженность патологических симптомов.

Диагностика синдрома Клайнфельтера

Во многих странах синдром Клайнфельтера часто диагностируется ещё до рождения ребёнка, так как многие женщины позднего детородного возраста, в связи с высоким риском генетических дефектов у будущего потомства, используют пренатальную генетическую диагностику плода. Нередко пренатальное выявление синдрома Клайнфельтера является поводом для прерывания беременности, в том числе и по рекомендации врачей. В России анализ кариотипа будущего ребёнка проводится крайне редко.

При подозрении на синдром Клайнфельтера проводят лабораторный анализ крови для определения уровня мужских половых гормонов. Необходима дифференциальная диагностика с другими заболеваниями, протекающими с проявлениями андрогенной недостаточности. Точный диагноз синдрома Клайнфельтера ставят на основании изучения кариотипа (набора хромосом) больного.

Исследования, необходимые для подтверждения диагноза

47,ХХY (80 % случаев)
48,ХХYY
48,ХХХY
49,ХХХХY
46,ХY/47,ХХY

Y-хромосома деградирует: исчезнут ли мужчины?

Как и когда определяется, родится ли существо мужского пола или женского? Сейчас практически любой школьник ответит, что все дело в хромосомах и клетки уже в момент зачатия «знают», станут они в итоге мужской особью или женской. Однако всего сто с небольшим лет назад это не было столь очевидно — а примерно через пять миллионов лет может стать совсем неактуально. Почему?

Двойное открытие

7 июля 1861 года в США родилась Нетти Мария Стивенс, без сомнения, одна из умнейших женщин своего времени. Она окончила сперва Уэстфильдскую нормальную школу (позднее эта школа получила статус университета), затем обучалась в Стэнфордском университете, который и сейчас считается одним из лучших в мире.

После получения степени магистра Нетти Стивенс посвятила свою жизнь изысканиям в области цитологии и генетики. Именно она в начале XX века обнаружила, что животные разных полов отличаются друг от друга на хромосомном уровне (эти исследования стали темой ее докторской диссертации). В частности, мисс Стивенс выяснила, что у женских особей (человека) наличествуют две большие хромосомы X.

Читайте также:
Редактирование генома человека

Параллельно с ней работал и другой ученый — Эдмунд Бичер Уилсон. Он, что характерно, исследовал вопрос «с мужской стороны» и установил, что мужской генотип включает хромосомы X и Y. В результате первооткрывателями половых хромосом считаются два ученых, мужчина и женщина. Довольно символично.

Размер имеет значение

Итак, хромосомы X у женщин — большие. В чем смысл этого высказывания? А, собственно, в том, что половые хромосомы достаточно сильно различаются в размерах, да и функциональности тоже.

Y-хромосома намного меньше X (59 миллионов пар нуклеотидов против более 150 миллионов), и «незаменимой» информации она содержит немного — всего один-единственный ген SRY, который и определяет мужской пол организма. Все остальные гены Y-хромосомы, которых не более нескольких десятков, — фактически, дополнительные копии уже имеющихся в хромосоме X. Это не означает, что они не пригодятся, но самому организму нет разницы, в какой хромосоме их в случае надобности брать. Получается, что Y-хромосома, по сути, не нужна для жизни — женщины прекрасно справляются и без нее.

Всегда ли хромосома Y уступала в размере Х-хромосоме? Ответ на этот вопрос отрицательный. Когда-то X и Y были равнозначными, но с тех пор немало воды утекло, и вместе с этим всем утекло абсолютное большинство генов из мужской половой хромосомы. Проще говоря, Y-хромосома деградирует, и при текущей скорости деградации, замечают ученые из Кентского университета, за каких-то 4,6 миллиона лет может и вовсе закончиться. За ненадобностью.

Дело в том, что Y — это единственная хромосома, у которой нет копии. Все остальные хромосомы парные. Биологический смысл такого копирования в том, что оно помогает избежать опасных мутаций. Если в некой хромосоме случайно мутировал какой-то ген, то в организме имеется вторая хромосома, в которой с большой вероятностью этот ген не изменялся, соответственно генотип не страдает. С мужской половой хромосомой такой фокус не проходит: нет ножек — нет мультиков, в смысле нет копий — нет возможности починиться за их счет, переходим к пункту «деградация».

Наполовину полон

Впрочем, не все так плохо. Эволюция — хитрая дама, и к мужчинам она явно питает некоторую слабость, поэтому даже если хромосома Y полностью исчезнет, мужчины вряд ли исчезнут вместе с ней. Скорее всего, в этом случае определяющий пол ген просто перейдет в другую хромосому, а почему бы нет. Или его функции и вовсе возьмет на себя другой ген, это тоже реально.

Соответствующий эксперимент проводила научная группа из Гавайского университета и Университета Экс-Марсель (Франция), которая взяла да и создала самцов мыши без Y-хромосомы вообще. При этом животные сохранили фертильность, и их потомство вполне себе размножалось, хоть и не без помощи репродуктивных технологий — но, в конце концов, кого сейчас этими технологиями напугаешь. С нынешним прогрессом в сфере генетики, может быть, уже наши внуки будут растить в пробирках идеальных детей, которые будут учиться на одни пятерки, а мы все равно будем недовольны, потому что в наше-то время дети были детьми и били стекла футбольными мячами, а не вот это вот всё.

Ну и, конечно, нельзя сбрасывать со счетов защитные механизмы — даже если мужская половая хромосома сейчас и деградирует, но кто ей мешает «взяться за ум» и перестать это делать? Или вообще, наоборот, начать развиваться снова? А даже если она этого не сделает, ну и что — полностью она может исчезнуть, как сказали ученые, только через 4,6 миллиона лет, а до этого еще поди доживи. Или ишак сдохнет, или падишах. Так что открытие Нетти Стивенс и Эдмунда Уилсона будет актуально еще многие и многие тысячелетия.

Хромосомные нарушения

Наша команда профессионалов ответит на ваши вопросы

Данная брошюра содержит информацию о том, что такое хромосомные нарушения, как они могут наследоваться, и какие проблемы могут быть с ними связаны. Данная брошюра не может заменить Ваше общение с врачом, однако она может помочь Вам при обсуждении интересующих Вас вопросов.

Для того, чтобы лучше понять, что представляют собой хромосомные нарушения, вначале будет полезно узнать, что такое гены и хромосомы.

Что такое гены и хромосомы?

Наше тело состоит из миллионов клеток. Большинство клеток содержат полный набор генов. У человека тысячи генов. Гены можно сравнить с инструкциями, которые используются для контроля роста и согласованной работы всего организма. Гены отвечают за множество признаков нашего организма, например, за цвет глаз, группу крови или рост.

Гены расположены на нитевидных структурах, называемых хромосомами. В норме в большинстве клеток организма содержится по 46 хромосом. Хромосомы передаются нам от родителей – 23 от мамы, и 23 от папы, поэтому мы часто похожи на своих родителей. Таким образом, у нас два набора по 23 хромосомы, или 23 пары хромосом. Так как на хромосомах расположены гены, мы наследуем по две копии каждого гена, по одной копии от каждого из родителей. Хромосомы (следовательно, и гены) состоят из химического соединения, называемого ДНК.

Рисунок 1: Гены, хромосомы и ДНК

Хромосомы (см. Рисунок 2), пронумерованные от 1 до 22, одинаковые у мужчин и у женщин. Такие хромосомы называют аутосомами. Хромосомы 23-й пары различны у женщин и мужчин, и их называют половыми хромосомами. Есть 2 варианта половых хромосом: Х-хромосома и Y-хромосома. В норме у женщин присутствуют две Х-хромосомы (ХХ), одна из них передается от матери, другая – от отца. В норме у мужчин есть одна X-хромосома и одна Y-хромосома (XY), при этом Х-хромосома передается от матери, а Y-хромосома — от отца. Так, на Рисунке 2 изображены хромосомы мужчины, так как последняя, 23-я, пара представлена сочетанием XY.

Рисунок 2: 23 пары хромосом, распределенные по размеру; хромосома под номером 1 – самая большая. Две последние хромосомы – половые.

Хромосомные изменения

Правильный хромосомный набор является очень важным для нормального развития человека. Это связано с тем, что гены, которые дают «инструкции к действиям» клеткам нашего организма, находятся на хромосомах. Любое изменение количества, размера или структуры наших хромосом может означать изменение количества или последовательности генетической информации. Такие изменения могут привести к трудностям в обучении, задержке развития и другим проблемам здоровья ребенка.

Хромосомные изменения могут быть унаследованы от родителей. Чаще всего хромосомные изменения возникают на этапе формирования яйцеклетки или сперматозоида, или при оплодотворении (вновь возникшие мутации, или мутации de novo). Эти изменения невозможно контролировать.

Существует два основных типа хромосомных изменений. Изменение числа хромосом. При таком изменении существует увеличение или уменьшение числа копий какой-либо хромосомы. Изменение структуры хромосом. При таком изменении материал какой-либо хромосомы поврежден, или изменена последовательность генов. Возможно появление дополнительного или утрата части исходного хромосомного материала.

В данной брошюре мы рассмотрим хромосомные делеции, дупликации, инсерции, инверсии и кольцевые хромосомы. Если Вас интересует информация о хромосомных транслокациях, пожалуйста, обратитесь к брошюре «Хромосомные транслокации».

Изменение числа хромосом.

В норме в каждой клетке человека содержится 46 хромосом. Однако, иногда ребенок рождается либо с большим, либо с меньшим числом хромосом. В таком случае возникает, соответственно, либо избыточное, либо недостаточное число генов, необходимых для регуляции роста и развития организма.

Один из наиболее распространенных примеров генетического заболевания, вызванного избыточным числом хромосом, является синдром Дауна. В клетках людей с этим заболеванием находится 47 хромосом вместо обычных 46-ти, так как присутствует три копии 21-ой хромосомы вместо двух. Другими примерами заболеваний, вызванных избыточным числом хромосом являются синдромы Эдвардса и Патау.

Рисунок 3: Хромосомы девочки (последняя пара хромосом ХХ) с синдромом Дауна. Видны три копии 21-ой хромосомы вместо двух.

Изменение структуры хромосом.

Изменения в структуре хромосом происходят, когда материал определенной хромосомы поврежден, или изменена последовательность генов. К структурным изменениям также относятся избыток или утрата части хромосомного материала. Это может происходить несколькими путями, описанными ниже.

Изменения структуры хромосом могут быть очень небольшими, и специалистам в лабораториях бывает сложно их выявить. Однако даже если структурное изменение найдено, часто бывает сложно предсказать влияние этого изменения на здоровье конкретного ребенка. Это может разочаровать родителей, которые хотят получить исчерпывающую информацию о будущем своего ребенка.

Транслокации

Если Вы хотите больше узнать о транслокациях, пожалуйста, обратитесь к брошюре «Хромосомные транслокации».

Делеции

Термин «хромосомная делеция» означает, что часть хромосомы утрачена или укорочена. Делеция может случиться в любой хромосоме и на протяжении любой части хромосомы. Делеция может быть любого размера. Если утраченный при делеции материал (гены) содержал важную информацию для организма, то у ребенка могут возникать трудности в обучении, задержка развития и другие проблемы со здоровьем. Тяжесть этих проявлений зависит от размеров утраченной части и локализации внутри хромосомы. Примером такого заболевания является синдром Жубер.

Дупликации

Термин «хромосомная дупликация» означает, что часть хромосомы удвоена, и из-за этого возникает избыток генетической информации. Этот избыточный материал хромосомы означает, что организм получает слишком большое число «инструкций», и это может привести к трудностям в обучении, задержке развития и другим проблемам здоровья ребенка. Примером заболевания, вызванного дупликацией части хромосомного материала является моторно-сенсорная нейропатия типа IA.

Инсерции

Хромосомная инсерция (вставка) означает, что часть материала хромосомы оказалась «не на своем месте» на этой же или на другой хромосоме. Если общее количество хромосомного материала не изменилось, то такой человек, как правило, здоров. Однако если такое перемещение приводит к изменению количества хромосомного материала, то у человека могут возникать трудности в обучении, задержка развития и другие проблемы здоровья ребенка.

Кольцевые хромосомы

Термин «кольцевая хромосома» означает, что концы хромосомы соединились, и хромосома приобрела форму кольца ( внорме хромосомы человека имеют линейную структуру). Обычно это происходит, когда оба конца одной и той же хромосомы укорочены. Оставшиеся концы хромосомы становятся «липкими» и соединяются, формируя «кольцо». Последствия формирования кольцевых хромосом для организма зависят от размера делеций на концах хромосомы.

Инверсии

Хромосомная инверсия означает такое изменение хромосомы, при котором часть хромосомы развернута, и гены в этом участке расположены в обратном порядке. В большинстве случаев носитель инверсии здоров.

Если у родителя обнаружена необычная хромосомная перестройка, как это может отразиться на ребенке?

Возможны несколько исходов каждой беременности:

Ребенок может получить совершенно нормальный набор хромосом.
Ребенок может унаследовать такую же хромосомную перестройку, которая есть у родителя.
У ребенка могут быть трудности в обучении, задержка развития или другие проблемы со здоровьем.
Возможно самопроизвольное прерывание беременности.

Таким образом, у носителя хромосомной перестройки могут рождаться здоровые дети, и во многих случаях происходит именно так. Так как каждая перестройка уникальна, Вашу конкретную ситуацию следует обсудить с врачом–генетиком. Часто бывает, что ребенок рождается с хромосомной перестройкой, несмотря на то, что хромосомный набор родителей нормальный. Такие перестройки называют вновь возникшими, или возникшими “de novo” (от латинского слова). В этих случаях риск повторного рождения ребенка с хромосомной перестройкой у этих же родителей очень мал.

Диагностика хромосомных перестроек

Возможно проведение генетического анализа для выявления носительства хромосомной перестройки. Для анлиза берется образец крови, и клетки крови исследуют в специализированной лаборатории для выявления хромосомных перестроек. Такой анализ называется кариотипированием. Также возможно проведение теста во время беременности для оценки хромосом плода. Такой анализ называется пренатальной диагностикой, и этот вопрос следует обсудить с врачом-генетиком. Более подробная информация на эту тему представлена в брошюрах «Биопсия ворсин хориона» и «Амниоцентез».

Как это касается других членов семьи

Если у одного из членов семьи обнаружена хромосомная перестройка, возможно, Вы захотите обсудить этот вопрос с другими членами семьи. Это даст возможность другим родственникам, при желании, пройти обследование (анализ хромосом в клетках крови) для определения носительства хромосомной перестройки. Это может быть особенно важно для родственников, уже имеющих детей или планирующих беременность. Если они не являются носителями хромосомной перестройки, они не могут передать ее своим детям. Если же они являются носителями, то им может быть предложено пройти обследование во время беременности для анализа хромосом плода.

Некоторым людям сложно обсуждать проблемы, связанные с хромосомной перестройкой, с членами семьи. Они могут бояться причинить беспокойство членам семьи. В некоторых семьях люди из-за этого испытывают сложности в общении и теряют взаимопонимание с родственниками. Врачи-генетики, как правило, имеют большой опыт в решении подобных семейных ситуаций и могут помочь Вам в обсуждении проблемы с другими членами семьи.