Метод микроскопического изучения наследственных структур клетки - хромосом. Он включает кариотипирование и определение полового хроматина.
а) Кариотипирование проводится для получения метафазных хромосом.
Кариотип - это диплоидный набор хромосом в соматических клетках на стадии метафазы, характерный для данного вида.
Кариотип, представленный в виде диаграммы, называется идиограмма, кариограмма или хромосомный комплекс.
Для кариотипирования наиболее удобным источником клеток являются лимфоциты (клетки периферической крови). Вначале получают достаточное количество делящихся клеток (стимуляция ФГА), а затем метафазные пластинки (для остановки деления на стадии метафазы используют колхицин) с раздельно лежащими хромосомами (гипотонический раствор). Препараты окрашивают и фотографируют, хромосомы вырезают и раскладывают.
Для систематизации хромосом используют две стандартные классификации: Денверскую и Парижскую. В основу Денверской классификации положены два принципа: длина хромосом и их форма (метацентрические, субметацентрические, акроцентрические), при этом используется метод сплошной окраски хромосом. По этой классификации все хромосомы разделены на семь групп, каждая пара хромосом имеет свой номер. Недостатком классификации является трудность в идентификации хромосом внутри группы.
Парижская классификация основывается на дифференциальном окрашивании метафазных хромосом. Каждая хромосома имеет свой индивидуальный рисунок, четкую дифференциацию по длине на светлые и темные полосы - диски (сегменты). Разработана система обозначения линейной дифференциации хромосом (номер хромосомы, плечо, район, сегмент).
б) Определение Х-полового хроматина.
Половой хроматин (тельце Барра) - компактная темная глыбка, которая имеется в интерфазном ядре соматических клеток нормальных женщин. Половой хроматин представляет спирализованную Х-хромосому. Инактивация одной из Х-хромосом является механизмом, выравнивающим баланс генов в мужском и женском организме. Согласно гипотезе Марии Лайон, инактивация Х-хромосомы происходит на ранних стадиях эмбриогенеза (14 день), она носит случайный характер, причем инактивируются только длинные плечи Х-хромосомы. По числу глыбок полового хроматина можно судить о числе Х-хромосом (формула n+1, где n - число телец Барра). При любом числе Х-хромосом в активном состоянии будет только одна Х-хромосома. Цитогенетические методы используются для диагностики хромосомных болезней (изменение числа и структуры хромосом), определения пола, изучения хромосомного полиморфизма членов популяций.
Цитогенетический метод применяют в целях:
изучения кариотипа человека
диагностики хромосомных заболеваний
изучения мутагенного действия различных веществ при генных и хромосомных мутациях
составлении генетических карт хромосом
Этапы:
1. Культивирование клеток крови на питательных средах
2. Стимуляция митотических делений
3. Добавление колхицина для разрушения нитей веретена деления, остановка деления на стадии метафазы
4. Обработка клеток гипотоническим раствором для свободного расположения хромосом
5. Окрашивание
6. Микроскопирование и фотографирование
7. Построение идиограммы
Основной метод генетики - гибридологический (скрещивание определенных организмов и анализ их потомства, этот метод использовал Г.Мендель).
Гибридологический метод не подходит для человека по морально-этическим соображениям, а так же из-за малого количества детей и позднего полового созревания. Поэтому для изучения генетики человека применяют косвенные методы.
1) Генеалогический - изучение родословных. Позволяет определить закономерности наследования признаков, например:
- если признак проявляется в каждом поколении, то он доминантный (праворукость)
- если через поколение - рецессивный (голубой цвет глаз)
- если чаще проявляется у одного пола - это признак, сцепленный с полом (гемофилия, дальтонизм)
2) Близнецовый - сравнение однояйцевых близнецов, позволяет изучать модификационную изменчивость (определять воздействие генотипа и среды на развитие ребенка).
Однояйцевые близнецы получаются, когда один зародыш на стадии 30-60 клеток делится на 2 части, и каждая часть вырастает в ребенка. Такие близнецы всегда одного пола, похожи друг на друга очень сильно (потому что у них совершенно одинаковый генотип). Отличия, которые возникают у таких близнецов в течение жизни, связаны с воздействием условий окружающей среды.
Разнояйцевые близнецы (не изучаются в близнецовом методе) получаются, когда в половых путях матери одновременно оплодотворяются две яйцеклетки. Такие близнецы могут быть одного или разного пола, похожи друг на друга как обычные братья и сестры.
3) Цитогенетический - изучение под микроскопом хромосомного набора - числа хромосом, особенностей их строения. Позволяет выявлять хромосомные болезни. Например, при синдроме Дауна имеется одна лишняя 21-ая хромосома.
4) Биохимический - изучение химического состава организма. Позволяет узнать, являются ли пациенты гетерозиготами по патологическому гену. Например, гетерозиготы по гену фенилкетонурии не болеют, но в их крови можно обнаружить повышенное содержание фенилаланина.
5) Популяционно-генетический - изучение доли различных генов в популяции. Основа на законе Харди-Вайнберга. Позволяет расчитать частоту нормальных и патологичнеских фенотипов.
Выберите один, наиболее правильный вариант. С помощью какого метода выявляется влияние генотипа и среды на развитие ребенка
1) генеалогического
2) близнецового
3) цитогенетического
4) гибридологического
Ответ
Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. Близнецовый метод исследования используют
1) цитологи
2) зоологи
3) генетики
4) селекционеры
5) биохимики
Ответ
Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. Генетики, используя генеалогический метод исследования, составляют
1) генетическую карту хромосом
2) схему скрещивания
3) родословное древо
4) схему предковых родителей и их родственные связи в ряде поколений
5) вариационную кривую
Ответ
1. Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. Генеалогический метод исследования используют для установления
1) доминантного характера наследования признака
2) последовательности этапов индивидуального развития
3) причин хромосомных мутаций
4) типа высшей нервной деятельности
5) сцепленности признака с полом
Ответ
2. Выберите два верных ответа из пяти и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны. Генеалогический метод позволяет определить
1) степень влияния среды на формирование фенотипа
2) влияние воспитания на онтогенез человека
3) тип наследования признака
4) интенсивность мутационного процесса
5) этапы эволюции органического мира
Ответ
3. Выберите два верных ответа из пяти и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны. Генеалогический метод используют для определения
3) закономерностей наследования признаков
4) числа мутаций
5) наследственного характера признака
Ответ
4. Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. Генеалогический метод используют для
1) изучения влияния воспитания на онтогенез человека
2) получения генных и геномных мутаций
3) изучения этапов эволюции органического мира
4) выявления наследственных заболеваний в роду
5) исследования наследственности и изменчивости человека
Ответ
5. Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. Генеалогический метод используют для определения
1) степени влияния факторов среды на формирование признака
2) характера наследования признака
3) вероятности передачи признака в поколениях
4) структуры хромосом и кариотипа
5) частоты встречаемости патологичного гена в популяции
Ответ
Выберите один, наиболее правильный вариант. Основной метод изучения закономерностей наследования признаков
1) генеалогический
2) цитогенетический
3) гибридологический
4) близнецовый
Ответ
Выберите один, наиболее правильный вариант. Для определения характера влияния генотипа на формирование фенотипа у человека анализируется характер проявления признаков
1) в одной семье
2) в больших популяциях
3) у идентичных близнецов
4) у разнояйцовых близнецов
Ответ
Установите соответствие между характеристикой и методом: 1) цитогенетический, 2) генеалогический. Запишите цифры 1 и 2 в правильном порядке.
А) исследуется родословная семьи
Б) выявляется сцепление признака с полом
В) изучается число хромосом на стадии метафазы митоза
Г) устанавливается доминантный признак
Д) определяется наличие геномных мутаций
Ответ
Выберите один, наиболее правильный вариант. Метод, позволяющий изучать влияние условий среды на развитие признаков
1) гибридологический
2) цитогенетический
3) генеалогический
4) близнецовый
Ответ
Выберите один, наиболее правильный вариант. Какой метод генетики используют для определения роли факторов среды в формировании фенотипа человека
1) генеалогический
2) биохимический
3) палеонтологический
4) близнецовый
Ответ
Выберите один, наиболее правильный вариант. Какой метод используют в генетике при изучении геномных мутаций
1) близнецовый
2) генеалогический
3) биохимический
4) цитогенетический
Ответ
1. Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. Цитогенетический метод используют для определения
1) степени влияния среды на формирование фенотипа
2) наследования сцепленных с полом признаков
3) кариотипа организма
4) хромосомных аномалий
5) возможности проявления признаков у потомков
Ответ
2. Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. Цитогенетический метод позволяет изучить у человека
1) наследственные заболевания, связанные с геномными мутациями
2) развитие признаков у близнецов
3) особенности обмена веществ его организма
4) его хромосомный набор
5) родословную его семьи
Ответ
3. Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. Цитогенетический метод исследования генетики человека
1) основан на составлении родословных человека
2) используется для изучения характерна наследования признака
3) заключается в микроскопическом исследовании структуры хромосом и их количества
4) используется для выявления хромосомных и геномных мутаций
5) помогает установить степень влияния среды на развитие признаков
Ответ
Все приведённые ниже методы исследования, кроме двух, используются для изучения наследственности и изменчивости человека. Определите эти два метода, «выпадающие» из общего списка, и запишите цифры, под которыми они указаны.
1) генеалогически
2) гибридологический
3) цитогенетический
4) экспериментальный
5) биохимический
Ответ
Выберите из текста три предложения, которые дают верную характеристику методам исследования генетики и наследственности человека. Запишите цифры, под которыми они указаны. (1) Генеалогический метод, используемый в генетике человека, основан на изучении родословного древа. (2) Благодаря генеалогическому методу был установлен характер наследования конкретных признаков. (3) Близнецовый метод позволяет прогнозировать рождение однояйцевых близнецов. (4) При использовании цитогенетического метода устанавливают наследование у человека групп крови. (5) Характер наследования гемофилии (плохой свёртываемости крови) был установлен путём анализа родословных как Х-сцепленный рецессивный ген. (6) Гибридологический метод позволяет изучить распространение болезней по природным зонам Земли.
Ответ
Ниже приведен перечень методов генетики. Все они, кроме двух, относятся к методам генетики человека. Найдите два термина, «выпадающих» из общего ряда, и запишите цифры, под которыми они указаны.
1) близнецовый
2) генеалогический
3) цитогенетический
4) гибридологический
5) индивидуального отбора
Ответ
1. Выберите два верных варианта ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. Биохимический метод исследования используется для:
1) изучения кариотипа организма
2) установления характера наследования признака
3) диагностике сахарного диабета
4) определения дефектов ферментов
5) определения массы и плотности органоидов клетки
Ответ
2. Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. Биохимический метод исследования используется для
1) определения степени влияния среды на развитие признаков
2) изучения обмена веществ
3) изучения кариотипа организма
4) исследования хромосомных и геномных мутаций
5) уточнения диагнозов сахарного диабета или фенилкетонурии
Ответ
1. Выберите три варианта. Сущность гибридологического метода заключается в
1) скрещивании особей, различающихся по нескольким признакам
2) изучении характера наследования альтернативных признаков
3) использовании генетических карт
4) применении массового отбора
5) количественном учёте фенотипических признаков потомков
6) подборе родителей по норме реакции признаков
Ответ
2. Выберите два верных ответа. К особенностям гибридологического метода относят
1) подбор родительских пар с альтернативными признаками
2) наличие хромосомных перестроек
3) количественный учёт наследования каждого признака
4) определение мутантных генов
5) определение числа хромосом в соматических клетках
Ответ
Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. Какие методы научного исследования используются для диагностики сахарного диабета и выявления характера его наследования?
1) биохимический
2) цитогенетический
3) близнецовый
4) генеалогический
5) исторический
Ответ
Выберите два верных ответа из пяти и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны. В генетике человека используют методы
1) цитогенетический
2) генеалогический
3) индивидуального отбора
4) гибридологический
5) полиплоидизации
Ответ
Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. Для изучения наследственных болезней человека исследуют клетки околоплодной жидкости методами
1) цитогенетическим
2) биохимическим
3) гибридологическим
4) физиологическим
5) сравнительно-анатомическим
Ответ
Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. Популяционно-статистический метод исследования генетики человека используется для
1) расчета частоты встречаемости нормальных и патологических генов
2) изучения биохимических реакций и обмена веществ
3) предсказания вероятности генетических аномалий
4) определения степени влияния среды на развитие признаков
5) изучения структуры генов, их количества и расположения в молекуле ДНК
Ответ
Установите соответствие между примерами и методами выявления мутаций: 1) биохимический, 2) цитогенетический. Запишите цифры 1 и 2 в порядке, соответствующем буквам.
А) утрата Х-хромосомы
Б) образование бессмысленных триплетов
В) появление дополнительной хромосомы
Г) изменение структуры ДНК в пределах гена
Д) изменение морфологии хромосомы
Е) изменение числа хромосом в кариотипе
Ответ
Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны. Близнецовый метод исследования генетики человека используется для
1) изучения характера наследования признака
2) определения степени влияния среды на развитие признаков
3) предсказания вероятности рождения близнецов
4) оценки генетической предрасположенности к различным заболеваниям
5) расчета частоты встречаемости нормальных и патологических генов
1) установление характера наследования различных признаков
2) микроскопическое исследование числа и структуры хромосом
3) биохимический метод
4) цитогенетический метод
5) близнецовый метод
6) изучение родственных связей между людьми
7) изучение химического состава крови
8) выявление нарушения обмена веществ
Ответ
© Д.В.Поздняков, 2009-2019
Среди многих методов изучения наследственной патологии человека цитогенетический метод занимает одно из главных. С помощью цитогенетического исследования в генетике человека можно решать такие сложные вопросы, как анализы материальных основ наследственности и кариотипа в норме и патологии, изучать некоторые закономерности мутационного и эволюционного процессов. Все хромосомные болезни у человека были открыты с помощью цитогенетического метода. Для его проведения используют культуру лимфоцитов периферической крови, кожные фибробласты, костный мозг. Классификация хромосом человека, методы индивидуализации
хромосом с помощью различных типов окрашивания, молекулярная организация хромосом, хромосомный пол человека - все эти темы будут освещены в практикуме по медицинской генетике, который выйдет в свет вскоре после настоящей монографии.
Цитогенетика человека занимает особое место в медицинской генетике. Это обусловлено тем, что большая часть множественных пороков и нарушений половой дифференцировки у человека связана с различными структурными и числовыми нарушениями в системе аутосом и гоносом. До недавнего времени с помощью цитогенетического метода можно было судить только о кариотипе - точном числе и структуре хромосом. С введением в практику здравоохранения высокоразрешающих методов молекулярной цитогенетики удалось «подобрать ключи» к патологии, которую не удавалось диагностировать с помощью рутинных методов цитогенетики. Были разработаны и внедрены в клиническую цитогенетику ДНК-диагностика, гибридизация нуклеиновых кислот in situ, которые помогли выяснить природу большого количества микроделеционных синдромов (Ворсанова С.Г. и соавт., 1998, 1999, 2006); появились компьютерные системы для анализа хромосом, которые позволяют проводить автоматический анализ хромосом и внедрять очень эффективную многоцветную детекцию ДНК-зондов. Весьма успешную работу в этом направлении осуществляют лаборатории Научного Центра психического здоровья (руководитель Юров Ю.Б.) и Московского НИИ педиатрии и детской хирургии (руководитель Ворсанова С.Г.), которые создали оригинальную хромосомоспецифическую коллекцию ДНК-зондов на все хромосомы человека и их отдельные участки.
Необходимость цитогенетического исследования диктуется наличием огромного количества хромосомных болезней. Описано уже около 1000 типов хромосомных нарушений, для более 100 из них четко определена клиническая картина. Частота хромосомных аномалий среди новорожденных составляет примерно 1%, среди мертворожденных этот показатель равен 6-7%. У детей, родившихся с задержкой психомоторного развития и имеющих пороки развития внутренних органов, хромосомные болезни встречаются от 1 до 30%. Кроме того, хорошо известно, что по крайней мере около 60% спонтанных абортов в I триместре беременности (в первые дни беременности эти цифры еще выше) связаны с хромосомными аберрациями.
Хромосомные нарушения резко нарушают эмбриогенез. В этот период, период морфогенеза в процессах развития будущего потомства принимают участие до 1000 генов, локализованных во всех хромосомах, поэтому хромосомная или геномная мутация может привести к спонтанному аборту (Бочков Н.П., 2004). Примерно 1 /з оплодотворенных яйцеклеток погибает в 1-ю неделю беременности. Во II триместре хромосомные нарушения являются причиной спонтанных абортов в 25-30% случаев. После 20 нед беременности хромосомные аномалии встречаются только в 10% случаев. При отягощенном акушерском анамнезе у супружеских пар с повторными спонтанными абортами, мертворождениями или рождением детей с пороками развития хромосомные аномалии обнаруживаются в 5%.
Среди других контингентов хромосомные аномалии обнаруживаются у детей с олигофренией - в среднем в 15% (в основном из-за структурных перестроек). У больных с нарушением половой дифференцировки частота хромосомных нарушений колеблется от 20 до 50% (в 50% случаев обнаруживается мозаицизм). У больных с первичной и вторичной аменореей частота хромосомных аномалий колеблется от 10 до 50% (более 90% - численные нарушения и мозаицизм). При мужском бесплодии частота аномальных хромосом достигает 10-15% (до 70% - численные нарушения и мозаицизм).
Знания по медицинской генетике, в том числе и по цитогенетике, необходимы акушерам-гинекологам, педиатрам, эндокринологам, психоневрологам, паталогоанатомам, а также другим специалистам. Имеется достаточное количество не только детей, но и взрослых больных, у которых психоневрологические нарушения, нарушения половой сферы или репродуктивной функции связаны с нарушением хромосомного аппарата.
Исторически хромосомные болезни клиницисты начали еще изучать до установления точного числа хромосом человека. Синдромы Дауна, Клайнфельтера и Шерешевского-Тернера клинически были описаны задолго до открытия хромосомной этиологии этих заболеваний.
С открытием «лишней» хромосомы при синдроме Дауна (Лежен Ж. и соавт., 1959) в медицину вошло новое понятие - «хромосомопатии», или «хромосомные болезни».
В настоящее время к хромосомным болезням относят такие формы патологии, при которых наблюдаются, как правило, нарушение психики и множественные врожденные пороки различных
систем организма человека. Генетической основой таких состояний являются численные или структурные изменения хромосом, наблюдаемые в соматических или половых клетках.
Термин «болезнь» по отношению к хромосомным аномалиям употребляется не всегда справедливо. Болезнь - это процессуальность, т.е. закономерная смена симптомов и синдромов во времени. Болезнь имеет продрому, начало, стадию полного развития и исходное состояние. Совокупность же специфических признаков, характеризующих любую хромосомную аномалию, является конституциональной, врожденной, и признаки эти непрогредиентны. Другими словами, врожденные аномалии развития, в основе которых лежат нарушения кариотипа, отличаются от болезней в обычном понимании резким сдвигом процессуальной фазы во времени. Процессуальная фаза в данном случае проходит во время эмбрионального развития. В силу этих соображений употребление термина «хромосомные болезни» необходимо применять при полном осознании его своеобразия.
Одной из важнейших задач медицинской генетики, и в первую очередь клинической цитогенетики человека, является выяснение связи хромосомных аномалий с пороками развития. Положительное решение этой проблемы позволило бы, в свою очередь, установить роль каждой отдельной хромосомы в эмбриональном развитии человека; это, конечно, помогло бы цитогенетикам составить цитологические карты каждого отдельного локуса хромосомы и таким образом определить значение его для развития и жизнедеятельности организма в целом.
3.2. ЭТИОЛОГИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ ХРОМОСОМНЫХ БОЛЕЗНЕЙ
Среди хромосомных нарушений принято выделять геномные и хромосомные нарушения. У человека найдены все формы хромосомных и геномных мутаций. К геномным мутациям относятся аномалии, характеризующиеся увеличением полного набора хромосом (полиплоидии) или изменением количества хромосом по одной из пар (анеуплоидии). К структурным хромосомным мутациям относятся все типы перестроек, которые обнаружены у человека, - делеция (нехватка), дупликация (удвоение), инверсия (перевертывание), инсерция (вставка), транслокация (перемещение).
Можно выделить два основных типа перестроек: внутрихромосомные и межхромосомные. В свою очередь, перестройки могут быть сбалансированными (т.е. в геноме присутствуют все локусы, однако их расположение в хромосомах отличается от исходного - нормального) и несбалансированными. Несбалансированные перестройки характеризуются утратой или удвоением участков хромосомы. Внутрихромосомные перестройки, связанные с перестройками внутри одного плеча хромосомы, называются парацентрическими. Крайние участки без центромеры называются фрагментами, и они обычно утрачиваются в ходе митоза.
Делеция - утрата части хромосомы, происходящая в результате двух разрывов и одного воссоединения, с утратой сегмента, лежащего между разрывами. У человека известна потеря 1 /з короткого плеча хромосомы 5, именуемая как синдром «кошачьего крика» и описанная впервые Дж. Леженом в 1963 г.
Дупликация - удвоение сегмента хромосомы, в результате чего клетка организма становится полиплоидной по данному сегменту. Если дупликация находится непосредственно за исходным участком хромосомы, это называется тандем-дупликацией. Кроме того, дупликации могут быть локализованы в других участках хромосомы. Большинство таких перестроек летальны, а те люди, которые с ними выжили, как правило, не способны воспроизвести потомство.
В случае инверсии участок хромосомы разворачивается на 180°, и разорванные концы соединяются в новом порядке. Если в инвертированный участок попадает центромера, такую инверсию называют перицентрической. Если инверсия затрагивает только одно плечо хромосомы, она называется парацентрической. Гены в инвертированном участке хромосомы располагаются в обратном порядке по отношению к исходному в хромосоме.
К межхромосомным перестройкам относят транслокации - обмен сегментами между хромосомами. Различают следующие типы транслокаций:
Реципрокная транслокация, когда две хромосомы взаимно обмениваются сегментами (сбалансированная транслокация); как и инверсия, она не вызывает аномальных эффектов у носителя;
Нереципрокная транслокация - когда сегмент одной хромосомы переносится в другую;
Транслокация типа центрического соединения - когда после разрывов в околоцентромерном районе соединяются два фрагмента с центромерами таким образом, что их центромера соединяется, образуя одну. Взаимное объединение двух акроцентрических хромосом из групп D и G приводит к образованию одной метаили субметацентрической хромосомы. Такую транслокацию называют робертсоновской.
Рис. 3.3. Транслокация t(5;14)
Транслокационный синдром Дауна возникает именно таким образом, при этом больные имеют выраженную симптоматику болезни Дауна, но в их кариотипе всего 46 хромосом, причем хромосом 21 - две, третья транслоцирована обычно на одну из хромосом группы D или G. Исследование кариотипов родителей таких детей показало, что чаще всего фенотипически нормальные родители (как правило, матери) имеют 45 хромосом и точно такую же транслокацию хромосомы 21, как и ребенок.
В основу классификации хромосомных болезней положены тип хромосомной аномалии и характер дисбаланса хромосомного материала соответствующего кариотипа. Исходя из этих принципов хромосомные аномалии делятся на три группы:
Численные нарушения по отдельным хромосомам;
Нарушение кратности полного гаплоидного набора хромосом;
Структурные перестройки хромосом.
Первые две группы относятся к геномным мутациям, а третья группа - к хромосомным мутациям. Кроме этого, необходимо учитывать тип клеток, в которых произошла мутация (в гаметах или зиготе), а также иметь в виду, была ли мутация унаследована или она возникла заново. Таким образом, при постановке диагноза хромосомной болезни необходимо учитывать:
Тип мутации;
Конкретную хромосому;
Форму (полная или мозаичная);
Наследуемый или ненаследуемый случай.
Большая часть хромосомных аномалий, возникающих в хромосомных наборах человека, связана с нарушением числа хромосом. Полиплоидия возникает в результате нарушения нормального митотического цикла: удвоение хромосом не сопровождается делением ядра и клетки. Примерами полиплоидии, которые описаны у человека, являются триплоидии (69,ХХХ; 69,ХХУ) и тетраплоидии (92,ХХХХ; 92,ХХХУ). Эти нарушения несовместимы с жизнью и встречаются в материале спонтанных абортусов или плода и у мертворожденных, а иногда и у новорожденных, продолжительность жизни которых с такими аномалиями составляет, как правило, всего несколько дней.
Анеуплоидия возникает в результате нерасхождения хромосом в мейотических делениях или в митозе. Термин «нерасхождение» означает отсутствие разъединения хромосом (в мейозе) либо хроматид (в митозе) в анафазе. В результате нерасхождения возникают гаметы с аномальным набором хромосом.
Структурные изменения хромосом у человека встречаются намного реже, чем численные аберрации. Структурные перестройки могут быть хромосомными и хроматидными, сопровождаться изменением количества генетического материала (делеции и дупликации) или только сводиться к перемещению его (инверсии, инсерции, транслокации). В перестройку может вовлекаться одна или больше хромосом с несколькими разрывами и соединениями. Иногда в организме могут встречаться клетки с различными кариотипами. Такое сочетание кариотипа обычно обозначают термином «мозаицизм» .
Большинство хромосомных болезней возникает спорадически в результате геномной и хромосомной мутации в гаметах здоровых родителей или на первых делениях зиготы. Хромосомные изменения в гаметах приводят к развитию так называемых полных, или регулярных, форм нарушения кариотипа, а соответствующие изменения хромосом на ранних стадиях развития эмбриона являются причиной возникновения соматического мозаицизма или мозаичных организмов (наличие в организме двух или более клеточных линий с разным числом хромосом). Мозаицизм может касаться как половых хромосом, так и аутосом. У человека чаще всего мозаичные формы обнаруживаются в системе половых хромосом. Мозаики, как правило, имеют более «стертые» формы заболевания, чем люди с измененным числом хромосом в каждой клетке. Так, ребенок с мозаичным вариантом болезни Дауна может иметь фактически нормальный интеллект, но физические признаки этого заболевания все равно остаются.
Число аномальных клеток может быть различным: чем их больше, тем более ярко выражен симптомокомплекс той или иной хромосомной болезни. В некоторых случаях удельный вес аномальных клеток так невелик, что человек кажется фенотипически здоровым.
Установить мозаицизм оказывается не так просто, поскольку клон аномальных клеток имеет в онтогенезе тенденцию к элиминации. Иначе говоря, число таких клеток может быть у взрослого человека относительно мало, в то время как в эмбриональный и ранний постнатальный периоды их удельный вес был достаточно велик, что привело к развитию выраженных клинических симптомов болезни. Однако, несмотря на известные трудности изучения мозаицизма, его открытие и исследование вносят ясность в проблему стертых и рудиментарных форм хромосомных болезней.
Любая из хромосом кариотипа человека может вовлекаться в численные или структурные изменения. Исходя из этого можно наблюдать очень большое разнообразие описанных хромосомных форм. Практическая цитогенетика постоянно сталкивается с обнаружением хромосомных аномалий при исследовании различных клеток и тканей в разные периоды развития человека. Классификация индивидуальных хромосом, которые могут вовлекаться в хромосомные аномалии, а следовательно, и выделение хромосомных синдромов в настоящее время - легко разрешимая проблема в связи с введением в хромосомный анализ методов индивидуализации хромосом: различных типов окрашивания по длине; гибридизации нуклеино-
вых кислот in situ, метода сравнительной геномной гибридизации, спектроскопического метода анализа хромосом. В последнее время при FISH-анализе иногда используют разноцветные ДНК-зонды, позволяющие быстро выявить качественные и количественные перестройки хромосом.
3.3. ПАТОГЕНЕЗ И КЛИНИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ХРОМОСОМНЫХ БОЛЕЗНЕЙ
Хромосомные аномалии возникают в результате того, что изменения количества или качества генетической информации в сторону ее избытка или недостатка нарушает функционирование нормальной генетической программы онтогенеза (индивидуального развития организма). Характер и тяжесть проявления хромосомных болезней зависит от вида аномалий и вовлеченных хромосом. Хромосомные синдромы обычно характеризуются множественными пороками развития независимо от типа хромосомной аберрации. Многочисленные исследования разнообразных типов повреждения хромосом и вызываемые ими отклонения развития позволяют сделать вывод о том, что в патогенезе хромосомных болезней основное место занимает нарушение физического (соматического) и психического развития.
Общим для всех форм хромосомных аномалий является множественность поражения различных систем и органов. Нарушения развития могут наблюдаться в широких диапазонах - от гибели и элиминации зигот на первых стадиях дробления до нарушений, совместимых с постнатальным существованием. Тщательное клинико-цитогенетическое изучение хромосомных аномалий позволяет выделить ряд признаков, которые в различных сочетаниях и с разной степенью выраженности встречаются у всех пораженных индивидуумов. К таким признакам относят умственную отсталость, пре- и постнатальную задержку развития, аномалии многих органных систем, особенно челюстно-лицевой области, скелета, сердечно-сосудистой и мочеполовой систем. В частности, отмечаются краниофациальная дисплазия, ненормальные форма и расположение ушных раковин, гипертелоризм, эпикант, готическое нёбо, аномалии строения глазных щелей и яблок, специфическое изменение кожного рисунка на ладонях и подошвах, аномалия строения и расположения пальцев нижних и верхних конечностей и др.
Все диагностические признаки, встречающиеся при хромосомных болезнях, можно условно разделить на три группы.
К первой группе можно отнести комплекс признаков, позволяющих лишь заподозрить хромосомную аномалию. Это общие признаки (некоторые из них перечислены выше): физическое недоразвитие, ряд дизморфий мозгового и лицевого черепа, косолапость, клинодактилия мизинцев, некоторые пороки развития внутренних органов (сердца, почек, легких).
Ко второй группе относят признаки, встречающиеся в основном при определенных хромосомных болезнях. Их сочетание позволяет в большинстве случаев диагностировать хромосомную аномалию. Среди характерных, наиболее часто встречающихся признаков при трисомии хромосомы 13 следует назвать глубокую задержку умственного и физического развития (100%), гипертелоризм (90%), низко расположенные уродливые уши (90%). При трисомии хромосомы 18 следует отметить долихоцефалию (90%), тяжелую задержку психомоторного и физического развития (100%), затруднения при глотании, проблемы с кормлением (100%), микрогнатию и короткую грудину (90%).
К третьей группе относят признаки, характерные только для одной хромосомной аномалии, например «кошачий крик» при синдроме 5р-, алопеция при синдроме 18р.
При изучении корреляции фенотипа с кариотипом было сделано важное заключение о том, что чем больше хромосомного материала утрачено или приобретено, тем сильнее отклонения в развитии, тем раньше в онтогенезе они проявляются. Поэтому аномалии по крупным хромосомам встречаются очень редко. Кроме того, нехватка генетического материала сказывается на организме тяжелее, чем его избыток, и поэтому полные моносомии (особенно у живорожденных детей) встречаются гораздо реже, чем полные трисомии. Тяжесть клинической картины зависит не только от размера хромосомы, вовлекаемой в патологический процесс, большое значение имеет и ее качественный состав. Например, полные трисомии у живорожденных чаще всего обнаруживаются по аутосомам 13, 18, 21. Это связано с тем, что данные хромосомы содержат больше гетерохроматина, чем эухроматина. Основу последнего составляют активные районы, содержащие гены, которые контролируют развитие признаков организма. И, естественно, скорее погибнет та клетка, в которой имеется нехватка генов, определяющих продукцию таких белков, которые
участвуют в ключевых биохимических реакциях, обеспечивающих жизнеспособность клетки.
Для хромосомных нарушений характерны увеличение частоты гибели плодов и снижение жизнеспособности живорожденных. Однако при некоторых хромосомных аномалиях возможно выживание до взрослого состояния. В первую очередь это относится к группе синдромов, связанных с патологией в системе половых хромосом. Общее нарушение генного баланса, вызванное аномалиями в системе половых хромосом, гораздо менее фатально для развития организма, чем это имеет место при аутосомных аберрациях, поэтому наличие гоносомных нарушений в кариотипе человека совместимо не только с рождением, но и с нормальной жизнеспособностью и даже иногда с нормальным фенотипом.
Многочисленные исследования, проведенные в больших популяциях новорожденных и здоровых взрослых, а также в различных контингентах умственно отсталых лиц, позволили установить, что аномалии по половым хромосомам среди умственно отсталых людей встречаются в 4-5 раз чаще, чем у новорожденных.
Установлено, что 17-25% мужчин с синдромом Клайнфельтера имеют сниженный интеллект. Лишняя хромосома Х у женщин, вероятно, проявляется в еще большем снижении интеллекта, чем у мужчин.
Отмечена прямая корреляция между числом лишних Х хромосом и степенью умственной отсталости. Если наличие одной лишней хромосомы Х не всегда сопровождается олигофренией (синдромы ХХУ, ХХХ), то наличие лишних двух Х хромосом уже всегда дает картину умственной отсталости (средние значения IQ у больных с кариотипом 48, ХХХУ 52,5, а с кариотипом 49, ХХХХУ - 35,2). Синдром Шерешевского-Тернера более редок среди умственно отсталых женщин.
Причины умственной отсталости при ауто- и гоносомных абберациях, очевидно, заключаются в грубых нарушениях генного баланса и вытекающих отсюда нарушениях множества ферментных функций.
Как уже указывалось выше, клинические проявления одних и тех же форм хромосомных болезней сильно варьируют: от летального эффекта до незначительных отклонений. Почему это происходит, остается неясным: ведущую роль играют то ли генотипические факторы, то ли факторы внешней среды. Например, нет ответа на вопрос,
почему только 2/3 случаев трисомии по хромосоме 21 элиминируется во внутриутробном периоде (примерно такая же картина наблюдается при моносомии ХО).
В формировании клинических (фенотипических) проявлений хромосомных аномалий участвуют многие факторы. Среди них в первую очередь следует отметить:
Генотип организма;
Генный состав индивидуальной хромосомы, вовлекаемой в хромосомную аберрацию;
Тип аберрации и размер недостающего или избыточного хромосомного материала;
Степень мозаичности организма по аберрантным клеткам.
Тяжесть клинических проявлений зависит от соотношения нормальных и аномальных клеточных клонов;
Факторы внешней среды;
Онтогенетическую стадию развития организма.
Исходя из приведенных данных следует сделать вывод о том, что в патогенезе хромосомных аномалий еще много неясного, поскольку пока нет общей четкой схемы развития сложных патологических процессов, каковыми являются хромосомные болезни.
3.4. ЧАСТОТА И РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ ХРОМОСОМНЫХ БОЛЕЗНЕЙ
Наиболее полные сведения о частоте и распространенности хромосомных болезней можно получить на основании цитогенетических исследований спонтанных абортов, мертворожденных и новорожденных. Методы учета хромосомных аномалий должны быть строго унифицированы. Цитогенетическое обследование необходимо проводить новорожденным с врожденными пороками развития, недоношенным; больным с олигофренией, нарушением половой дифференцировки, с первичной и вторичной аменореей, спонтанными абортами, лицам с мужским бесплодием. Цитогенетический метод может применяться во многих областях практической и теоретической медицины (акушерство и гинекология, педиатрия, психиатрия, эндокринологи, патологическая анатомия и др.) - вот почему знания хромосомной патологии, ее клинических особенностей, методов диагностики и профилактики играют важную роль в подготовке будущего врача.
Как указывалось ранее, хромосомные аномалии чаще всего наблюдаются при спонтанных абортах - до 60%, у мертворожденных - до 70% и у живорожденных - около 1%.
Клинические и цитогенетические исследования, проводимые у новорожденных с хромосомной патологией, показывают, что жизнеспособность зависит от типа хромосомного нарушения. Большинство новорожденных с аутосомными трисомиями погибают в первые дни жизни. В свою очередь, у больных с аномалиями половых хромосом жизнеспособность снижена незначительно. Это зависит от того, что полная клиническая картина у данного контингента проявляется лишь в период полового созревания, когда начинают функционировать гены, определяющие половое развитие организма и формирование вторичных половых признаков.
Среди эффектов хромосомных аномалий в онтогенезе, кроме спонтанных абортов и врожденных пороков развития, у человека наблюдается явление однородительских дисомий. Однородительская дисомия возникает тогда, когда будущий потомок получает от одного из родителей обе хромосомы одной из пар (кариотип представлен 46 хромосомами). В результате может происходить гомозиготизация по патологическим рецессивным генам, которые могут быть причиной данного заболевания. Примерами однородительской дисомии являются синдромы Прадера-Вилли, Ангельмана, Беквита-Видемана и др.
Хромосомные аномалии возникают не только в ранние периоды онтогенеза. Спонтанный уровень хромосомных перестроек наблюдается у человека на протяжении всей жизни (около 2%). Чаще всего эти перестройки обычно элиминируются, но в какой-то момент могут стать источником злокачественного роста. Известно, что некоторые числовые и структурные хромосомные аномалии либо вызывают злокачественную трансформацию клеток, либо обусловливают предрасположенность к развитию онкологических заболеваний. Опухолевая прогрессия часто возникает в результате появления новых клеточных клонов, несущих различные виды хромосомных перестроек, которые кардинально отличаются от исходного клеточного штамма. В результате анализа огромного количества опухолей (свыше 25 тыс.), который был суммирован и опубликован в пятом издании «Каталога хромосомных аберраций при онкологических заболеваниях», удалось выявить новые гены, изменение которых в некоторых случаях могло привести к злокачественному перерожде-
нию нормальных клеток. По данным ВОЗ, рак это общее обозначение более чем 100 болезней, которые могут поражать любую часть организма, и его считают болезнью генома. Ретинобластома явилась первой опухолью, для которой была выявлена специфическая связь с презиготной хромосомной мутацией в длинном плече хромосомы 13. Классическим примером хромосомной мутации, детерминирующей возникновение хронического миелоидного лейкоза, является так называемая филадельфийская хромосома. Транслокация участков длинных плеч хромосом 9 и 22 приводит к образованию аномальной хромосомы, вызывающей злокачественные изменения белой крови. Известны и другие транслокации хромосом (8;21), (8;14), которые приводят к возникновению соответственно острого миелоидного лейкоза и лимфомы Беркитта.
В середине 60-х годов прошлого века многочисленными исследованиями было доказано, что у больных с врожденными хромосомными аномалиями рак возникает во много раз чаще, чем в популяции, и предрасположенность к новообразованиям при некоторых наследственных синдромах сопровождается (или обусловлена) повышенной частотой спонтанных или индуцированных хромосомных повреждений.
Необходимо помнить, что при старении организма спонтанный уровень хромосомных нарушений увеличивается.
Патологические синдромы, объединяемые термином «хромосомные болезни», являются неоднородными. Описано большое количество многообразных форм хромосомных аномалий у человека. Однако не все из них могут претендовать на «самостоятельность» в виде четко очерченного синдрома или болезни. Это связано с тем, что при некоторых хромосомных нарушениях патологическое состояние не обусловлено непосредственно конкретной хромосомной перестройкой.
Общая частота морфологических пороков развития у детей в возрасте до 1 года составляет примерно 27,2 на 1000 населения. Около 60% из них выявляются в первые 7 дней жизни уже в родовспомогательных учреждениях. Одна из частных причин пороков развития - орофасциальные расщелины, которые входят в «большую пятерку» уродств, занимая по частоте второе место.
По сведениям национального института стоматологии США, 40% населения мира имеют врожденные и наследственные аномалии развития черепно-лицевой области, из которых 15% нуждаются в серьез-
ном хирургическом лечении. По данным ВОЗ, общая встречаемость врожденной расщелины верхней губы и нёба в мире колеблется от 0,8 до 2 случаев на 1000 рождений. Распространение по континентам следующее: в Азии - 1 случай на 500 новорожденных; в Европе - 1 на 700; в Африке - 1 на 1000; в России - 1 на 800. По разным источникам, доля больных с врожденными и наследственными аномалиями черепно-лицевой области в России составляет около 35%, причем ежегодно рождается свыше 50 тыс. детей, которые требуют пристального внимания стоматологической службы.
Одним из самых частых врожденных пороков развития среди всех аномалий челюстно-лицевой области является расщелина губы и нёба, популяционная частота которой по разным источникам колеблется от 1:1000 до 1:460 (ежегодно в Москве этот показатель примерно 1:700). Расщелины губы и/или нёба составляют около 87% от всех врожденных пороков развития лица. Почти каждая пятая типичная расщелина является компонентом тяжелого синдрома.
Из 3 трисомий (синдром Дауна, синдром Патау и синдром Эдвардса), которые встречаются у человека, расщелины губы и/или нёба чаще всего возникают при синдроме Патау (около 70%) и считаются наиболее типичным признаком данного синдрома.
Анализ обращаемости в медико-генетические консультации показывает, что чаще всего к этому специализированному виду медицинской помощи обращаются семьи с хромосомными болезнями, врожденными пороками развития и нервно-психическими заболеваниями. Цитогенетический метод и молекулярно-цитогенетические методы позволяют непосредственно выявить все нарушения кариотипа. Они применяются в тех случаях, когда хромосомная аномалия предполагается как наиболее вероятный этиологический фактор патологии в семье.
Для заболеваний, обусловленных числовыми аберрациями хромосом, вероятность повторного случая в семье крайне мала (не превышает 1%), если известно, что ни у одного из родителей нет хромосомной аномалии, а также отсутствуют другие факторы риска (например, средний возраст матери). Исключение составляют транслокации.
Для семей, в которых уже имеется ребенок с трисомной формой синдрома Дауна, риск рождения еще одного больного ребенка повышен (1 на 50-200 новорожденных в отношении синдрома Дауна и 1 на 100 новорожденных в отношении всех хромосомных аномалий).
При аномалиях половых хромосом повторные случаи любой из них в семье исключительно редки. При синдромах ХХУ и ХХХ обнаружена связь с возрастом матери. В этих случаях риск для сибсов оценивается эмпирически (для каждого типа аномалии) с учетом возраста матери. Наиболее неблагоприятным будет прогноз при транслокациях в том случае, если в гаметах одного из родителей имеется сбалансированная хромосомная мутация.
Показания для проведения цитогенетического обследования:
Возраст женщины более 35 лет;
Наличие у предыдущего ребенка хромосомных аномалий;
Врожденные пороки двух и более систем;
Врожденные пороки в сочетании с олигофренией;
Олигофрения неясной этиологии;
Носительство семейной хромосомной перестройки;
Спонтанные аборты и привычное невынашивание беременности;
Патология плода, выявленная при УЗИ. Правила записи аномальных кариотипов по аутосомам:
Любому врачу, сталкивающемуся в своей практической деятельности с хромосомными аномалиями, необходимо знать правила записи нормальных и абберантных кариотипов. При этом необходимо помнить следующее.
1. В самом начале указывается общее число хромосом.
3. Добавочная аутосома обозначается соответствующим номером и знаком «+», который ставится перед хромосомой, например: 47, ХУ, +21 (мужской кариотип с синдромом Дауна). Утрата целой хромосомы обозначается знаком «-», например: 45, ХХ, -13 (женский кариотип с моносомией по 13 хромосоме).
4. Короткое плечо хромосомы, как уже отмечалось, обозначается латинской буквой «р», длинное плечо - «q». Например, 46, ХУ, 5 р- (синдром «кошачьего крика»).
5. Транслокация обозначается буквой «t» с расшифровкой в скобках, например, 45, ХХ, t (14/21) - женщина-носительница сбалансированной транслокации 14/21.
6. Присутствие более чем одной клеточной линии (мозаицизм) обозначается знаком дроби, например: 45, Х/46, ХХ - мозаик по синдрому Шерешевского-Тернера.
Этими символами и терминологией пользуются только при рутинном способе окрашивании хромосом человека. С разработкой и внедрением в цитогенетику человека новых методов окрашивания хромосом, в частности дифференциального окрашивания, появились несколько технических процедур, которые воспроизводят индивидуальную специфическую исчерченность метафазных хромосом. Хромосома стала окрашиваться в темные и светлые полосы (band) . При различных методах обработки хромосомных препаратов одни и те же полосы могут быть либо светлыми, либо темными.
В зависимости от цели исследования в клинической цитогенетике используют два принципиальных типа дифференциального окрашивания. При первом типе применяются методы, окрашивающие хромосому на всем ее протяжении (методы G-, Q-, R-полосы). При втором - целенаправленно окрашиваются специфические хромосомные структуры: конституциональный гетерохроматин (С-полосы), теломерные полосы (Т-полосы) и районы ядрышкового организатора (ЯОР).
Каждая индивидуальная хромосома в кариотипе содержит серию чередующихся полос (светлых и темных), которые располагаются по всей длине плеч хромосом в определенных районах. Нумерация полос и участков идет в направлении от центромеры к теломере каждого плеча. Участками (районами) называются сегменты хромосом, находящиеся между двумя соседними полосами. Для обозначения любой хромосомы придерживаются следующего правила - указывается:
1) номер хромосомы;
2) символ плеча (p and q);
3) номер участка (района);
4) номер полосы (или субполосы) в пределах этого участка. Вышеприведенные обозначения записываются по порядку без
пробелов и пунктуации.
Приведем примеры некоторых записей:
46, ХУ, del(5)p12) - эта запись относится к делеции короткого плеча 5 хромосомы, участку 1, полосе 2.
45, ХУ, rob(13;21)(q10;q10) - означает, что в данном случае имеется робертсоновская транслокация с утратой коротких
плеч 13 и 21 хромосомы; разрыв и воссоединение произошли в 10-м участке (район центромер) длинных плеч обеих хромосом.
Mos 45, ХО/46, ХХ(r) - в этом случае имеется мозаицизм при синдроме Шерешевского-Тернера с кольцевой Х хромосомой.
Более подробные сведения по номенклатуре и классификации хромосомных аномалий в норме и патологии приведены в авторитетных источниках Прокофьевой-Бельговской А.А. (1969), Ворсановой С.Г. (2006) и в международном документе «Международная система для номенклатуры в цитогенетике человека» (2005).
3.5. ЛЕЧЕНИЕ ХРОМОСОМНЫХ БОЛЕЗНЕЙ
Лечение хромосомной патологии - в основном симптоматическое. Цель такой терапии заключается в том, чтобы скорректировать такие фенотипические проявления, как умственная отсталость, замедленный рост, недостаточная феминизация или маскулинизация, недоразвитие гонад, устранение или исправление различных костных дефектов и т.д. Для этого широко используют различные виды терапии, в том числе анаболические гормоны, андрогены и эстрогены, гормоны гипофиза и щитовидной железы, различные витамины и общеукрепляющие средства. Очень широко применяется хирургическое, симптоматическое лечение: удаление катаракты, лишнего (шестого) пальца на ноге или руке, пластические операции при незаращении верхней губы и/или нёба, устранение стеноза привратника и врожденных пороков сердца, удаление различных опухолей и т.д. Перечисленные дефекты часто сопровождают трисомии по хромосомам 13, 18 и 21, триплоидию, синдромы 4р- и 5р- и иные хромосомные аномалии. Из других видов симптоматической терапии следует отметить климатотерапию, бальнеолечение, разные виды электротерапии, теплолечение, рентгенорадиологическое облучение.
Несмотря на широкое разнообразие симптоматической терапии, применяемой для лечения хромосомных болезней, они до сих пор неизлечимы. Учитывая этот фактор, в настоящее время основное внимание уделяется предупреждению рождения детей с хромосомными аномалиями.
3.6. КЛИНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ХРОМОСОМНЫХ БОЛЕЗНЕЙ
К хромосомным болезням относят группу врожденных патологий, которые возникают в результате нарушения числа и структуры хромосом в соматических и половых клетках человека. Общая популяционная частота таких аномалий - около 1%. Как правило, это спорадические случаи; большинство хромосомных заболеваний (90%) возникает за счет новых мутаций. Исключение составляют транслокационные варианты, которые являются результатом сбалансированных транслокаций родителей.
3.6.1. Аутосомные синдромы
Переходя к общей характеристике аутосомных синдромов, следует помнить, что все моносомии по любой из аутосом обычно приводят к внутриутробной гибели плода. Чаще всего в материалах спонтанных абортусов встречаются моносомии. При трисомиях аутосом летальность гораздо меньше, однако родившиеся дети имеют тяжелейшие врожденные пороки развития. Наиболее благоприятное положение наблюдается при наличии в организме мозаицизма. Дети с мозаичным кариотипом обладают повышенной жизнеспособностью, а клиническая картина у них менее выражена. Кроме численных хромосомных нарушений, у человека описано большое количество структурных перестроек.
Известно, что среди живорожденных с аутосомными синдромами чаще всего встречаются полные трисомии по 13, 18 и 21 хромосомам, среди которых 75% приходится на долю синдрома Дауна. Из других полных трисомий по аутосомам зарегистрированы единичные случаи родов по хромосомам 8, 9, 14 и 22.
Дата добавления: 2015-09-18 | Просмотры: 1009 | Нарушение авторских прав
| 2 | | | | | | | | | | | |
Цитогенетический метод
Идеограмма хромосом.
Идиограмма - графическое изображение отдельных хромосом со всеми их структурными характеристиками.
Генетика соматических клеток.
С помощью этих методов изучают наследственность и изменчивость соматических клеток, что в значительной мере компенсирует невозможность применения к человеку метода гибридологического анализа.
Методы генетики соматических клеток, основанные на размножении этих клеток в искусственных условиях, позволяют не только анализировать генетические процессы в отдельных клетках организма, но благодаря полноценности наследственного материала, заключенного в них, использовать их для изучения генетических закономерностей целостного организма.
В связи с разработкой в 60-х гг. XX в. методов генетики соматических клеток человек оказался включенным в группу объектов экспериментальной генетики. Благодаря быстрому размножению на питательных средах соматические клетки могут быть получены в количествах, необходимых для анализа. Они успешно клонируются, давая генетически идентичное потомство. Разные клетки могут, сливаясь, образовывать гибридные клоны. Они легко подвергаются селекции на специальных питательных средах и долго сохраняются при глубоком замораживании. Все это позволяет использовать культуры соматических клеток, полученные из материала биопсий (периферическая кровь, кожа, опухолевая ткань, ткань эмбрионов, клетки из околоплодной жидкости), для генетических исследований человека, в которых используют следующие приемы: 1) простое культивирование, 2) клонирование, 3) селекцию, 4) гибридизацию.
Культивирование позволяет получить достаточное количество клеточного материала для цитогенетических, биохимических, иммунологических и других исследований.
Планирование - получение потомков одной клетки; дает возможность проводить в генетически идентичных клетках биохимический анализ наследственно обусловленных процессов.
Селекция соматических клеток с помощью искусственных сред используется для отбора мутантных клеток с определенными свойствами и других клеток с интересующими исследователя характеристиками.
Гибридизация соматических клеток основана на слиянии совместно культивируемых клеток разных типов, образующих гибридные клетки со свойствами обоих родительских видов. Для гибридизации могут использоваться клетки от разных людей, а также от человека и других животных (мыши, крысы, морской свинки, обезьяны, джунгарского хомячка, курицы).
Гибридные клетки, содержащие два полных генома, при делении обычно «теряют» хромосомы предпочтительно одного из видов. Например, в гибридных клетках «человек - мышь» постепенно утрачиваются все хромосомы человека, а в клетках «человек - крыса» - все, кроме одной, хромосомы крысы, с сохранением всех хромосом человека. Таким образом можно получать клетки с желаемым набором хромосом, что дает возможность изучать сцепление генов и их локализацию в определенных хромосомах.
Постепенная потеря хромосом человека из гибридных клеток параллельно с изучением ферментов дает возможность судить о локализации гена, контролирующего синтез данного фермента, в определенной хромосоме.
Благодаря методам генетики соматических клеток можно изучать механизмы первичного действия и взаимодействия генов, регуляцию генной активности. Они позволяют судить о генетической гетерогенности наследственных болезней, изучать их патогенез на биохимическом и клеточном уровнях. Развитие этих методов определило возможность точной диагностики наследственных болезней в пренатальном периоде.
Цитогенетический метод используется для диагностики пола и анализа хромосомных заболеваний.
Диагностика пола производится с помощью анализа Х-хроматина в клетках крови или буккального эпителия. Х-хромосома образует, так называемое, тельце Барра, У-хромосома — F-тельце.
Для анализа хромосомных аномалий используют различные методы окраски:
рутинная окраска — дает возможность выявить нарушения числа хромосом, т.к. они окрашиваются в равномерно черный цвет.
дифференциальные методы дают возможность окрасить хромосомы неравномерно, выделяя светлые и темные участки. При таком окрашивании можно выявить не только числовые нарушения, но и структурные изменения хромосом.
Показания для использования цитогенетического метода:
1.Если при клиническом обследовании у пробанда обнаружены признаки хронических болезней, но диагноз не установлен.
2.При диагностике наследственных болезней, характеризующихся хромосомной нестабильностью.
3.При определении прогноза потомства, если в родословной имеются лица с хромосомными болезнями.
4.При многократных спонтанных абортах, мертворождениях и наличии нескольких детей с врожденными пороками развития.
5.У женщин с нарушением репродуктивной функции неясного генеза.
Биохимический метод используется для:
установления дифференцированного диагноза заболевания
выявления гетерозиготности
в дородовой диагностике
С его помощью выясняют нарушения обмена. Показания к биохимическим исследованиям:
умственная отсталость
нарушение психического статуса
нарушение физического развития костей туловища и конечностей, снижение слуха, зрения, ожирение
непереносимость отдельных продуктов и лекарств
Амниоцентез — метод забора и исследования околоплодной жидкости. Используется в пренатальной (дородовой) диагностике. Амниоцентез производят после предварительного УЗ-исследования с помощью которого определяют положение плаценты, срок беременности, исключают грубые пороки развития плода. Амниоцентез производят, как правило, трансабдоминально (прокол передней брюшной стенки). С помощью данного метода определяют:
пол плода. Для этого берут 2-5 мл околоплодной жидкости. После центрифугирования осадок, содержащий слущенные клетки эпителия плода, микрос-копируют для выявления Х- и У-хроматина
кариотип плода. Это дает возможность определить хромосомные заболевания
насл. дефекты обмена определяются б/х анализом амниотической жидкости. В случае выявления аномального плода возможно его абортирование, либо лечение внутриутробно или сразу после рождения.
Просеивающие программы (скрининг). Скрининг означает выявление болезни или дефекта развития с помощью тестов, обследований или процедур, дающих быстрый ответ. Основная цель скрининга — ранее выявление заболевания. В настоящее время более 20 заболеваний можно выявить с помощью скрининга, например: ФКУ, дефекты обмена, анемии, дефекты зрения, слуха, поведения, отклонения в росте, синдром Дауна, дефекты нервной трубки и др. ДНТ — к этой группе относятся анэнцефалия и Анэнцефалия — это отсутствие части головного мозга, костей черепа и мягких тканей. Частота встречаемости 1 на 1000 новорожденных. Дети с анэнцефалией погибают вскоре после рождения вследствие дыхательных расстройств или присоединения инфекции.
Spina bifita — это не закрытие позвоночного канала с отсутствием отдельных частей позвонков, в области дефекта спинной мозг деформирован и оказывается открытым или расположенным непосредственно под кожей. Патология встречается у 1 из 1000 новорожденных, а скрытый дефект лишь одного позвонка — примерно у каждого десятого человека. Прогноз для жизни зависит от протяженности дефекта позвоночника, наличия спинномозговых грыж.
БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЧЕЛОВЕКА
Цитогенетический метод, его значение
Цитогенетический анализ позволяет записывать диагноз наследственного заболевания в виде каріотипічної формулы.
Цитогенетический метод (метод хромосомного анализа) основывается на микроскопическом исследовании структуры и количества хромосом. Он получил широкое применение в 20-е годы XX века, когда были получены первые сведения о количестве хромосом у человека. В 30-х годах были идентифицированы первые 10 пар хромосом.
В 1956 г. шведские ученые Дж. Тийо и А. Леван впервые доказали, что у человека 46 хромосом.
Цитогенетический метод используют для:
Изучение кариотипов организмов;
Уточнение числа хромосомных наборов, количества и морфологии хромосом для диагностики хромосомных болезней;
Составление карт хромосом;
Для изучения геномного и хромосомного мутационного процесса;
Изучение хромосомного полиморфизма в человеческих популяциях.
Хромосомный набор человека содержит большое количество хромосом, основные сведения о которых можно получить при изучении их в метафазе митоза и профазе - метафазе мейоза. Клетки человека для прямого хромосомного анализа получают путем пункции костного мозга и биопсии гонад, или косвенным методом - путем культивирования клеток периферической крови (лимфоциты), когда получают значительное количество метафаз. Косвенным методом исследуют также клетки амниотической жидкости или фибробласты, полученные при амніоцентезі или биопсии хориона, клетки абортусів, мертворожденных и др.
Чаще исследуют хромосомы в лимфоцитах периферической гепаринізованої крови. Для стимуляции митоза добавляют фитогемагглютинин, а для остановки митоза - колхицин. Препарат окрашивают ядерными красителями: 2 % раствором ацеторсеїну, азуреозином, красителем Унна, раствором Гимза и др. Накрывают покровным стеклышком, удаляют избыток красителя фильтровальной бумагой, рассматривают под микроскопом с масляной імерсією.
В последнее время все исследования в цитогенетиці человека проводят с применением методов дифференциального окраска хромосом, которые позволяют отличить каждую хромосомную пару. Существует несколько способов окраски: Q , G , С, R (рис. 1.42). В решении вопросов диагностики хромосомных болезней разные методы дифференциальной окраски применяют в комбинации. Благодаря дифференциальному окраске хромосом можно обнаружить незначительные хромосомные поломки: небольшие делеции, транслокаціїта др.
Получив мікропрепарат, изучают его визуально и составляют ідіограму кариотипа, то есть упорядоченное размещение каждой пары хромосом по индивидуальным признакам различий: общая длина хромосомы, форма, расположение центромеры.
Большинство хромосом по такому методу можно только отнести к определенным группам согласно Денверской классификации (см. раздел 1.2.2.12).
Этот метод позволяет диагностировать много наследственных болезней, изучать мутационный процесс, сложные перестройки и малейшие хромосомные аномалии в клетках, которые вступили в фазу деления и вне делением.
На хромосомный анализ направляются пациенты с множественными врожденными пороками развития, дети с задержкой физического и психомоторного развития, пациенты с недиференційованими формами олигофрении (слабоумия), с нарушением половой дифференцировки, женщины с нарушением менструального цикла (первичная или вторичная аменорея), семьи с бесплодием, женщины с привычным невынашиванием беременности (выкидыши, мертворожденные).