ОБЩИЕ ВОПРОСЫ

Одной из основных фундаментальных задач современной медицинской генетики является изучение закономерностей строения и функционирования хромосом человека в норме и патологии. Материальными носителями наследственной информации являются хромосомы. Наука, занимающаяся изучением функционирования хромосом на всех уровнях их организации (микроскопическом, субмикроскопическом, молекулярном) называется цитогенетикой.

Впервые о хромосомах заговорили в 1880 г., когда В. Флеминг, изучая клетки роговицы глаза человека, обнаружил от 22 до 28 хроматиновых тел. Термин «хромосома» впервые был введен В. Вальдейером в 1888 г. для обозначения окрашенных нитевидных структур, видимых в микроскоп.

Изучение строения и функционирования хромосом человека имеет большое теоретическое и практическое значение для медицинской генетики. Знание того, что представляет собой каждая хромосома человека в химическом, цитологическом, молекулярном и генетическом отношении, важно для правильного понимания происхождения хромосомных нарушений и обусловленных ими аномалий развития, а следовательно, и поиска путей исправления этих отклонений.

Для каждого биологического вида характерно постоянное число хромосом. У большинства высших организмов каждая клетка содержит диплоидный хромосомный набор. Хромосомы отличаются друг от друга определенной формой и своими размерами.

Совокупность количественных и качественных признаков хромосом, определяемая при микроскопировании в единичной клетке, называется кариотипом.

Длительное время (с 1912 по 1956 гг.) из-за несовершенства цитологической техники общее число хромосом человека считалось равным 48. В 1956 г. шведские цитологи Дж. Тио и А. Леван, применив усовершенствованную цитологическую технику, на материале

культуры фибробластов легочной ткани 4 человеческих эмбрионов показали, что модальное число хромосом у человека равно 46. Эти данные были подтверждены в том же году работой английских цитологов – С. Фордом и Дж. Хамертоном. Оба события стали началом бурного развития цитогенетики человека.

Начиная с начала 60-х годов прошлого века благодаря интенсивному развитию цитогенетики встал вопрос об идентификации и систематизации хромосом человека. В США (Денвер) в 1960 г. была проведена первая Международная научная конференция цитогенетиков, которая выработала принципы классификации хромосом человека. В зависимости от морфологической характеристики, учитывающей размеры, форму и положение центромеры, все хромосомы был поделены на 7 групп: А, В, С, D, E, F, G и половые хромосомы Х и У. При световой микроскопии в стадии метафазы и прометафазы хромосомы хорошо различимы. Размеры их колеблются от 1,5 до 2,0 мкм (хромосомы 21, 22 и У) и от 11 до 12 мкм (хромосома 1). Структурно каждая хромосома имеет центромеру (первичная перетяжка), короткое (p) и длинное (q) плечо . Концевые участки каждого плеча хромосомы называются теломерами, которые играют решающую роль в сохранении стабильности хромосом. В настоящее время показано, что в теломере находятся повторяющиеся последовательности ДНК – теломерная ДНК, препятствующие укорочению хромосомы при ее репликации. В зависимости от положения центромеры в хромосоме различают метацентрические, субметацентрические и акроцентрические хромосомы. В некоторых хромосомах присутствуют вторичные перетяжки, отделяющие от плеча хромосомы участок, называемый спутником. Гаплоидный набор человека состоит из 22 аутосом и одной половой хромосомы (Х или У), диплоидный набор представлен 46 хромосомами. Наиболее удобной фазой исследования хромосом является метафаза митоза. При традиционном (рутинном) методе окраски (краситель Романовского-Гимзе) хромосомы окрашиваются равномерно по всей своей длине, поэтому детализация их строения, а тем более индивидуализация каждой хромосомы была затруднена.

С введением в цитогенетическую практику новых методов обработки хромосом и окрашивания удалось обнаружить высокую специфичность метафазных хромосом. Это связано с тем, что в хромосоме наблюдается чередование эухроматиновых и гетерохроматиновых районов, уникальных для каждого конкретного человека. Такая

уникальность обеспечивает широкий хромосомный полиморфизм у человека, для которого характерны наличие определенного варианта строения хромосомы во всех клетках, передачи его от родителей к детям как простого моногенного признака при отсутствии заметного фенотипического эффекта.

Большой вклад в разработку дифференциального способа окраски хромосом наряду с Т. Касперсоном внесли отечественные исследователи А.Ф. Захаров, Н.А. Еголина, Ю.В. Селезнев.

В начале 70-х годов прошлого века Касперсону с сотрудниками удалось идентифицировать Y-хромосому в интерфазных ядрах амниотической жидкости, что позволило определять пол плода внутриутробно. Дистальный участок длинного плеча Y-хромосомы интенсивно светился при обработке флюоресцентными красителями. Это было большим достижением для цитогенетики и, в частности, для клинической цитогенетики, появилась возможность кардинальным способом избавиться от тяжелых заболеваний, наследуемых по Х-сцепленному рецессивному типу. Классическим примером здесь может служить миопатия Дюшена, приводящая к тяжелой инвалидности и ранней смертности у лиц мужского пола.

Вскоре в диагностических целях для упрощения работы с хромосомами в цитогенетическую практику (без применения флюоресцентных красителей) были внедрены три типа дифференциального окрашивания хромосом по длине: G-, C-, Q-методы. Эти методы было проще использовать, применяя краситель Романовского-Гимзе. С помощью этих методов удается получить рисунок строго специфических полос для каждой индивидуальной хромосомы. Число полос на хромосомах зависит от типа окрашивания и специфической стадии разделения клетки, поэтому в настоящее время их широко используют в практической цитогенетике. Самым распространенным методом дифференциального окрашивания в клинической цитогенетике является G-метод (по Гимзе). Число чередующихся темных и светлых полос на кариотип при G-окрашивании варьирует от 350-450 (метафаза) до 800-2500 (прометафаза) на гаплоидный набор. Рисунок и протяженность светлых и темных полос (эу- и гетерохроматических) строго специфичны для каждой пары хромосом. При С-методе выявляются только центромерные и околоцентромерные районы хромосом, в которых содержится структурный гетерохроматин (1, 9, 16 и У-хромосома). Q-метод (окраска флюорохромами) позволяет выявлять ярко светящиеся районы 3, 4, 13-15, 21, 22 и

У-хромосом. Самым информативным при этом методе окрашивания является ярко светящийся сегмент У-хромосомы. Он хорошо различим в интерфазных клетках разных тканей и может служить цитологическим показателем половой принадлежности.

Последние успехи молекулярной цитогенетики человека позволили разработать новые высокоинформативные методы изучения хромосом. Среди них в первую очередь следует назвать метод флю-

Рис. 3.1. Хромосомы, окрашенные по G-методу

Рис. 3.2. Хромосомы, окрашенные по С-методу

оресцентной гибридизации in situ, или так называемый FISH-метод (от англ. fluorescent in situ hybridization). с помощью которого можно выявлять специфические последовательности нуклеиновых кислот на метафазных хромосомах, интерфазных ядрах и в других тканях. С помощью этого метода идентифицируются не только индивидуальные хромосомы или отдельные гены, но и расшифровываются сложные межхромосомные перестройки. Этот метод нашел широкое применение в картировании генома, хромосомной локализации генов и последовательностей ДНК и РНК, анализе идентификации хромосомных аномалий, включая микроделеции и микродупликации. Благодаря своей уникальности и специфичности метод гибридизации в последнее время широко применяется при проведении преимплатационной, пренатальной или постнатальной диагностики. Его используют в клинической цитогенетике, онкогенетике, гематологии, при оценке мутагенных воздействий (физических, химических, биологических), диагностике врожденных пороков развития и умственной отсталости.

По мере внедрения в цитогенетику новых метод исследования хромосом человека приходилось регулярно уточнять классификацию хромосом в норме и при хромосомных аномалиях (1963 – Лондон, 1966 – Чикаго, 1971 – Париж); в 1978 г. был разработан важный документ, который получил название «Международная система номенклатуры хромосом человека». В последующие годы (1981, 1985, 1991, 1995, 2004) классификация хромосом человека дорабатывалась и уточнялась и в 2005 г. вышла в новой редакции под названием «Международная система для цитогенетической номенклатуры человека».

Цитогенетический метод

Среди многих методов изучения наследственной патологии человека цитогенетический метод занимает одно из главных. С помощью цитогенетического исследования в генетике человека можно решать такие сложные вопросы, как анализы материальных основ наследственности и кариотипа в норме и патологии, изучать некоторые закономерности мутационного и эволюционного процессов. Все хромосомные болезни у человека были открыты с помощью цитогенетического метода. Для его проведения используют культуру лимфоцитов периферической крови, кожные фибробласты, костный мозг. Классификация хромосом человека, методы индивидуализации

хромосом с помощью различных типов окрашивания, молекулярная организация хромосом, хромосомный пол человека – все эти темы будут освещены в практикуме по медицинской генетике, который выйдет в свет вскоре после настоящей монографии.

Цитогенетика человека занимает особое место в медицинской генетике. Это обусловлено тем, что большая часть множественных пороков и нарушений половой дифференцировки у человека связана с различными структурными и числовыми нарушениями в системе аутосом и гоносом. До недавнего времени с помощью цитогенетического метода можно было судить только о кариотипе – точном числе и структуре хромосом. С введением в практику здравоохранения высокоразрешающих методов молекулярной цитогенетики удалось «подобрать ключи» к патологии, которую не удавалось диагностировать с помощью рутинных методов цитогенетики. Были разработаны и внедрены в клиническую цитогенетику ДНК-диагностика, гибридизация нуклеиновых кислот in situ, которые помогли выяснить природу большого количества микроделеционных синдромов (Ворсанова С.Г. и соавт., 1998, 1999, 2006); появились компьютерные системы для анализа хромосом, которые позволяют проводить автоматический анализ хромосом и внедрять очень эффективную многоцветную детекцию ДНК-зондов. Весьма успешную работу в этом направлении осуществляют лаборатории Научного Центра психического здоровья (руководитель Юров Ю.Б.) и Московского НИИ педиатрии и детской хирургии (руководитель Ворсанова С.Г.), которые создали оригинальную хромосомоспецифическую коллекцию ДНК-зондов на все хромосомы человека и их отдельные участки.

Необходимость цитогенетического исследования диктуется наличием огромного количества хромосомных болезней. Описано уже около 1000 типов хромосомных нарушений, для более 100 из них четко определена клиническая картина. Частота хромосомных аномалий среди новорожденных составляет примерно 1\%, среди мертворожденных этот показатель равен 6-7\%. У детей, родившихся с задержкой психомоторного развития и имеющих пороки развития внутренних органов, хромосомные болезни встречаются от 1 до 30\%. Кроме того, хорошо известно, что по крайней мере около 60\% спонтанных абортов в I триместре беременности (в первые дни беременности эти цифры еще выше) связаны с хромосомными аберрациями.

Хромосомные нарушения резко нарушают эмбриогенез. В этот период, период морфогенеза в процессах развития будущего потомства принимают участие до 1000 генов, локализованных во всех хромосомах, поэтому хромосомная или геномная мутация может привести к спонтанному аборту (Бочков Н.П., 2004). Примерно 1/з оплодотворенных яйцеклеток погибает в 1-ю неделю беременности. Во II триместре хромосомные нарушения являются причиной спонтанных абортов в 25-30\% случаев. После 20 нед беременности хромосомные аномалии встречаются только в 10\% случаев. При отягощенном акушерском анамнезе у супружеских пар с повторными спонтанными абортами, мертворождениями или рождением детей с пороками развития хромосомные аномалии обнаруживаются в 5\%.

Среди других контингентов хромосомные аномалии обнаруживаются у детей с олигофренией – в среднем в 15\% (в основном из-за структурных перестроек). У больных с нарушением половой дифференцировки частота хромосомных нарушений колеблется от 20 до 50\% (в 50\% случаев обнаруживается мозаицизм). У больных с первичной и вторичной аменореей частота хромосомных аномалий колеблется от 10 до 50\% (более 90\% – численные нарушения и мозаицизм). При мужском бесплодии частота аномальных хромосом достигает 10-15\% (до 70\% – численные нарушения и мозаицизм).

Знания по медицинской генетике, в том числе и по цитогенетике, необходимы акушерам-гинекологам, педиатрам, эндокринологам, психоневрологам, паталогоанатомам, а также другим специалистам. Имеется достаточное количество не только детей, но и взрослых больных, у которых психоневрологические нарушения, нарушения половой сферы или репродуктивной функции связаны с нарушением хромосомного аппарата.

Исторически хромосомные болезни клиницисты начали еще изучать до установления точного числа хромосом человека. Синдромы Дауна, Клайнфельтера и Шерешевского-Тернера клинически были описаны задолго до открытия хромосомной этиологии этих заболеваний.

С открытием «лишней» хромосомы при синдроме Дауна (Лежен Ж. и соавт., 1959) в медицину вошло новое понятие – «хромосомопатии», или «хромосомные болезни».

В настоящее время к хромосомным болезням относят такие формы патологии, при которых наблюдаются, как правило, нарушение психики и множественные врожденные пороки различных

систем организма человека. Генетической основой таких состояний являются численные или структурные изменения хромосом, наблюдаемые в соматических или половых клетках.

Термин «болезнь» по отношению к хромосомным аномалиям употребляется не всегда справедливо. Болезнь – это процессуальность, т.е. закономерная смена симптомов и синдромов во времени. Болезнь имеет продрому, начало, стадию полного развития и исходное состояние. Совокупность же специфических признаков, характеризующих любую хромосомную аномалию, является конституциональной, врожденной, и признаки эти непрогредиентны. Другими словами, врожденные аномалии развития, в основе которых лежат нарушения кариотипа, отличаются от болезней в обычном понимании резким сдвигом процессуальной фазы во времени. Процессуальная фаза в данном случае проходит во время эмбрионального развития. В силу этих соображений употребление термина «хромосомные болезни» необходимо применять при полном осознании его своеобразия.

Одной из важнейших задач медицинской генетики, и в первую очередь клинической цитогенетики человека, является выяснение связи хромосомных аномалий с пороками развития. Положительное решение этой проблемы позволило бы, в свою очередь, установить роль каждой отдельной хромосомы в эмбриональном развитии человека; это, конечно, помогло бы цитогенетикам составить цитологические карты каждого отдельного локуса хромосомы и таким образом определить значение его для развития и жизнедеятельности организма в целом.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
yamedik
Добавить комментарий
Adblock
detector