Хромосомная мозаика возникает в результате. Хромосомный мозаицизм. Параллельные диагнозы и синдром Лукашенко

Краткий ответ:

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

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

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

Полный ответ:

базовые регуляторные элементы генома

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

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

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

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

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

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

113.Генетическая мозаичность клеток организма. Механизмы возникновения.

Краткий ответ:

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

2-генетический мозаицизм-сочетание в тканях индивидуума клеточных линий с различным хромосомным набором. При этом смесь клеток с нормальным и аномальным кариотипами может быть представлена во всех тканях организма или ограничена клетками какой-либо одной ткани.

Полный ответ:

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

Понятие мозаицизма связано с понятиями трисомии и анеуплоидии.

Может возникать в результате:

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

114. Лайонизация. Механизм и биологическое значение.

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

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

Полный ответ:

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

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

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

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

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

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

Вопрос №115

В чём заключаются трудности и преимущества изучения генетики человека?

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

Биологические:

1) позднее половое созревание

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

4) большой срок беременности

5) медленная смена поколений (20 - 25 лет)

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

7) фенотипический полиморфизм (многообразие фенотипов).

Социально-этические:

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

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

3) невозможность создания одинаковых условий жизни для всех людей.

Однако у человека есть и преимущества перед другими генетическими объектами:

1) способность воспринимать информацию и абстрактно мыслить

2) высокая численность популяций, доступных для изучения

3) возможность регистрации наследственных признаков в течение длительного времени

4) использование гибридизации соматических клеток для генетического анализа.

_____________________________________________________________________________

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

116.Клинико-гениалогический метод.

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

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

Полный ответ:

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

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

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

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

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

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

117. Современные методы цитогенетики.

Краткий обзор:

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

Полный ответ:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Избранные публикации:

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

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

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

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

Истоки изучения мозаицизма: рождение концепции

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

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

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

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

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

Откуда берется соматический мозаицизм?

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

Какие бывают структурные варианты при мозаицизме?

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

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

Мозаицизм в эмбриогенезе - что нам известно?

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Гендерное неравенство: такой разный мозаицизм

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

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

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

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

Мозаицизм отдельных органов

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

Мозаичный мозг

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

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

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

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

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

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

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

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

Наконец, мы показали, что скорость мутагенеза и типы накапливаемых мутаций отличаются при дроблении и нейрогенезе. Хоть это тоже не стало сюрпризом для нас, это новое крайне важное наблюдение.

,
заведующий научной лабораторией в Клинике Мэйо,
о своей последней работе по нейрогенезу,
опубликованной в Science .

Лоскутное одеяло кожного мозаицизма

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

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

Как изучить мозаицизм

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

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

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

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

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

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

Мозаицизм сегодня - зачем пациентам о нем знать?

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

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

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

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

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

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

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

Заключение

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

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

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

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

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

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

Литература

1. Michael J. McConnell, John V. Moran, Alexej Abyzov, Schahram Akbarian, Taejeong Bae, et. al.. (2017). Intersection of diverse neuronal genomes and neuropsychiatric disease: The Brain Somatic Mosaicism Network . Science . 356 , eaal1641;
2. Gilad D. Evrony, Xuyu Cai, Eunjung Lee, L. Benjamin Hills, Princess C. Elhosary, et. al.. (2012). Single-Neuron Sequencing Analysis of L1 Retrotransposition and Somatic Mutation in the Human Brain . Cell . 151 , 483-496;
3. Pray L. (2008). DNA replication and causes of mutation . Nat. Education. 1 , 214;
4. Lars A. Forsberg, David Gisselsson, Jan P. Dumanski. (2017). Mosaicism in health and disease - clones picking up speed . Nat Rev Genet . 18 , 128-142;
5. Kevin B Jacobs, Meredith Yeager, Weiyin Zhou, Sholom Wacholder, Zhaoming Wang, et. al.. (2012). Detectable clonal mosaicism and its relationship to aging and cancer . Nat Genet . 44 , 651-658;
6. Tyl H. Taylor, Susan A. Gitlin, Jennifer L. Patrick, Jack L. Crain, J. Michael Wilson, Darren K. Griffin. (2014). The origin, mechanisms, incidence and clinical consequences of chromosomal mosaicism in humans . Human Reproduction Update . 20 , 571-581;
7. T. Xu, G. M. Rubin. (2012). The effort to make mosaic analysis a household tool . Development . 139 , 4501-4503;
8. Rudolf Happle. (2017). The Molecular Revolution in Cutaneous Biology: Era of Mosaicism . Journal of Investigative Dermatology . 137 , e73-e77;
9. David Mittelman Stress-Induced Mutagenesis — Springer New York, 2013;
Rajiv C. McCoy. (2017). Mosaicism in Preimplantation Human Embryos: When Chromosomal Abnormalities Are the Norm . Trends in Genetics . 33 , 448-463;
10. Young Seok Ju, Inigo Martincorena, Moritz Gerstung, Mia Petljak, Ludmil B. Alexandrov, et. al.. (2017). Somatic mutations reveal asymmetric cellular dynamics in the early human embryo . Nature . 543 , 714-718;
11. Родословная нейронов: как носить в себе множество мутаций и выглядеть совершенно здоровым ;
12. Luca Comai. (2005). The advantages and disadvantages of being polyploid . Nat Rev Genet . 6 , 836-846;
13. Géraldine Gentric, Chantal Desdouets. (2014). Polyploidization in Liver Tissue . The American Journal of Pathology . 184 , 322-331;
14. Mitchell J Machiela, Stephen J Chanock. (2017). The ageing genome, clonal mosaicism and chronic disease . Current Opinion in Genetics & Development . 42 Smoking is associated with mosaic loss of chromosome Y . Science . 347 , 81-83;
15. Je H. Lee. (2018). Tracing single-cell histories . Science . 359 , 521-522;
16. Taejeong Bae, Livia Tomasini, Jessica Mariani, Bo Zhou, Tanmoy Roychowdhury, et. al.. (2018). Different mutational rates and mechanisms in human cells at pregastrulation and neurogenesis . Science . 359 , 550-555;
17. M. A. Lodato, M. B. Woodworth, S. Lee, G. D. Evrony, B. K. Mehta, et. al.. (2015). Somatic mutation in single human neurons tracks developmental and transcriptional history . Science . 350 , 94-98;
18. Alexej Abyzov, Livia Tomasini, Bo Zhou, Nikolaos Vasmatzis, Gianfilippo Coppola, et. al.. (2017). One thousand somatic SNVs per skin fibroblast cell set baseline of mosaic mutational load with patterns that suggest proliferative origin . Genome Res. . 27 , 512-523;
19. Alexej Abyzov, Jessica Mariani, Dean Palejev, Ying Zhang, Michael Seamus Haney, et. al.. (2012). Somatic copy number mosaicism in human skin revealed by induced pluripotent stem cells . Nature . 492 . Fertility and Sterility . 107 , 6-11;
20. Ariel Weissman, Gon Shoham, Zeev Shoham, Simon Fishel, Milton Leong, Yuval Yaron. (2017). Chromosomal mosaicism detected during preimplantation genetic screening: results of a worldwide Web-based survey . Fertility and Sterility . 107 , 1092-1097.

Мозаицизм – это патологическая форма объединения разных генетических материалов. Причины данной патологии очень разнообразны, а некоторые даже недостаточно изучены. Наиболее часто формы мозаицизма провоцируют мутации и влияние на делящуюся клетку. Как и любая мутация, мозаицизм может иметь разные исходы, что зависит от его формы. Встречаются нейтральные безобидные мутации, не имеющие влияния на патогенез и жизненный прогноз или ведущие к патологиям. Такие мозаицизмы изучаются доктором – генетиком и требуют детальных исследований для предупреждения передачи подобных патологий. Нужно обозначить, что патология эта достаточно редко встречаема, но ведет к разнообразным исходам и в отдельных случаях мозаичные патологии протекают легче, чем не мозаичные, а просто хромосомные.

Чтобы говорить о мозаицизме, нужно немного повторить генетику и вспомнить, что любой многоклеточный организм, имеющий половое оплодотворение, а не деление или партеногенез, происходит от одной оплодотворенной мужским генетическим материалом яйцеклетки. В ходе роста зиготы происходит многоэтапное деление, но все клетки в организме имеют один и тот же генетический набор, то есть кариотип и генотип. Но у людей с мозаицизмом может формироваться несколько генетических наборов в силу разнообразных, как правило неблагоприятных факторов. Тогда организм имеет нормальные здоровые клетки и мутировавшие клетки.

Мозаицизм имеет происхождение из Франции и берет основы от слова мозаика. От латинского «мусивум», что обозначает посвященное музам. Такое явление формируется при наличии в клетках двух разных видов генов, клеток разного генотипа. Из мифологии имеется подобие такого существа, называется оно химерой и собрано из нескольких разных животных. Этот образ является прототипом мозаицизма, который происходит от нескольких генотипов.

Генетический мозаицизм возможен не во всех хромосомах, а лишь в отдельных наборах, что приводит к неполному и неоднородному распространению поражения.

Мозаицизм может возникать в половых клетках, при непосредственном на них воздействии неблагоприятных факторов. При этом мутация наследуется рандомно, нарушая традиционное Менделевское наследование. Это ведет к тому, что патология обнаружится не у всех детей больных родителей, а избирательно. Соматические клетки также могут подвергаться мозаицизму, но он не передается в поколении, поскольку соматические хромосомы не являются носителями генной информации для поколений, они влияют на жизнь своего носителя при их проявлении. Фенотип, то есть внешние признаки генотипа, набора хромосом, формируются зависимо от проявления патологических аллелей.

Мозаицизм хромосомный распространен при аномальных патологиях половых хромосом. При этом дает свои отдельные признаки разных мозаичных заболеваний.

Плацентарный мозаицизм является отдельной формой, возможность выявления которой появилась лишь с методами внутриутробного инвазивного исследования частей плода, детского места и околоплодных вод. Проявляет себя при внутриутробном недоразвитии крохи из-за патологии плаценты, которая у матери заложена генетически вследствие мозаицизма. При этом, у плода совершенно беспрекословно нормальный кариотип, состоящий из 23-х пар хромосом, одна из которых половая и никаких иных экстрагенитальных либо акушерских проблем не выявляется.

Мозаицизм: причины

Причины мозаицизма всегда имеют свои негативные исходы или последствия. Для их понимания требуется элементарное знание молекулярной биологии и подвидов деления клеток.

Генетический мозаицизм нередко может проявится при мейозе, делении, которое ведет к формированию гаплоидных, то есть имеющих половинный набор клеток. При этом происходит обычное удвоение материала в первым цикле деления, а в следующем не происходит. Но в отдельных случаях может произойти значимый сбой какой-то из фаз мейоза, что приведет к патологическому делению клеток. Это может произойти в нескольких фазах мейоза, поскольку мейоз имеет много фаз. В профазе происходит конъюгация, ведущая к сближению хромосом с появлением бивалентов, а в последующем кроссинговер. Именно на этапе кроссинговера возможно формирование сбоя, что приведет к созданию мозаичных клеток. Мозаицизм хромосомный формируется именно при таком исходе и возможен в каждой организменной клетке в целом. В верных исходах кроссинговер – нормальный процесс, необходимый для увеличения изменчивости организмов, но при неверном его исходе возможны нарушения, среди которых присутствует и мозаицизм.

Причин мутаций, ведущих к мозаицизму может быть множество, среди них и вредные привычки, и всевозможные подвиды излучений, и влияние мутагенов. Если мутация осуществляется на стадии зиготы, как слитых клеток или на внушительно ранних этапах дробления, то влияние имеется только на плод, а если в половых хромосомах, то влияние может быть на всех детей.

Но на профазе мейоза не заканчиваются опасности в появлении проблем с делением, при расхождении хромосом также возможны казусы, ведущие к подобным формам патологий. Такое неправильное деление хромосом происходит в клеточном ядре, ведь именно оно отвечает за воспроизведение клеток.

Зависимо от времени происхождения мутации, мозаицизм может затрагивать и весь плод, а может затрагивать лишь один из зародышевых листов. То есть поразить лишь экто-, мезо- или эндодерму. Это приведет в последующем к тому, что мозаицизм обнаружится только во всех образованиях из того листа. Например, при поражении эндодермы – это все органы, мезодермы – это мышцы, сосуды, кости и все соединительные ткани, а эктодермы – внешние оболочки и органы восприятия.

Плацентарный мозаицизм формируется в случаях трисомии зиготы по одной из пар хромосом, когда какая – та пара утроилась. Это называется анеуплоидия, поскольку хромосомный набор не кратный гаплоидному. При этом после трисомии часть клеток при исправлении ошибок остались нормальными, а часть утроенными. Это приведет к тому, что трофобласт, с помощью которого питается плод, будет иметь отличный от плода набор хромосом.

Мозаицизм: симптомы

Нет отдельных характерных симптомов для мозаицизма, они разнообразны и сильно варьируют от вида мутаций и подвергшихся этому клеток. Они могут выражаться в разнообразных хромосомных заболеваниях или же быть совершенно безобидными.

Плацентарный мозаицизм имеет такие характерные критерии: недоразвитие и задержка внутриутробного развития. Множество самопроизвольных выкидышей происходит по таким причинам. Нередко у таких детей бывает преждевременной рождение. Но по таким признакам хромосомные аномалии не отличить, нужно проводить генетические исследования: кариотипирование, амниоцентез, биопсия ворсинок хориона с цитогенетическим исследованием.

Генетический мозаицизм нередко проявляется в отдельных симптомах. Типичный пример – это разные глаза, с разным окрасом радужек. Также проявляется в асимметрии тела, неравномерности пигментации или конечностях разной длины. Для выявления делается кариотипирование, исследование культур фибробластов.

Мозаицизм хромосомный имеет в своей структуре множество генетических синдромов. Мозаичный синдром Клайнфелтера проявляется у мужчин, как правило выражен слабее полноценной формы болезни. При этом у них удваивается, а иногда и утраивается хромосома Х, что нередко ведет к женоподобности, бесплодию и проблемам по части мужского здоровья. Гермафродитизм также нередко имеет мозаическую природу и проявляется рождением ребенка с разными признаками полов, например внутренние половые органы мужские, а внешние женские. Бывают и другие более неблагоприятные совокупности. Синдром Шершевского-Тернера проявляется у девочек с нулевой Х хромосомой и ведет к бесплодию, отсутствию выраженности вторичных половых признаков и складок на шее. Мозаичная форма синдрома Дауна также гораздо легче своего полноценного собрата, но имеет те же симптомы: торможение в развитие, особый внешний вид, дополнительные патологии внутренних органов. Определение мозаичных форм затруднено, поскольку нужно просмотреть не одну клетку. Проявления также варьируют от степени пенетрантности генов. Именно поэтому между половыми генетическими синдромами и здоровыми людьми имеется множество переходных форм, которые имеют высокие шансы иметь потомство.

Мозаицизм: лечение

Мозаические патологии неизлечимы в силу видоизмененного генотипа, но все же улучшить многие симптомы возможно и делать это необходимо. Важно осознание, что таких родителей нужно обследовать у генетиков и такие патологии предупреждать с помощью кабинетов семейного планирования, в частности при наличии проблем с одним ребенком.

Лечение персон с мозаицизмом сильно варьирует зависимо от патологии, которую оно провоцирует. Поскольку выраженность симптоматики может проявить себя менее при мозаической форме патологии, то и лечение требуется менее интенсивное. При гермафродитизме родители однозначно должны определиться по желанию с полом ребенка. После этого производится оперативное вмешательство с формированием внутренних (при потребности, если они не однополые) и внешних половых органов, после чего следует заместительная половыми гормонами терапия в нужном возрастном промежутке и пожизненно, что позволить малышу жить нормальной жизнью определенного пола.

При синдроме Дауна все сфокусировано на симптоматику, ее купирование. При пороках сердца – это бета-блокаторы, Дигоксин, Фуросемид и оперативное вмешательство на сердечной системе. При синдромальных состояниях: синдромах Клайнфельтера и Шершевского – Тернера специфического лечения нет, но требуется немалое терпение с работой психолога у таких индивидов, в силу их значимой с иными персонами дифференциацией.

Что такое анеуплоидия, трисомия, транслокация, мозаицизм

В каждой клетке человеческого организма находится 46 хромосом, в которых выделяют две группы: 22 пары аутосом (пронумерованных с 1 по 22, в зависимости от размера) и пара половых хромосом (XX у женщин, XY у мужчин). Каждая хромосома в паре является гомологичной другой хромосоме в паре.

В норме человек имеет диплоидный набор хромосом, то есть в каждой клетке содержится двойной комплект каждой из 23 хромосом.

Но есть ситуации, в которых клетки содержат ненормальный, не кратный 46, набор хромосом, что называется анеуплоидией. Анеуплоидия может выражаться, например, в наличии добавочной хромосомы (n + 1, 2n + 1 и т. п.) или в нехватке какой-либо хромосомы (n - 1, 2n - 1 и т. п.).

Формы анеуплоидии:

• моносомия (наличие одной из пары хромосом, например, синдром Шерешевского-Тернера, выражающийся в наличие одной половой Х-хромосомы)
• трисомия (наличие трех вместо 2 хромосом пары).
• тетрасомия (4 гомологичные хромосомы вместо пары в диплоидном наборе)
• пентасомия (5 вместо 2-х) встречаются чрезвычайно редко.

Дальше речь пойдет о самых частых хромосомных аномалиях - трисомиях. В некоторых случаях дополнительная хромосома представлена целой отдельной хромосомой (полная трисомия), а в некоторых этот генетический материал переносится на другую хромосому, что называют транслокацией.

Среди транслокаций также выделяют:

• реципроктную транслокацию, когда неготомологичные хромосомы обмениваются участками
• робертсоновскую транслокацию (см.рис), при которой две неготомологичные хромосомы объединяются в одну.
• Сбалансированная транслокация не сопровождается утратой генетического материала.

Мозаицизмом называют ситуацию, когда среди всех клеток организма есть нормальные, а есть клетки с патологией (например, с трисомией). В этом случае степень отклонений зависит от количества клеток, которые имеет ненормальный генетический материал.

Хромосомы в случае синдрома Патау - Трисомия 13

Хромосомы в случае синдрома Эдвардса - Трисомия 18

Факторы риска

Основными факторами риска являются возраст (особо значимо для синдрома Дауна), а также воздействие радиации, некоторых тяжелых металлов. Следует учитывать, что даже без факторов риска плод может иметь патологию.

Как видно из графика, зависимость величины риска от возраста наиболее значима для синдрома Дауна, и менее значима для двух других трисомий.

Синдром Эдвардса

Синдром Эдвардса характеризуется трисомией по 18 хромосоме и комплексом множественных пороков развития.

В одном случае из 10 наблюдается мозаицизм, то есть лишняя хромосома есть не во всех клетках организма. Возможна и частичная трисомия с присоединением части 18 хромосомы к другой хромосоме.

Во время беременности наблюдается малый вес плода, многоводие, небольшая плацента и наличие одной артерии плаценты.

Новорожденные имеют изменение формы черепа, маленькие рот и целюсть, лицевой дисфорфизм, дефекты глаз и низкие деформированные ушные раковины. Также наблюдаются численные аномалии пальцев рук и ног, деформация стопы («стопа-качалка»).

Из дефектов внутренних органов наиболее часто встречаются пороки сердца и сосудов. У всех наблюдается гипоплазия мозжечка.

Синдром Эдвардса характеризуется умственной отсталостью и задержкой в развитии.

Большая часть детей умирает в первые месяцы жизни.

Синдром Патау

Синдром Патау обусловлен наличием лишней 13 хромосомы.

Это заболевание встречается примерно 1 на 5000-10000 родов. Частота встречаемости меняется в связи с возможностями пренатального скрининга и диагностики. Большая часть детей умирают в первые недели/месяцы жизни.

Дети с синдромом Патау небольшого роста, с микроцефалией, имеют покатый лоб, суженные глазные щели, микрофтальмия, миеломенингоцеле, помутнение роговицы, запавшая переносица и широкое основание носа, деформированные ушные раковины, расщелина верхней губы и нёба, полидактилия, короткая шея, флексорное положение кистей, сморщенная кожа задней поверхности шеи. Характерна умственная отсталость. Внутренние органы имеют дефекты: пороки сердца, сосудов, поджелудочной железы, селезенки, почек.

Во время беременности в большинстве случаев наблюдается многоводие.

Синдром Патау может быть обусловлен как простой трисомией, так и робертсоновской транслокацией. Мозаицизм и неробертсоновская транслокация встречаются редко.

Возврат к списку

Трисомия по Х хромосоме представляет собой расстройство, поражающее девочек. Это расстройство характеризуется наличием дополнительной Х-хромосомы.

Общие симптомы и проявления включают: речевые задержки, диспраксия, высокий рост, низкий мышечный тонус (гипотония) и клинодактилия.

Трисомии по Х хромосоме происходят случайным образом в результате ошибок при расхождении хромосом. Это расстройство встречается у одной девочки из 900-1000 живорожденных.

Трисомия по Х хромосоме.

Эпидемиология

Трисомия по Х хромосоме может появиться только у лиц женского пола. Существующие оценки, касающиеся частоты расстройства, указывают на то, что такая трисомия развивается у 1 из 1000 новорожденных девочек.

Но некоторые исследователи считают, что частота этого расстройства слишком занижена.

Трисомия по Х хромосоме. Причины

Трисомии по Х хромосоме представляют собой хромосомные аномалии, которые характеризуются наличием дополнительной Х-хромосомы.

Несмотря на то, что трисомия X является генетическим нарушением, она не наследуется. Наличие дополнительной Х-хромосомы является следствием ошибки при расхождении хромосом. Эти ошибки возникают случайно и без видимой причины (спорадически). В большинстве случаев, дополнительная Х-хромосома имеет материнское происхождение.

Примерно в 20 процентах случаев, нерасхождение происходит после зачатия. Исследователи считают, что симптомы и физические особенности этого расстройства связаны с сверхэкспрессией генов.

• Синдром тетрасомия Х – редкая хромосомная аномалия, при которой у лиц женского пола имеется две дополнительные хромосомы X (48, ХХХХ).
• Синдром пентасомия Х – редкое хромосомное расстройство, при котором у лиц женского пола имеется три дополнительные хромосомы X (49, ХХХХХ).

Трисомия по Х хромосоме.

Симптомы и проявления

Кариотип 47,ХХХ

Симптомы и физические особенности связанные с трисомией по X хромосоме существенно отличаются от одного человека к другому. Некоторые девочки вообще могут не иметь никаких симптомов и проявлений или только очень слабые проявления, в то время как другие могут иметь широкий спектр различных патологий.

Трисомии по Х хромосоме часто связаны с различными речевыми задержками и задержками в развитии.

Интеллект, как правило, в пределах нормы. IQ может быть на 10-15 пунктов ниже нормы. Девочки начинают разговаривать в возрасте около 12-18 месяцев. При чтении, родители могут обратить свое внимание на следующие недостатки: дислексия, беглое чтение, разговорные отклонения. Очень часто, девочки имеют диспраксию. Также, они могут иметь более высокий рост по сравнению с другими девочками их возраста.

В некоторых случаях, у детей с трисомией по X хромосоме могут иметься умеренные лицевые аномалии: вертикальные складки кожи охватывающие внутренние углы глаз, широко расставленные глаза (гипертелоризм) и маленькая окружность головы.

Большинство младенцев также имеют сниженный мышечный тонус (гипотония) и клинодактилию. Лица с трисомией по X хромосоме могут часто проявлять тревогу, синдром дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ).

В некоторых случаях, такие нарушения улучшаются с возрастом. Также, некоторые девочки имеют незначительные поведенческие или эмоциональные нарушения в то время как другие имеют более серьезные проблемы, которые могут потребовать кратковременного вмешательства.

Раннее выявление и лечение таких нарушений является очень полезными для таких детей.

В большинстве случаев, половое развитие и плодородие в норме. Тем не менее, в некоторых отчетах имеется информация, согласно которой у некоторых девочек может фиксироваться неправильное развитие яичников (дисгенезия) и / или матки, задержка или наоборот, преждевременное половое созревание.

Трисомия по Х хромосоме.

Диагностика

Диагноз может быть подтвержден только хромосомным анализом. Кроме того, трисомия Х чаще всего диагностируется до рождения (пренатально) на основе того же хромосомного анализа.

Синдром 13 хромосомы. Причины

Обычно, каждая яйцеклетка и сперматозоид содержит по 23 хромосомы. Во время оплодотворения, сперматозоид и яйцеклетка объединяются и тем самым они создают клетку с 23 парами хромосом. Таким образом, ребенок получает ровно половину своего генетического материала от каждого из родителей. Но иногда, при оплодотварении возникает ошибка, при которой может появиться лишняя хромосома.

Точно так же происходит и при синдроме 13 хромосомы. Эта дополнительная хромосома 13 может появиться от любой яйцеклетки матери или от любого сперматозоида отца.

Аномалии, которые развиваются при синдроме 13 хромосомы, развиваются как раз в результате наличия этой дополнительной хромосомы 13 в каждой из клеток организма. Иногда, дополнительная хромосома 13 может быть прикреплена к другой хромосоме в яйцеклетке или в сперматозоиде, это называется транслокацией. И это является единственной формой синдрома 13 хромосомы, которая может быть унаследована в семье.

Синдром 13 хромосомы.

Симптомы и проявления

Типичные проявления синдрома 13 хромосомы

Дети с синдромом 13 хромосомы часто имеют нормальный вес при рождении, небольшую голову и широкий лоб. Нос, как правило, большой («луковичный»), низкорасположенные и необычные по форме уши. Глазные дефекты, заячья губа и расщелина нёба, а также пороки сердца тоже являются очень распространенными внешними признаками этого синдрома.

Многие дети, с синдромом 13 хромосомы, рождаются с небольшими участками отсутствующей кожи на волосистой части головы, которые своим внешним видом напоминают язвы.

Что касается головного мозга, то, как правило, основные структурные проблемы расположены именно в нем и одной из самых серьезных проблем является состояние, при котором у человека не разделяется передний мозг на два полушария. Многие дети с синдромом 13 хромосомы также имеют дополнительные пальцы рук и ног (полидактилия).

Некоторые могут иметь омфалоцеле (мешок в области пупка), который может содержать некоторые из органов брюшной полости, а также расщепление позвоночника. Девочки могут иметь аномально профилированную матку, которая называется двурогой маткой. У мальчиков иногда не спускаются яички в мошонку.

Синдром 13 хромосомы. Диагностика

Дети с синдромом 13 хромосомы имеют уникальную группу проявлений, которые могут быть диагностированы при проведении медицинского обследования.

Для подтверждения диагноза, образец крови будет проанализирован на наличие дополнительной хромосомы 13. Хромосомные аномалии также могут быть диагностированы до рождения, путем анализа клеток из амниотической жидкости, полученных при проведении амниоцентеза или из клеток, полученных при биопсии хориона. Диагноз синдрома 13 хромосомы также может быть поставлен после тщательного проведения УЗИ плода. Однако, УЗИ не является 100% по точности тестом, так как не все аномалии можно увидеть на УЗИ.

В противоположность этому, точность хромосомного анализа составляет более 99,9%.

Синдром 13 хромосомы. Прогноз

К сожалению, 90% детей, родившихся с синдромом 13 хромосомы умирают в возрасте до 1 года. Важно отметить, что от 5% до 10% детей с этим синдромом выживают в первый год жизни. Но даже если ребенок не будет иметь непосредственно угрожающих жизни аномалий, то даже тут, будет тяжело предсказать продолжительность жизни.

В современной медицинской литературе есть несколько сообщений о младенцах с синдромом 13 хромосомы, доживших до подросткового возраста. Однако, это необычно.

Синдром 13 хромосомы. Лечение

Лечение только симптоматическое и поддерживающее.

Кольцевая 22 хромосома – редкое расстройство, которое характеризуется аномалиями в 22 хромосоме. Сопутствующие симптомы и проявления могут быть очень разнообразными, от случая к случаю. Тем не менее, это расстройство, как правило, связано с развитием умственной отсталости от умеренной до тяжелой степени.

Некоторые лица могут также иметь относительно мягкие, неспецифические физические (т.е. диспластические) проявления, в то время как другие могут иметь более отличительные, потенциально серьезные физические отклонения.

Согласно информации, указанной в медицинской литературе, общие для всех пациентов проявления включают уменьшенный мышечный тонус (гипотония), нарушение координации, необычная манера ходьбы, трудности в речевой функции и / или некоторые пороки развития черепа и лицевой (черепно-лицевой) области. Такие черепно-лицевые аномалии могут включать в себя необычно маленькую голову (микроцефалия), аномальные складки кожи, которые могут охватывать внутренние углы глаз, необычно большие уши и / или другие пороки развития.

Кольцевая 22 хромосома, как правило, вызывается спонтанными или «De Novo» ошибками в самом начале развития эмбриона, которые происходят случайным образом и пока по неизвестным причинам.

Кольцевая 22 хромосома. Эпидемиология

На основании наблюдаемых случаев, кольцевая 22 хромосома развивается у женщин чаще, чем у мужчин. В медицинской литературе зарегистрировано более 50 случаев.

Кольцевая 22 хромосома.

Кольцевая 22 хромосома развивается из-за потери кусочков хромосомы на обоих концах 22 хромосомы, с последующим соединением этих концов.

У лиц с кольцевой 22 хромосомой, сопутствующие симптомы и проявления могут быть очень разнообразны, в зависимости от количества потерянного генетического материала в 22 хромосоме, стабильности кольцевой хромосомы во время последующих клеточных делений (т.е.

митоза) и от других факторов.

Кольцевая 22 хромосома, как правило, развивается из-за спонтанных или «De Novo» ошибок в самом начале развития эмбриона. В таких случаях, родители больного ребенка, как правило, имеют нормальные хромосомы. Тем ни менее, были зарегистрированы случаи, в которых кольцевые 22 хромосомы были унаследованы от родителей (семейная передачи).

В некоторых случаях, только определенный процент клеток родителя может содержать кольцевые 22 хромосомы, в то время как другие клетки могут иметь нормальные хромосомы (такое событие известно как «мозаицизм»).

Кольцевая 22 хромосома.

Симптомы и проявления

Кольцевая 22 хромосома, как правило, характеризуется развитием умственной отсталости, связанной с различными физическими проявлениями, которые могут варьироваться от относительно мягких и неспецифических до более отличительных и потенциально серьезных для здоровья.

Отчеты показывают, что физическое развитие и рост находятся норме даже у наиболее пострадавших лиц.

Девочка с кольцевой 22 хромосомой

В дополнение к умственной отсталости, общие черты, связанные с кольцевой 22 хромосомой включают низкий мышечный тонус (гипотония), плохую координацию, неуклюжую и неустойчивую походку, речевые проблемы.

Некоторые лица также могут иметь поведенческие отклонения, такие как заметно повышенная двигательная активность и аутизм.

Многие люди с кольцевой 22 хромосомой также развивают пороки черепа и пороки лицевой (черепно-лицевой) области.

Они обычно включают в себя аномально маленькую голову (микроцефалия), относительно длинное лицо, толстые, низкие брови, вертикальные складки кожи, которые могут охватывать внутренние уголки глаз и / или большие уши.

Некоторые лица также могут иметь дополнительные черепно-лицевые дефекты, такие как большой нос в форме картошки, толстые, полные губы, широко расставленные глаза и / или короткие, узкие складки век.

Другие особенности могут включать птоз, высокое нёбо и / или высунутый язык.

Некоторые лица могут также иметь нарушения рук и ног. Такие нарушения могут включать в себя срощение определенных пальцев рук или ног, особенно это касается второго и третьего пальца, недоразвитие костей, ногтей, тонкие пальцы и/или необычно большие руки и ноги.

Мальчик с кольцевой 22 хромосомой

В редких случаях могут наблюдаться другие, более серьезные физические аномалии, такие как структурные пороки развития сердца (врожденные сердечные дефекты), дефекты почек, частичное или полное закрытие анального отверстия тонкой мембраной или ненормальное накопление лимфы в тканях и связанный с ним отек (лимфедема).

В некоторых случаях, некоторые из особенностей, связанные с кольцевой 22 хромосомой, могут напоминать те, которые развиваются у людей с моносомией 22 или с синдромом кошачьего глаза.

Симптомы и проявления следующих расстройств могут быть аналогичны тем, которые развиваются у лиц с кольцевой 22 хромосомой. Сравнения могут быть полезными для дифференциальной диагностики:

Моносомия по 22 хромосоме.

Это редкое расстройство характеризуется полным отсутствием одной 22-й хромосомы или ее части. В большинстве случаев, у пациентов отсутствует длинное плечо 22-й хромосомы, а у небольшого числа пациентов только часть в этом длином плече. Нарушения могут быть переменными, всё зависит от конкретного места хромосомной делеции.

Тем не менее, многие пациенты могут иметь умственную отсталость, тяжелые задержки речи, дефицит роста, снижение мышечного тонуса (гипотония), и / или черепно-лицевые пороки развития – аномально маленькую голову (микроцефалия), большие уши, плоский носовой мост, широко разнесенные глаза (глазной гипертелоризм), вертикальные складки кожи и / или другие проявления. У некоторых пациентов также может быть отсутствие (агенезия) тимуса и паращитовидных желез.

Тимус играет важную роль в развитии иммунной системы в период от внутриутробного развития и до периода полового созревания.

Синдром Диджорджи. Этот синдром связан с делецией в локусе 22q11.2. Синдром характеризуется задержками развития, ускоренным ростом, речевыми задержками, мышечной слабостью (миотония) и мягкими структурными дефектами (дисморфизмы).

Синдром кошачьих глаз является редким хромосомным расстройством, при котором одни люди могут иметь легкие симптомы и проявления, в то время как другие могут иметь более серьезные пороки развития, особенно черепно-лицевой области, желудочно-кишечного тракта, сердца и / или почек.

Аномалии лицевой области могут включать в себя депрессию носа, косые складки век, широко расставленные глаза, односторонние или двусторонние колобомы, небольшие челюсти (микрогнатия) и / или ненормальные наросты кожи и мелкие углубления перед ушами.

Дополнительные физические аномалии могут включать структурные аномалии сердца, неразвитость (гипоплазия) и / или отсутствие (агенезия) почек, невысокий рост и / или другие особенности. Расстройство часто связано с умственной отсталостью.

Кольцевая 22 хромосома.

Диагностика

В некоторых случаях диагноз кольцевой 22 хромосомы может быть поставлен еще до рождения (пренатально) при выполнении УЗИ, амниоцентеза, и / или биопсии хориона. С помощью УЗИ можно выявить характерные проявления, которые будут свидетельствовать о хромосомных аномалиях. После чего, врачи могут провести амниоцентез (сбор околоплодной жидкости) или сбор ворсинок хориона для последующего хромосомного анализа, во время которого будет определена кольцевая структура 22 хромосомы.

Диагноз также может быть подтвержден после рождения, на основе тщательного клинического обследования, выявления характерных физических проявлений и на основе того же хромосомного анализа.

Кольцевая 22 хромосома.

Лечение этого расстройства направлено только на контроль и избавление от конкретных симптомов и проявлений. Такое лечение может потребовать скоординированных усилий команды медицинских работников, таких как педиатров, хирургов и других специалистов.

Для некоторых пациентов, лечение может включать в себя хирургическое вмешательство для исправления некоторых черепно-лицевых или других физических аномалий, потенциально связанных с этим расстройством.

Типы и количество хирургических процедур, будут зависеть от тяжести анатомических нарушений, связанных с ними симптомов и других факторов.

Раннее вмешательство может быть важным для любого из таких пациентов.

Для детей также будут полезны физическая терапия, логопедия и / или другие медицинские, социальные и / или профессиональные направления. Генетическое консультирование также будет полезным для людей с кольцевой 22 хромосомой и их семей.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

по биологии

По теме: Половые хромосомы. Хромосомный мозаицизм

Мамедли Кянана

Термин «хромосома» впервые был предложен В.Вальдейером в 1888 г., исходя из их способности интенсивно окрашиваться основными красителями в процессе митотического деления. Более подробное изучение и описание хромосом было связано с открытием митотического деления благодаря исследованиям Р.Руссова (1871), И.Д.Чистякова (1873), Е.Мейзель (1873), Э.Страсбургера (1879) и другие. Непосредственное же изучение и зарисовка хромосом с живого материала было осуществлено гораздо раньше, а именно в 1848 году, при исследовании немецким ботаником В.Гофмейстером пыльцы традесканции.

Изучение хромосом человека началось с работ В.Флемминга (1882), когда при изучении митоза в роговице глаза, ему удалось обнаружить так называемые хроматоидные тельца.

Все наследуемые признаки человека записаны с помощью генетического кода в макромолекулярной структуре ДНК. Длинная молекула ДНК, содержащая множественную линейную группу генов называется хромосомой. Каждая хромосома содержит одну непрерывную молекулу ДНК, имеет определенный генный состав и может передавать только ей присущую наследственную информацию. Благодаря применению как классических, так и современных методов исследований, показали универсальность их как генетически сложных наследуемых единиц, встречающихся у вирусов, растений и животных. Правила постоянства числа, парности, индивидуальности и непрерывности хромосом, сложное поведение хромосом при митозе и мейозе давно убедили исследователей в том, что хромосомы играют большую биологическую роль и имеют прямое отношение к передаче наследственных свойств. Хромосомный набор (кариотип) человека включает 22 пары аутосом и 2 половые ­ ХХ (у женщин) или ХУ (у мужчин) - хромосомы. Роль хромосом в передаче наследственной информации была доказана благодаря:

1) открытию генетического определения пола;

2)установлению групп сцепления признаков, соответствующих числу хромосом;

3)построению генетических, а затем и цитологических карт хромосом.

Известно, что хромосомы, составляющие одну гомологичную пару, совершенно подобны друг другу, но это справедливо лишь в отношении аутосом. Половые хромосомы, или гетерохромосомы, могут сильно разниться между собой как по морфологии, так и по заключенной в них генетической информации. Сочетание половых хромосом в зиготе определяет пол будущего организма. Большую из хромосом этой пары принято называть Х-хромосомой, меньшую У-хромосомой.

У всех млекопитающих, в том числе человека,у дрозофилы и многих других видов животных, женские особи в соматических клетках имеют две Х-хромосомы, а мужские - Х- и У-хромосомы. У этих организмов все яйцевые клетки содержат Х-хромосомы, и в этом отношении все одинаковы. Сперматозоиды у них образуются двух типов: одни содержат Х-хромосому, а другие У-хромосому, поэтому при оплодотворении возможны две комбинации:

1. Яйцеклетка, содержащая Х-хромосому, оплодотворяется сперматозоидом тоже с Х-хромосомой. В зиготе встречаются две Х-хромосомы, из такой зиготы развивается женская особь.

2. Яйцеклетка, содержащая Х-хромосому, оплодотворяется сперматозоидом, несущим У-хромосому. В зиготе сочетаются Х- и У-хромосомы, из такой зиготы развивается мужской организм.

Пол, имеющий обе одинаковые половые хромосомы (2А+ХХ), называется гомогаметны, так как все гаметы одинаковые, так как все гаметы одинаковые, а пол с различными половыми хромосомами (2А+ХУ) , при котором образуются два типа гамет, называется гетерогаметным. Как упомянуто выше у человека, мужчины гетерогаметны, а женщины гомогаметны.

В настоящее время установлено, что у всех организмов пол определяется наследственными факторами и детерминируется в момент слияния гамет. Единственное исключение представляет морской червь боннелия, у которого пол определяется внешней средой. Его самка имеет величину сливы с длинным хоботом, самцы же микроскопических размеров. Из яйца боннелии развиваются личинки, которые с одинаковым успехом могут стать как самками, так и самцами. Если личинка сядет на хобот к самке, то под действием каких-то гормонов, выделяемых самкой, она превращается в самца, но если личинке не встретится взрослая самка, она сама превратится в самку.

Мутации - изменения, возникшие в генетической информации клетки. Существуют три вида мутации:

1. Геномные - мутации, касающиеся числа целых хромосом в геноме

2. Хромосомные - мутации, касающиеся участков внутри одной хромосомы

3. Генные - мутации, происходящие внутри одного гена

Рассмотрим один из видов геномной мутации - Хромосомный мозаицизм.

Мозаицизм - это патологическая форма объединения разных генетических материалов. Наиболее часто формы мозаицизма провоцируют мутации и влияние на делящуюся клетку. Причины данной патологии очень разнообразны, а некоторые даже недостаточно изучены. Как и любая мутация, мозаицизм может иметь разные исходы, что зависит от его формы. Нужно обозначить, что патология эта достаточно редко встречаема, но ведет к разнообразным исходам.

Мозаицизм имеет происхождение из Франции и берет основы от слова мозаика. От латинского «мусивум», что обозначает посвященное музам. Такое явление формируется при наличии в клетках двух разных видов генов, клеток разного генотипа. Из мифологии имеется подобие такого существа, называется оно химерой и собрано из нескольких разных животных. Этот образ является прототипом мозаицизма, который происходит от нескольких генотипов.

Мозаицизм может возникать в половых клетках, при непосредственном на них воздействии неблагоприятных факторов. При этом мутация наследуется рандомно, нарушая традиционное Менделевское наследование. Это ведет к тому, то патология обнаруживается не у всех детей больных родителей, а избирательно. Соматические также могут подвергаться мозаицизму, но он не передается в поколении, поскольку соматические хромосомы не являются носителями генной информации для поколений, они влияют на жизнь своего носителя при их проявлении. Мозаицизм хромосомный распространен при аномальных патологиях половых хромосом. При этом дает свои отдельные признаки разных мозаичных заболеваний. хромосомы мозаицизм геномный мутация

Причины. Причины мозаицизма всегда имеют свои негативные исходы или последствия. Для их понимания требуется элементарное знание молекулярной биологии и подвидов деления клеток. Генетический мозаицизм нередко может проявится при мейозе, делении, которое ведет к формирование гаплоидных, то есть имеющих половинный набор клеток. При этом происходит обычное удвоение материала в первым цикле деления, а в следующем не происходит. Но в отдельных случаях может произойти значимый сбой какой-то из фаз мейоза, что приведет к патологическому делению клеток.

Причин мутаций, ведущих к мозаицизму может быть множество, среди них и вредные привычки, и всевозможные подвиды излучений, и влияние мутагенов. Если мутация осуществляется на стадии зиготы, как слитых клеток на плод, а если в половых хромосомах, то влияние может быть на всех детей. Но на профазе мейоза не заканчивается опасности в появлении проблем с делением, при расхождении хромосом также возможны казусы, ведущие к подобным формам патологий. Такое неправильное деление хромосом происходит в клеточном ядре, ведь именно оно отвечает за воспроизведение клеток.

Зависимо от времени происхождения мутации, мозаицизм может затрагивать и весь плод, а может затрагивать лишь один из зародышевых листов. То есть поразить лишь экто-, мезо- или эндодерму. Это приведет в последующем к тому, что мозаицизм обнаружится только во всех образованиях из того листа.

Плацентарный мозаицизм формируется в случаях трисомии зиготы по одной из пар хромосом, когда какая-та пара утроилась. Это называется анеуплоидия, поскольку хромосомный набор не кратный гаплоидному. При этом после трисомии часть клеток при исправлении ошибок остались нормальными, а часть утроенными. Это приведет к тому, что трофобласт, с помощью которого питается плод, будет иметь отличный от плода набор хромосом.

Симптомы. Нет отдельных характерных симптомов для мозаицизма, они разнообразны и сильно варьируют от вида мутаций и подвергшихся этому клеток. Они могут выражаться в разнообразных хромосомных заболеваниях или же быть совершенно безобидными.

Лечение. Мозаичные патологии неизлечимы в силу видоизмененного генотипа, но все же улучшить многие симптомы возможно и делать это необходимо. Важно осознание, что таких родителей нужно обследовать у генетиков и такие патологии предупреждать с помощью кабинетов семейного планирования, в частности при наличии проблем с одним ребенком.

Мозаицизм хромосомный имеет в своей структуре множество генетических синдромов. Мозаичный синдром Клайнфелтера проявляется у мужчин, как правило выражен слабее полноценный формы болезни. При этом у них удваивается, а иногда и утраивается хромосома Х, что нередко ведет к женоподобности, бесплодию и проблемам по части мужского здоровья. Гермафродитизм также нередко имеет мозаическую природу и проявляется рождением ребенка с разными признаками полов, например внутренние половые органы мужские, а внешние женские. Бывают и другие более неблагоприятные совокупности. Синдром Шерешевского-Тернера проявляется у девочек с нулевой Х хромосомой и ведет к бесплодию, отсутствию выраженности вторичных половых признаков и складок на шее. Мозаичная форма синдром Дауна также гораздо легче своего полноценного собрата, но имеет те ж симптомы: торможение развитие, особый внешний вид, дополнительные патологии внутренних органов. Определение мозаичных форм затруднено, поскольку нужно просмотреть не одну клетку. Проявления также варьируют от степени пенетрантности генов. Именно поэтому между половыми генетическими синдромами и здоровыми людьми имеется множество переходных форм, которые имеют высокие шансы иметь потомство.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Хромосомная теория наследственности. Генетический механизм определения пола. Поведение хромосом в митозе и мейозе. Классификация хромосом, составление идиограммы. Методы дифференциальной окраски хромосом. Структура хромосом и хромосомные мутации.

реферат , добавлен 23.07.2015


Хромосомный мутагенез и факторы его вызывающие. Хромосомы человека и основные типы структурных. Спонтанный хромосомный мутагенез. Специфичность и особенности химического мутагенеза. Культивирование крови, приготовление препаратов хромосом.

дипломная работа , добавлен 14.09.2003


Система зашифровки наследственной информации в молекулах нуклеиновых кислот в виде генетического кода. Сущность процессов деления клеток: митоза и мейоза, их фазы. Передача генетической информации. Строение хромосом ДНК, РНК. Хромосомные заболевания.

контрольная работа , добавлен 23.04.2013


Исследование истории появления, происхождения, эволюции и особенностей строения Y-хромосом, половой хромосомы человека и других млекопитающих, которая имеется лишь у особей мужского пола. Анализ вероятности исчезновения Y-хромосомы вследствие мутации.

реферат , добавлен 15.09.2011


Хромосомы, их строение, видовая специфичность, кариотип. Роль хромосом в явлениях наследования. Формы хромосом на стадии метафазы. Мейоз как цитологическая основа образования и развития половых клеток. Сцепленное с полом наследование, транскрипция ДНК.

реферат , добавлен 19.03.2010


Структура ДНК. Образование связей в молекуле ДНК. Открытие хромосом эукариот. Понятие, фазы и роль митоза. Понятие и стадии мейоза. Понятие и элементы кариотипа. Наследственность и изменчивость. Передача генетической информации от родителей к потомкам.

реферат , добавлен 23.10.2008


Генный и хромосомный уровни организации наследственного материала. Способ записи информации о последовательности аминокислот в белке с помощью последовательности нуклеотидов ДНК. Характеристика ядерного генома человека. Строение метафазных хромосом.

контрольная работа , добавлен 09.08.2013


Особенности определения пола - совокупности морфологических, физиологических, биохимических, поведенческих и других признаков организма, обеспечивающих репродукцию. Анализ первичных и вторичных половых признаков. Аномалии сочетания половых хромосом.

презентация , добавлен 19.05.2010


Описание хромосомных болезней - большой группы врожденных наследственных болезней. Аномалии хромосом, связанные с нарушением плоидности, с изменением структуры и числа хромосом. Синдром Дауна, Шерешевского-Тернера, "кошачьего крика", Видемана-Беквита.

презентация , добавлен 19.12.2014


Наследственная информация, понятие хромосомы. Последствия изменения числа хромосом в кариотипе человека. Процедура определения кариотипа. Хромосомная теория наследственности, генетика пола. Явление наследования, сцепленного с полом. Хромосомные болезни.

Пол будущего ребенка определяется в момент оплодотворения в зависимости от сочетания половых хромосом (XX - женский организм, XY - мужской).

При нарушении течения митоза могут образовываться необычные особи - гинандроморфы . Содержание половых хромосом в разных клетках таких особей может быть разное (мозаицизм). У человека могут быть разные случаи мозаицизма : ХХ/ХХХ, XY/XXY, ХО/ХХХ, XO/XXY и др. Степень клинического проявления зависит от количества мозаичных клеток - чем их больше, тем сильнее проявление.

При нормальном течении мейоза у женского организма образуется один тип гамет, содержащих Х-хромосому. Однако при нерасхождении половых хромосом могут образовываться еще два типа гамет - XX и 0 (не содержащая половых хромосом). У мужского организма в норме образуется два типа гамет, содержащих Х- и Y-хромосомы. При нерасхождении половых хромосом возможны варианты гамет XY и 0. Рассмотрим возможные комбинации половых хромосом в зиготе у человека (их 12) и проанализируем каждый вариант.

XX- нормальный женский организм.

XXX- синдром трисомии X. Частота встречаемости 1:1000. Кариотип 47,ХХХ. В настоящее время имеются описания тетра-и пентосомий X. Трисомия по Х-хромосоме возникает в результате нерасхождения половых хромосом в мейозе или при первом делении зиготы.

Синдрому полисемии X присущ значительный полиморфизм. Женский организм с мужеподобным телосложением. Могут быть недоразвиты первичные и вторичные половые признаки. В 75% случаев у больных наблюдается умеренная степень умственной отсталости. У некоторых из них нарушена функция яичников (вторичная аменорея, дисменорея, ранняя менопауза). Иногда такие женщины могут иметь детей. Повышен риск заболевания шизофренией. С увеличением числа дополнительных Х-хромосом нарастает степень отклонения от нормы.

ХО- синдром Шерешевского-Тернера (моносомия X). Частота встречаемости 1:2000-1:3000. Кариотип45,Х. У 55% девочек с этим синдромом обнаруживается кариотип 45,X, у 25% - изменение структуры одной из Х-хромосом. В 15% случаев выявляется мо-заичность в виде двух или более клеточных линий, одна из которых имеет кариотип 45,X, а другая представлена кариотипами 46,XX или 46,XY. Третья клеточная линия наиболее часто представлена кариотипом 45,Х, 46^ХХ, 47,ХХХ. Риск наследования синдрома составляет 1 случай на 5000 новорожденных. Фенотип женский.

У новорожденных и детей грудного возраста отмечаются признаки дисплазии: короткая шея с избытком кожи и крыловидными складками, лимфатический отек стоп, голеней, кистей рук и предплечий, вальгусная деформация стоп, множественные пигментные пятна, низкорослость. В подростковом возрасте выявляются отставание в росте (рост взрослых 135-145 см) и в развитии вторичных половых признаков. Для взрослых характерно низкое расположение ушных раковин, недоразвитие первичных и вторичных половых признаков, дисгенезия гонад, сопровождающаяся первичной аменореей. У 20% больных имеются пороки сердца (коарктация аорты, стеноз аорты, пороки развития митрального клапана), у 40% - пороки почек (удвоение мочевыводящих путей, подковообразная почка). У больных, имеющих клеточную линию с Y-хромосомой, может развиться го-надобластома, часто наблюдается аутоиммунный тиреоидит. Интеллект страдает редко. Недоразвитие яичников приводит к бесплодию. Для подтверждения диагноза наряду с исследованием клеток периферической крови проводятся биопсия кожи и исследование фибробластов. В некоторых случаях генетическое исследование позволяет выявить синдром Нуннан, который имеет схожие фенотипические проявления, однако этиологически не связан с синдромом Шерешевского-Тернера. В отличие от последнего при синдроме Нуннан заболеванию подвержены как мальчики, так и девочки, а в клинической картине доминирует задержка умственного развития, характерен Тернер-фенотип при нормальном мужском или женском кариотипе. У большинства больных синдромом Нуннан имеется нормальное половое развитие и сохранена фертильность. В большинстве случаев заболевание не сказывается на продолжительности жизни пациентов.

XY- нормальный мужской организм .

XXY и XXXY- синдром Клайнфелтера. Частота встречаемости 1:500. Кариотип 47,XXY у 80% мальчиков с синдромом Клайнфелтера, в 20% случаев обнаруживается мозаицизм, при котором одна из клеточных линий имеет кариотип 47,XXY. Возвратный риск для синдрома Клайнфелтера не превышает общепопу-ляционные показатели и составляет 1 случай на 2000 живорожденных детей. Фенотип мужской.

Клиника отличается широким разнообразием и неспецифичностью проявлений. У мальчиков с этим синдромом рост превышает средние показатели, характерные для данной семьи, у них длинные конечности, женский тип телосложения, гинекомастия. Слабо развит волосяной покров, снижен интеллект. Вследствие недоразвития семенников слабо выражены первичные и вторичные половые признаки, нарушено течение сперматогенеза. Половые рефлексы сохранены. Иногда эффективно раннее лечение мужскими половыми гормонами. Чем больше в наборе Х-хромосом, тем значительнее снижен интеллект. Инфантильность и поведенческие проблемы при синдроме Клайнфелтера создают трудности социальной адаптации.

YO и 00- зиготы нежизнеспособны.

Иногда возможны случаи увеличения количества Y-хромосом: XYY, XXYY и др. При этом больные имеют признаки синдрома Клайнфелтера, высокий рост (в среднем 186 см) и агрессивное поведение. Могут быть аномалии зубов и костной системы. Половые железы развиты нормально. Чем больше в наборе Y-хромосом, тем значительнее снижение интеллекта.