23 martie 2015

Reprogenetica, cel mai mare laborator genetic din Statele Unite, în colaborare cu oameni de știință din China, un număr de institute din New York și centre medicale specializate în domeniul PGD, au publicat rezultatele unor noi studii, care susțin că pot fi găsite mutații la embrioni după fertilizarea in vitro (FIV) ...

Pentru studiu, o biopsie mică (de rezervă) este suficientă, doar aproximativ 10 celule embrionare, în timp ce majoritatea noilor mutații (De Novo) care cauzează un procent disproporționat de mare de boli genetice pot fi detectate folosind PGD. Unicitatea metodei constă în dezvoltarea unui nou proces original de screening pentru întregul genom extins.

Noi mutații (De Novo) apar numai în celulele germinale și în embrioni după fertilizare. De regulă, aceste mutații nu sunt prezente în sângele părinților și nici screening-ul cuprinzător al părinților purtători nu le va putea detecta. PGD ​​standard nu poate detecta aceste mutații, deoarece testele nu sunt suficient de sensibile sau se concentrează doar pe regiuni specifice foarte înguste ale genomului.

„Aceste rezultate reprezintă un pas important în dezvoltarea screening-ului întregului genom pentru a găsi cei mai sănătoși embrioni din PGD”, spune Santiago Munné, dr., Fondator și director al Reprogeneticii și fondator al Recombine. „Această nouă abordare poate detecta aproape toate modificările genomice și, prin urmare, poate elimina necesitatea unor teste genetice suplimentare în timpul sarcinii sau după naștere, asigurându-se în același timp că cel mai sănătos embrion este selectat pentru transferul către viitoarea mamă”.

De asemenea, este dovedit științific că noua metodă reduce rata de eroare de 100 de ori (comparativ cu metodele anterioare).

„Este remarcabil faptul că noi mutații (De Novo) pot fi detectate cu o sensibilitate atât de mare și rate de eroare extrem de scăzute folosind un număr mic de celule embrionare”, spune Brock Peters, Ph.D. și om de știință principal în studiu. „Metoda dezvoltată este eficientă nu numai din punct de vedere medical, ci și din punct de vedere economic și așteptăm cu nerăbdare să continuăm cercetările în acest domeniu.”

Noile mutații pot duce la tulburări congenitale grave ale creierului, cum ar fi autismul, encefalopatia epileptică, schizofrenia și altele. Deoarece aceste mutații sunt unice pentru un anumit spermă și ovul care sunt implicate în crearea embrionului, analiza genetică a părinților nu le poate detecta.

„Până la cinci la sută dintre nou-născuți suferă de boli cauzate de un defect genetic”, spune Alan Berkeley, MD, profesor, director al Departamentului de Obstetrică și Ginecologie de la New York University Fertility Center. Abordarea noastra este cuprinzatoare si are ca scop identificarea embrionilor perfect sanatosi. Acest lucru poate ameliora semnificativ unii dintre factorii de stres emotional si fizic ai FIV, in special pentru cuplurile cu risc de a transmite tulburari genetice.

Articolul a fost tradus special pentru programul IVF School, pe baza materialelor

Se disting următoarele tipuri de mutații:

A) mutații genomice, ducând la o modificare a numărului de cromozomi. Mutațiile genomice apar adesea la plante. În acest caz, poate exista o multiplicare a unor seturi întregi de cromozomi (poliploidie) sau o creștere (trisomie) sau o scădere (monozomie) a numărului de cromozomi individuali;

b) mutații cromozomiale(vezi secțiunea 2.2), în care structura cromozomilor este perturbată, iar numărul lor în celulă rămâne neschimbat. Mutațiile cromozomiale pot fi detectate prin examinare microscopică.

v) mutații genetice, nu duce la modificări ale cromozomilor detectați cu microscopul; aceste mutații pot fi detectate numai prin analiza genetică a modificărilor fenotipice (vezi secțiunea 3.6).

Studiul mutațiilor la om la nivel de proteine ​​și ADN (în special mutații ale genelor hemoglobinei) a adus o contribuție deosebită la înțelegerea naturii lor moleculare. Rezultatele acestor studii și rezultatele analizei structurii cromozomilor utilizând metode de rezoluție înaltă de colorare diferențială au condus la o estompare a liniei dintre mutațiile cromozomiale și genetice. Știm acum că ștergerile și inserțiile sunt posibile și la nivel molecular și că trecerea inegală poate altera microstructura. Metodele de colorare diferențiată au făcut posibilă detectarea la microscop a unor rearanjări cromozomiale care anterior nu se distingeau. Trebuie amintit faptul că modificările cromozomiale detectate în timpul colorării diferențiale diferă cu mai multe ordine de mărime.

5 Mutații 143

din modificări precum ștergerea genelor structurale. Prin urmare, distincția dintre aberații cromozomiale structurale și mutații genetice este utilă în scopuri practice.

Celule în care apar mutații. cu exceptia tip daune genetice, este extrem de important localizare. Mutațiile pot apărea atât în ​​celulele sexuale, cât și în celulele somatice. Cei care apar în celulele germinale sunt transmise indivizilor generației următoare și, de regulă, se găsesc în toate celulele descendenților care au devenit purtătorii lor. Mutațiile somatice pot fi găsite numai la descendenții celulei mutante corespunzătoare, ceea ce duce la „mozaicul” individului. Consecințele fenotipice se vor manifesta numai dacă aceste mutații interferează cu implementarea funcțiilor specifice inerente acestor celule mutante.

Frecvențele mutațiilor. Unul dintre parametrii cel mai frecvent utilizați în studiul procesului de mutație este frecvență apariția mutații(sau rata mutației). Aplicat la oameni, este definit ca probabilitatea ca un eveniment mutațional să aibă loc în timpul vieții unei generații. De regulă, aceasta se referă la frecvența mutațiilor la ouă fertilizate. Problema frecvențelor mutațiilor din celulele somatice este discutată în sec. 5 1.6.

Amniocenteza - un studiu care este folosit pentru a obține o probă pentru a analiza genele și cromozomii fătului. Fătul se află în uter înconjurat de lichid. Acest lichid conține o cantitate mică de celule cutanate ale copilului nenăscut. O cantitate mică de lichid este extrasă cu un ac subțire prin peretele abdominal al mamei (abdomen). Lichidul este trimis la un laborator pentru cercetare. Pentru mai multe informații, consultați broșura Amniocenteza.

Boală genetică dominantă autozomală- aceasta este o astfel de boală, pentru dezvoltarea căreia o persoană trebuie să moștenească o copie modificată a unei gene (mutație) de la unul dintre părinți. Cu acest tip de moștenire, boala se transmite la jumătate din copiii unui cuplu căsătorit de la unul dintre părinții bolnavi. Ambele sexe sunt afectate cu probabilitate egală. În familii, există o transmitere verticală a bolii: de la unul dintre părinți la jumătate din copii.

Genetica autosomală recesivăboală - este o astfel de boală, pentru a cărei dezvoltare o persoană trebuie să moștenească două copii modificate ale unei gene (mutație), una de la fiecare dintre părinți. Cu acest tip de moștenire, un sfert din copiii unui cuplu căsătorit sunt bolnavi. Părinții sunt sănătoși, dar sunt purtători ai bolii. O persoană cu o singură copie a genei modificate va fi un purtător sănătos. Pentru mai multe informații, consultați broșura privind moștenirea recesivă.

Autosomal - o trăsătură a cărei genă este localizată pe autozomi.

Autozomi - O persoană are 23 de perechi de cromozomi. Perechile de la 1 la 22 se numesc autozomi și arată la fel la bărbați și femei. Cromozomii celei de-a 23-a perechi la bărbați și femei sunt diferite și se numesc cromozomi sexuali.

Eșantionarea villusului corionic, BVP - o procedură efectuată în timpul sarcinii pentru colectarea celulelor fetale pentru a testa genele sau cromozomii copilului nenăscut pentru anumite condiții ereditare. Un număr mic de celule sunt prelevate din placenta în curs de dezvoltare și trimise la un laborator pentru testare. Pentru mai multe informații, consultați broșura Chorionic Villus Biopsy.

Vagin - organul care leagă uterul de mediul extern, canalul nașterii.

Gene - informații de care organismul are nevoie pentru a funcționa, stocate sub formă chimică (ADN) pe cromozomi.

Genetic - cauzate de gene, legate de gene.

Cercetare genetică - un studiu care poate ajuta la determinarea dacă există modificări ale genelor individuale sau ale cromozomilor. Pentru mai multe informații, consultați broșura Ce este cercetarea genetică?

Boală genetică - o boală cauzată de anomalii ale genelor sau cromozomilor.

Ștergere - pierderea unei părți a materialului genetic (ADN); acest termen poate fi folosit pentru a se referi la pierderea unei porțiuni atât a unei gene cât și a unui cromozom. Pentru mai multe informații, consultați broșura Tulburări cromozomiale.

ADN - o substanță chimică care alcătuiește gene și care conține informații de care organismul are nevoie pentru a funcționa.

Duplicare - o repetare anormală a secvenței de material genetic (ADN) într-o genă sau cromozom. Pentru mai multe informații, consultați broșura Tulburări cromozomiale.

Măsurarea grosimii spațiului gulerului (TVP) - o ecografie a spatelui gâtului fătului care este umplut cu lichid la începutul sarcinii. Dacă bebelușul are o tulburare congenitală (cum ar fi sindromul Down), grosimea spațiului gulerului poate fi modificată.

Inversiune - schimbând secvența genelor într-un cromozom separat. Pentru mai multe informații, consultați broșura Tulburări cromozomiale.

Inserare - inserția de material genetic suplimentar (ADN) într-o genă sau cromozom. Pentru mai multe informații, consultați broșura Tulburări cromozomiale.

Cariotip - o descriere a structurii cromozomiale a individului, inclusiv numărul de cromozomi, setul de cromozomi sexuali (XX sau XY) și orice abateri de la setul normal.

Celula- Corpul uman este format din milioane de celule care servesc drept „blocuri de construcție”. Celulele din diferite părți ale corpului uman arată diferit și îndeplinesc funcții diferite. Fiecare celulă (cu excepția ovocitelor la femei și a spermatozoizilor la bărbați) conține două copii ale fiecărei gene.

Cromozom inelar este un termen folosit atunci când capetele unui cromozom se unesc pentru a forma un inel. Pentru mai multe informații, consultați broșura Translocații cromozomiale.

Uter - parte a corpului unei femei în care crește un făt în timpul sarcinii.

Consilierea genetică medicală- asistență informațională și medicală persoanelor preocupate de prezența unei afecțiuni în familie, posibil de natură ereditară.

Mutaţie- schimbarea secvenței ADN a unei anumite gene. Această modificare a secvenței genei duce la faptul că informațiile conținute în ea sunt perturbate și nu pot funcționa corect. Acest lucru poate duce la dezvoltarea unei boli genetice.

Avort spontan - nîntreruperea prematură a sarcinii, care a avut loc înainte de momentul în care copilul este capabil să supraviețuiască în afara uterului.

Translocare dezechilibrată - translocare, în care o rearanjare cromozomială duce la achiziționarea sau pierderea unei anumite cantități de material cromozomial (ADN) sau, în același timp, la achiziționarea suplimentară și pierderea unei părți a materialului original. Poate apărea la un copil al cărui părinte este purtătorul unei translocații echilibrate. Pentru mai multe informații, consultați broșura Translocare cromozomială.

Purtător de rearanjare cromozomială - o persoană care are o translocație echilibrată, în care cantitatea de material cromozomial nu este redusă sau crescută, ceea ce de obicei nu cauzează probleme de sănătate.

Mass-media - o persoană care nu are de obicei o boală (în prezent), dar poartă o copie modificată a genei. În cazul unei boli recesive, gazda este de obicei sănătoasă; în cazul unei boli dominante cu debut tardiv, persoana se va îmbolnăvi mai târziu.

Fertilizare - fuziunea unui ovul și a unei celule de spermă pentru a crea prima celulă a bebelușului.

Placenta- un organ adiacent peretelui interior al uterului unei femei gravide. Fătul primește substanțe nutritive prin placentă. Placenta crește dintr-un ou fertilizat, deci conține aceleași gene ca și fătul.

Rezultat pozitiv - un rezultat al testului care arată că persoana examinată are o modificare (mutație) în genă.

Cromozomi sexuali - Cromozomul X și cromozomul Y. Setul de cromozomi sexuali determină dacă un individ este bărbat sau femeie. Femeile au doi cromozomi X, bărbații au un cromozom X și un cromozom Y.

Testarea predictivă - cercetări genetice care vizează identificarea unei afecțiuni care se poate sau se poate dezvolta în timpul vieții. Atunci când cercetarea genetică vizează identificarea unei afecțiuni care se va dezvolta aproape inevitabil în viitor, o astfel de cercetare este numită presimptomatic.

Diagnosticul prenatal- un studiu efectuat în timpul sarcinii, pentru prezența sau absența unei boli genetice la un copil.

Translocare reciprocă - o translocație care apare atunci când două fragmente rup doi cromozomi diferiți și își schimbă locul. Pentru mai multe informații, consultați broșura Translocare cromozomială.

Translocare robertsoniană - apare atunci când un cromozom este atașat de altul. Pentru mai multe informații, consultați broșura Chromosomal Translocation.

Translocație echilibrată - t Ranlocare (rearanjare cromozomială), în care cantitatea de material cromozomial nu este redusă sau crescută, dar este transferată de la un cromozom la altul. O persoană cu o translocație echilibrată de obicei nu suferă de acest lucru, dar riscul de a dezvolta boli genetice pentru copiii săi este crescut. Pentru mai multe informații, consultați broșura Translocare cromozomială.

Stare legată de sex- Vezi moștenirea legată de X.

Spermă - celula reproductivă a tatălui, contribuția tatălui la formarea celulei din care nou-nascut... Fiecare spermă conține 23 de cromozomi, câte unul din fiecare pereche de cromozomi ai tatălui. Spermatozoizii se fuzionează cu oul pentru a crea prima celulă din care se dezvoltă bebelușul nenăscut.

Translocare - reamenajarea materialului cromozomial. Apare atunci când un fragment al unui cromozom se rupe și se atașează la un alt loc. Pentru mai multe informații, consultați broșura Translocare cromozomială.

Examinarea cu ultrasunete (ultrasunete) - un test nedureros în care undele sonore sunt folosite pentru a crea o imagine a fătului care crește în uterul mamei. Se poate face prin deplasarea capului scanerului peste peretele abdominal al mamei (abdomen) sau în interiorul vaginului.

Cromozomi - structuri filamentoase vizibile la microscop care conțin gene. În mod normal, o persoană are 46 de cromozomi. Moștenim un set de 23 de cromozomi de la mamă, al doilea set de 23 de cromozomi de la tată.

Boala legată de X- o boală genetică rezultată dintr-o mutație (modificare) a unei gene localizate pe cromozomul X. Bolile legate de X includ hemofilia, distrofia musculară Duchenne, sindromul X fragil și multe altele. Pentru mai multe informații, consultați broșura de moștenire legată de X.

XX- așa este de obicei reprezentat setul de cromozomi sexuali ai unei femei. În mod normal, o femeie are doi cromozomi X. Fiecare dintre cromozomii X este moștenit de la unul dintre părinți.

Cromozomul X - Unul dintre cromozomii sexuali. Femeile au în mod normal doi cromozomi X. Bărbații au în mod normal un cromozom X și un cromozom Y.

Ovar / ovare- Organe din corpul unei femei care produc ouă.

Ovul - celula reproductivă a mamei, care va servi drept bază pentru crearea primei celule a copilului nenăscut. Ovulul conține 23 de cromozomi; câte una din fiecare pereche pe care o are mama. Ovulul fuzionează cu sperma pentru a forma prima celulă a bebelușului.

De novo - cu o combinație din limba latină, care înseamnă „din nou”. Folosit pentru a descrie modificările genelor sau cromozomilor (mutațiilor) care sunt nou formate, adică niciunul dintre părinții unei persoane cu mutație de novo nu are aceste modificări.

X Y- așa este de obicei reprezentat setul de cromozomi sexuali ai unui bărbat. La nori, masculii au un cromozom X și un cromozom Y. Bărbații moștenesc cromozomul X de la mama lor și cromozomul Y de la tatăl lor.

Cromozomul Y- unul dintre cromozomii sexuali. În mod normal, bărbații au un cromozom Y și un cromozom X. O femeie are în mod normal doi cromozomi X.

Citogenetica medicală - studiul cariotipului uman în sănătate și boală. Această tendință a apărut în 1956, când Thio și Levan au îmbunătățit metoda de preparare a preparatelor cromozomilor metafazici și au stabilit pentru prima dată numărul modal de cromozomi (2n = 46) într-un set diploid. În 1959, etiologia cromozomială a mai multor boli a fost descifrată - sindroamele Down, Klinefelter, Shereshevsky-Turner și alte sindroame de trisomie autozomală. Dezvoltarea ulterioară a citogeneticii medicale la sfârșitul anilor 1960 s-a datorat apariției metodelor de colorare diferențială a cromozomilor metafazici, făcând posibilă identificarea cromozomilor și a regiunilor lor individuale. Metodele de colorare diferențiată nu au asigurat întotdeauna identificarea corectă a punctelor de rupere ca urmare a rearanjărilor structurale ale cromozomilor. În 1976, Eunice a dezvoltat noi metode pentru studierea lor în etapa prometafazică, care au fost denumite „metode de înaltă rezoluție”.

Utilizarea unor astfel de metode a făcut posibilă obținerea cromozomilor cu un număr diferit de segmente (de la 550 la 850) și a făcut posibilă identificarea încălcărilor cu implicarea secțiunilor lor mici (micro-rearanjări). De la începutul anilor 1980. a intrat citogenetica umană etapa nouă dezvoltare: analiza cromozomială a metodelor molecular-citogenetice, hibridizarea fluorescentă in situ (FISH - Fluorescence In Situ Hybridization) a fost introdusă în practică. Această metodă este utilizată pe scară largă pentru a detecta anomalii structurale mai subtile ale cromozomilor care nu se disting prin colorarea diferențială. În prezent, utilizarea diferitelor metode de analiză cromozomială face posibilă efectuarea cu succes a diagnosticului pre și postnatal al bolilor cromozomiale.

Bolile cromozomiale reprezintă un grup mare de afecțiuni clinice diverse caracterizate prin malformații congenitale multiple, a căror etiologie este asociată cu modificări cantitative sau structurale ale cariotipului.

În prezent, se disting aproape 1000 de anomalii cromozomiale, dintre care mai mult de 100 de forme au un tablou clinic delimitat și se numesc sindroame; contribuția lor la avortul spontan, mortalitatea neonatală și morbiditatea este semnificativă. Prevalența anomaliilor cromozomiale în cazul avorturilor spontane este în medie de 50%, la nou-născuții cu malformații congenitale multiple multiple - 33%, născuți morți și perinatal morți cu malformații congenitale - 29%, sugarii prematuri cu malformații congenitale - 17%, nou-născuții cu malformații congenitale - 10%, decese născute și perinatale - 7%, prematuri - 2,5%, toți nou-născuții - 0,7%.

Majoritatea bolilor cromozomiale sunt sporadice, apar din nou din cauza mutațiilor genomice (cromozomiale) în gametul unui părinte sănătos sau în primele diviziuni ale zigotului, și nu sunt moștenite în generații, ceea ce este asociat cu o mortalitate ridicată a pacienților în perioada pre-reproductivă. perioadă. Baza fenotipică a bolilor cromozomiale este formată din tulburările dezvoltării embrionare timpurii. De aceea, modificările patologice se dezvoltă chiar și în perioada prenatală a dezvoltării corpului și fie provoacă moartea embrionului sau a fătului, fie creează tabloul clinic principal al bolii deja la nou-născut (excepția este anomaliile dezvoltării sexuale, care se formează în principal în timpul pubertății). Afectarea timpurie și multiplă a sistemelor corpului este caracteristică tuturor formelor de boli cromozomiale. Acestea sunt dismorfisme cranio-faciale, malformații congenitale ale organelor interne și ale părților corpului, întârzierea creșterii și dezvoltării intrauterine și postnatale, retard mental sistem nervos, sisteme cardiovasculare, respiratorii, genito-urinare, digestive și endocrine, precum și abateri în starea hormonală, biochimică și imunologică. Fiecare sindrom cromozomial este caracterizat de un complex de malformații congenitale și anomalii de dezvoltare, inerente într-o oarecare măsură doar acestui tip de patologii cromozomiale. Polimorfismul clinic al fiecărei boli cromozomiale în formă generală este determinat de genotipul organismului și de condițiile de mediu. Variațiile manifestărilor patologiei pot fi foarte largi - de la un efect letal la abateri minore în dezvoltare. În ciuda cunoașterii bune a manifestărilor clinice și citogeneticii bolilor cromozomiale, patogeneza acestora, chiar și în termeni generali, nu este încă clară. Schema generală a dezvoltării proceselor patologice complexe cauzate de anomalii cromozomiale și care duce la apariția celor mai complexe fenotipuri ale bolilor cromozomiale nu a fost dezvoltată.

Principalele tipuri de anomalii cromozomiale
Toate bolile cromozomiale după tipul de mutații pot fi împărțite în două grupe mari: cauzate de o modificare a numărului de cromozomi, menținând în același timp structura acestora din urmă (mutații genomice) și cauzate de o modificare a structurii cromozomului (mutații cromozomiale) ). Mutațiile genomice rezultă din nedisjunctie sau pierderea cromozomilor în gametogeneză sau în stadiile incipiente ale embriogenezei. La om s-au găsit doar trei tipuri de mutații genomice: tetraploidie, triploidie și aneuploidie. Incidența mutațiilor triploid (Zn = 69) și tetraploid (4n = 92) este foarte scăzută, acestea se găsesc în principal la embrioni sau fetiți avortați spontan și la născuți morți. Speranța de viață a nou-născuților cu astfel de tulburări este de câteva zile. Mutațiile genomice ale cromozomilor individuali sunt numeroase; ele constituie cea mai mare parte a bolilor cromozomiale. În același timp, dintre toate variantele aneuploidiei, apar doar trisomii prin autozomi, polisomii prin cromozomi sexuali (tri-, tetra- și pentasomii), iar din monozomii, apare doar monosomia X.

Trisomiile sau monosomiile complete sunt mai puternic tolerate de organism decât cele parțiale; dezechilibrul în cromozomii mari apare la nașterile vii mult mai puțin frecvent decât în ​​cele mici. Formele complete de anomalii cromozomiale cauzează anomalii semnificativ mai grave decât cele în mozaic. Monosomiile autozomale în rândul nașterilor vii sunt foarte rare; sunt forme mozaic cu o proporție mare de celule normale. S-a dovedit faptul că valoarea genetică relativ scăzută a regiunilor heterocromatice a cromozomilor. De aceea, se observă trisomii complete la nașteri vii la acei autozomi care sunt bogați în heterocromatină - 8, 9, 13, 14, 18, 21, 22 și X. umăr. Monosomia completă pe cromozomul X compatibilă cu viața postnatală, care duce la dezvoltarea sindromului Shereshevsky-Turner, precum și tetra- și pentasomia, se observă numai pe cromozomul X, care este heterocromatizat.

Mutațiile cromozomiale sau rearanjările structurale cromozomiale sunt încălcări ale cariotipului, însoțite sau nu de un dezechilibru al materialului genetic în interiorul unuia sau mai multor cromozomi (rearanjamente intra și intercromozomiale).

În majoritatea covârșitoare a cazurilor, mutațiile cromozomiale structurale sunt transferate descendenței de către unul dintre părinți, în cariotipul căruia există o rearanjare cromozomială echilibrată. Acestea includ translocația reciprocă (reciprocă) echilibrată fără pierderea unor părți ale cromozomilor implicați în ea. Ca și inversarea, nu provoacă fenomene patologice în gazdă. Cu toate acestea, în timpul formării gametilor de purtători de translocații și inversiuni echilibrate, se pot forma gameți dezechilibrați. O translocație Robertsoniană - o translocație între doi cromozomi acrocentrici cu pierderea brațelor lor scurte - are ca rezultat un cromozom metacentric în loc de doi acrocentrici. Purtătorii unei astfel de translocații sunt sănătoși, deoarece pierderea brațelor scurte a doi cromozomi acrocentrici este compensată de munca acelorași gene în restul de 8 cromozomi acrocentrici. În timpul maturării celulelor germinale, distribuția aleatorie (în timpul diviziunii celulare) a doi cromozomi rearanjați și omologii acestora duce la apariția mai multor tipuri de gameți, dintre care unii sunt normali, alții conțin o astfel de combinație de cromozomi care, la fertilizare, dă un zigot cu un cariotip rearanjat echilibrat, iar alții dau cromozomial în timpul fertilizării. zigoti dezechilibrați.

Cu un set de cromozomi dezechilibrați (deleții, duplicări, inserții), fătul dezvoltă patologii clinice severe, de obicei sub forma unui complex de malformații congenitale. Lipsa materialului genetic determină malformații mai grave decât excesul.

Aberațiile structurale apar mult mai rar de novo. Părinții unui pacient cu o boală cromozomială sunt de obicei cariotipici normali. Boala cromozomială în aceste cazuri apare de novo ca rezultat al transmiterii de la unul dintre părinții unei mutații genomice sau cromozomiale care a apărut o dată într-unul dintre gameți, sau o astfel de mutație apare deja în zigot. Acest lucru nu exclude reapariția anomaliilor cromozomiale la copiii din această familie. Există familii predispuse la cazuri repetate de nedisjunctie cromozomială. Mutațiile de novo sunt aproape toate trisomii și monosomii cunoscute. Mecanismul principal pentru apariția rearanjării structurale de orice tip este o ruptură într-unul sau mai mulți cromozomi cu reunificarea ulterioară a fragmentelor rezultate.

Indicații clinice pentru diagnostic citogenetic
Metoda citogenetică de cercetare ocupă un loc de frunte printre metodele de diagnostic de laborator în consilierea medicală și genetică și în diagnosticul prenatal. Cu toate acestea, ar trebui să respecte strict obiectivul
indicații pentru trimiterea pacienților la studiul cariotipului.

Principalele indicații pentru diagnosticul prenatal:
anomalie cromozomială la copilul anterior din familie;
un copil născut mort cu o anomalie cromozomială;
rearanjamente cromozomiale, mozaicism cromozomial sau aneuploidie cromozomială sexuală la părinți;
rezultatele unui studiu al serului sanguin la mamă, indicând un risc crescut de anomalii cromozomiale la făt (grup de risc);
vârsta mamei;
anomalii fetale relevate în timpul examinării cu ultrasunete;
suspiciunea de mozaicism la făt în timpul unui studiu citogenetic anterior;
suspiciunea unui sindrom cu instabilitate cromozomială.

Se recomandă efectuarea studiului cariotipului în timpul diagnosticului postnatal dacă pacientul are:
amenoree primară sau secundară sau menopauză timpurie;
spermogramă anormală - azoospermie sau oligospermie severă;
anomalii clinice pronunțate în creștere (creștere mică, mare) și dimensiunea capului (micro-, macrocefalie);
organe genitale anormale;
un fenotip anormal sau dismorfism;
malformații congenitale;
retard mental sau tulburări de dezvoltare;
manifestări ale sindromului de ștergere / microdelecție / duplicare;
Boala recesivă legată de X la femei;
manifestări clinice ale sindroamelor de instabilitate cromozomială;
la monitorizarea după transplantul de măduvă osoasă.

Studiile citogenetice trebuie efectuate la un cuplu căsătorit:
cu anomalii cromozomiale sau variante neobișnuite de cromozomi la făt, detectate în timpul diagnosticului prenatal;
avorturi spontane repetate (3 sau mai multe); naștere mortală, moarte fetală neonatală, incapacitate de a examina fătul afectat;
copilul are o anomalie cromozomială sau o variantă cromozomială neobișnuită;
infertilitate de etiologie necunoscută.

Indicația pentru un studiu citogenetic este prezența rudelor pacientului:
rearanjamente cromozomiale;
retard mental, probabil de origine cromozomială;
pierderi de reproducere, malformații congenitale ale fătului sau naștere mortă de origine necunoscută.

Indicații pentru studiul FISH:
suspiciune de sindrom de microdelecție, pentru care este disponibil diagnostic molecular-citogenetic (prezența sondelor ADN adecvate);
un risc crescut de sindrom de microdelecție conform datelor anamnestice;
semne clinice care sugerează mozaicismul pentru un anumit sindrom cromozomial;
condiții după transplantul de măduvă osoasă, când donatorul și destinatarul sunt de sex diferit;
suspiciunea unei anomalii cromozomiale la un studiu citogenetic standard, când metoda FISH poate fi utilă pentru
clarificarea naturii anomaliei sau în situații în care există manifestări clinice caracteristice;
prezența unui cromozom marker supranumerar;
suspiciune de rearanjare cromozomială latentă.

Metoda FISH în analiza metafazelor este prezentată:
cu cromozomi markeri;
material suplimentar de origine necunoscută pe cromozom;
rearanjamente cromozomiale;
pierderea suspectată a unui segment cromozomial;
mozaicism.

Metoda FISH în analiza nucleelor ​​interfazice este prezentată:
cu anomalii cromozomiale numerice;
duplicări;
diviziuni;
rearanjări ale cromozomilor;
determinarea sexului cromozomial;
amplificarea genei.

Metode de cercetare citogenetică:
Cercetare și descriere trasaturi caracteristice cromozomii metafazici sunt deosebit de importanți pentru citogenetica practică. Cromozomii individuali dintr-un grup sunt recunoscuți folosind tehnici de colorare diferențială. Aceste metode permit detectarea eterogenității structurii cromozomiale de-a lungul lungimii, determinată de particularitățile complexului principalelor componente moleculare ale cromozomilor - ADN și proteine. Problema recunoașterii cromozomilor individuali într-un cariotip este importantă pentru dezvoltarea diagnosticului citogenetic al bolilor cromozomiale la om.

Metodele de cercetare citogenetică sunt împărțite în directe și indirecte. Metodele directe sunt utilizate în cazurile în care este necesar un rezultat rapid și este posibil să se obțină preparate de cromozomi ai celulelor care se divid în corp. Metodele indirecte includ, ca etapă obligatorie, cultivarea mai mult sau mai puțin prelungită a celulelor în medii nutritive artificiale. Metodele care includ cultivarea pe termen scurt (de la câteva ore la 2-3 zile) ocupă o poziție intermediară.

Obiectul principal al cercetării citogenetice prin metode directe și indirecte este etapa metafazică a mitozei și diferitele etape ale meiozei. Metafaza mitozei este subiectul principal al cercetării citogenetice, deoarece în această etapă este posibilă identificarea corectă a cromozomilor și identificarea anomaliilor acestora. Cromozomii din meioză sunt examinați pentru a detecta anumite tipuri de rearanjări, care prin natura lor nu se găsesc în metafaza mitozei.

Material biologic pentru studii citogenetice. Prelucrarea culturii celulare. Pregătirea preparatelor cromozomiale
Celulele din orice țesut disponibil pentru biopsie pot fi utilizate ca material pentru obținerea și studierea cromozomilor umani. Cel mai adesea se utilizează sânge periferic, fibroblaste cutanate, măduvă osoasă, celule ale lichidului amniotic, vilozități corionice. Cele mai accesibile pentru studiul cromozomilor sunt limfocitele din sângele periferic uman.

În prezent, practic în toate laboratoarele lumii, se folosește o metodă care utilizează sânge periferic integral pentru organizarea unei culturi de limfocite. Sângele în cantitate de 1-2 ml este preluat în avans din vena cubitală într-o eprubetă sterilă sau o sticlă cu soluție de heparină. Într-un flacon, sângele poate fi păstrat 24-48 de ore la frigider la o temperatură de 4-6 ° C. Stabilirea culturii limfocitelor se efectuează într-o încăpere specială sau într-o cameră de lucru sub un dulap cu flux laminar în condiții sterile. Astfel de condiții sunt obligatorii pentru a preveni introducerea florei patogene în hemocultură. Dacă există suspiciunea de contaminare a sângelui sau a altor materiale, trebuie adăugate antibiotice la amestecul de cultură. Fiolele cu amestecul de cultură sunt incubate într-un termostat la o temperatură de +37 ° C timp de 72 de ore (creștere activă și diviziune celulară este în curs). Scopul principal al tehnicilor metodologice în procesarea culturilor de celule și prepararea preparatelor cromozomiale din acestea este de a obține pe preparat un număr suficient de plăci metafazice cu o astfel de împrăștiere a cromozomilor, la care este posibilă estimarea lungimii, forma, și altele. semne morfologice fiecare set de cromozomi.

Acumularea de celule în metafaza mitozei și producerea plăcilor de înaltă calitate pe preparat are loc utilizând o serie de proceduri secvențiale:
colchinizare - expunerea celulelor la citostatice colchicină sau colcemidă, care blochează mitoza în stadiul metafazic;
hipotensiunea culturilor;
fixarea celulelor cu un amestec de alcool metilic și acid acetic;
aplicarea unei suspensii de celule pe o lamă de sticlă.

Colchinizarea culturilor celulare se efectuează cu 1,5-2 ore înainte de începerea fixării. După administrarea colchicinei, baloanele de cultură celulară sunt continuate să se incubeze într-un termostat. La sfârșitul incubației, amestecul de cultură din fiecare balon este turnat în tuburi de centrifugă curate și centrifugat. Apoi, o soluție hipotonică de clorură de potasiu, preîncălzită la o temperatură de +37 ° C, este adăugată în sedimentul celular.

Hipotensiunea se efectuează într-un termostat la o temperatură de +37 ° C timp de 15 minute. Soluția hipotonic KCI promovează o mai bună împrăștiere a cromozomilor pe lamă. După hipotensiune, celulele sunt sedimentate prin centrifugare și fixate. Fixarea se efectuează cu un amestec de alcool metilic (sau etilic) cu acid acetic.

Etapa finală este prepararea preparatelor cromozomiale pentru a obține plăci metafazice bine „răspândite”, menținând în același timp integritatea, completitudinea cromozomului setat în fiecare dintre ele. O suspensie de celule este aplicată pe lamele ude și răcite, după care paharele sunt uscate la temperatura camerei și marcate.

Metode diferențiale de colorare a cromozomilor
Din 1971, metodele au fost utilizate pe scară largă în citogenetică, care fac posibilă colorarea diferențială a fiecărui cromozom al unui set pe lungimea sa. Semnificația practică a acestor metode constă în faptul că colorarea diferențială face posibilă identificarea tuturor cromozomilor umani datorită modelului specific de colorare longitudinală pentru fiecare cromozom. Orice colorant format dintr-un colorant de bază poate fi potrivit pentru vopsire, deoarece substratul principal de vopsire al cromozomilor este un complex ADN-proteină. În practica studiilor citogenetice, următoarele metode sunt cele mai utilizate.

Metoda G-stain este cea mai comună metodă datorită simplității, fiabilității și disponibilității reactivilor necesari. După colorare, fiecare pereche de cromozomi devine striată în lungime datorită alternanței segmentelor heterocromatinei de culoare diferită (întunecată) și a eucromatinei (deschise), care sunt de obicei desemnate ca segmente G. Metoda C de colorare oferă identificarea doar a unor regiuni ale cromozomilor. Acestea sunt regiuni ale heterocromatinei localizate în regiunile pericentromerice ale brațelor lungi ale cromozomilor 1, 9 și 16 și în brațul lung al cromozomului Y, precum și în brațele scurte ale cromozomilor acrocentrici. Metoda R de colorare a preparatelor cromozomiale prezintă un model de segmentare diferențială inversă metodei G. Această metodă colorează bine segmentele distale ale cromozomilor, ceea ce este foarte important pentru identificarea rearanjărilor mici cu implicarea regiunilor terminale. Metoda colorării Q oferă colorare fluorescentă diferențială a cromozomilor individuali ai setului, vă permite să identificați fiecare pereche de omologi și, de asemenea, să determinați prezența unui cromozom Y în nucleele interfazei prin luminescența unui corp de cromatină Y.

Principiile analizei cromozomiale
O etapă obligatorie a studiului este analiza vizuală a cromozomilor la microscop folosind o mărire de o mie de ori (x1000) cu oculare x10 și un obiectiv de imersiune x100. Evaluarea calității și adecvării preparatelor cromozomiale pentru cercetare, precum și selectarea plăcilor metafazice pentru analiză se efectuează la mărire redusă (x100). Pentru cercetare, alegeți plăci metafazice complete, bine colorate, cu o bună dispersie de cromozomi. Cercetătorul calculează numărul total de cromozomi și evaluează structura fiecărui cromozom comparând striația omologilor, precum și comparând modelul observat cu hărțile citogenetice (diagrame) ale cromozomilor.

Utilizarea sistemelor informatice pentru analiza imaginilor facilitează foarte mult sarcina unui citogenetist, îmbunătățește calitatea muncii sale și oferă o oportunitate pentru documentarea rapidă și ușoară a rezultatelor cercetării. A furniza Calitate superioară Lucrarea recomandă participarea a doi specialiști la realizarea unui studiu citogenetic al fiecărei probe. Documentul care confirmă studiul este protocolul, care indică coordonatele celulelor scanate, numărul de cromozomi din fiecare dintre ele, rearanjările detectate, formula cariotipului și concluzia, precum și prenumele pacientului, data și numărul studiul, prenumele și semnătura medicului (medicilor) care a efectuat studiul ... Diapozitivele și imaginile cromozomilor ar trebui să fie salvate pentru o revizuire ulterioară.

REGULI DE BAZĂ PENTRU DESCRIEREA ANOMALIILOR CROMOZOMALE CONFORM SISTEMULUI INTERNAȚIONAL DE NOMENCLATURĂ CITOGENETICĂ
Înregistrarea formulei cariotipului trebuie efectuată în conformitate cu versiunea actuală a Sistemului internațional pentru nomenclatura citogenetică umană. Aspectele aplicării nomenclaturii care se întâlnesc cel mai adesea în practica citogenetică clinică sunt discutate mai jos.

Numărul și morfologia cromozomilor:
Într-un cariotip, cromozomii sunt împărțiți în șapte grupe ușor de distins (A-G) în funcție de dimensiunea și poziția centromerului. Autozomii sunt cromozomii de la 1 la 22, cromozomii sexuali sunt X și Y.
Grupa A (1-3) - cromozomi metacentrici mari care se pot distinge între ei prin mărimea și poziția centromerului.
Grupa B (4-5) - cromozomi submetacentrici mari.
Grupa C (6-12, X) - cromozomi metacentrici și submetacentrici de dimensiuni medii. Cromozomul X este unul dintre cei mai mari cromozomi din acest grup.
Grupa D (13-15) - cromozomi acrocentrici de dimensiuni medii cu sateliți.
Grupa E (16-18) - cromozomi metacentrici și submetacentrici relativ mici.
Grupa F (19-20) - cromozomi metacentrici mici.
Grupa G (21-22, Y) - mici cromozomi acrocentrici cu sateliți. Cromozomul Y nu are sateliți.

Fiecare cromozom este format dintr-un rând continuu de dungi care sunt situate de-a lungul lungimii brațelor cromozomiale în zone (zone) strict limitate. Regiunile cromozomiale sunt specifice fiecărui cromozom și sunt esențiale pentru identificarea lor. Dungile și regiunile sunt numerotate de la centromer la telomer de-a lungul fiecărui braț. Regiunile sunt părți ale unui cromozom situat între două dungi adiacente. Pentru a desemna brațele scurte și lungi ale cromozomilor, se utilizează următoarele simboluri: p - braț scurt și q - braț lung. Centromerul (sep) este desemnat de simbolul 10, partea centrromerului adiacentă brațului scurt este p10, la brațul lung - q10. Zona cea mai apropiată de centromer este desemnată ca 1, următoarea zonă ca 2 și așa mai departe.

Pentru a desemna cromozomii, se folosesc simboluri din patru cifre:
Primul caracter - numărul cromozomului;
Al 2-lea caracter (p sau q) - braț cromozomial;
Al 3-lea caracter - numărul raionului (site-ului);
Al patrulea caracter este numărul benzii din această zonă.

De exemplu, înregistrarea 1p31 indică cromozomul 1, brațul său scurt, regiunea 3, banda 1. Dacă o bandă este subdivizată în subbande, se pune un punct după desemnarea benzii, atunci se scrie numărul fiecărei subbande. Sub-benzile, precum și barele, sunt numerotate în direcția de la centromer la telomer. De exemplu, în banda 1p31, se disting trei sub-benzi: 1p31.1, 1p31.2 și 1p31.3, dintre care subbanda 1p31.1 este proximală de centromer, iar subbanda 1p31.3 este distală. Dacă sub-benzile sunt în continuare împărțite în părți, acestea sunt numerotate fără punctuație. De exemplu, subbanda 1p31.1 este împărțită în 1p31.11,1p31.12 etc.

PRINCIPII GENERALE PENTRU DESCRIEREA CARIOTIPULUI NORMAL ȘI ANOMAL
În descrierea cariotipului, primul articol indică numărul total de cromozomi, inclusiv cromozomii sexuali. Primul număr este separat de restul intrării cu o virgulă, apoi se înregistrează cromozomii sexuali. Autozomii sunt desemnați numai în caz de anomalii.

Un cariotip uman normal arată astfel:
46, XX - cariotip feminin normal;
46, XY - cariotip normal masculin.

În anomaliile cromozomiale, sunt înregistrate mai întâi anomalii ale cromozomului sexual, urmate de anomalii autozomale în ordine crescătoare a numerelor și indiferent de tipul de anomalie. Separați fiecare anomalie cu o virgulă. Denumirile de litere sunt folosite pentru a descrie cromozomii rearanjați structural. Cromozomul implicat în rearanjare este scris între paranteze după simbolul care indică tipul de rearanjare, de exemplu: inv (2), del (4), r (18). Dacă în rearanjare sunt implicați doi sau mai mulți cromozomi, un punct și virgulă (;) este plasat între denumirile numărului fiecăruia dintre ei.

Semnele (+) sau (-) sunt plasate în fața unui cromozom pentru a indica o anomalie, indicând un cromozom suplimentar sau lipsă (normal sau anormal), de exemplu: + 21, -7, + der (2). Ele sunt, de asemenea, utilizate pentru a indica o scădere sau creștere a lungimii brațului cromozomial după simbol (p sau q); în acest scop, semnele de mai sus pot fi utilizate numai în text, dar nu și în descrierea cariotipului, de exemplu: 4p +, 5q-. Când se descriu dimensiunile segmentelor heterocromatice, sateliților și sateliților, semnul (+) (creștere) sau (-) (scădere) este plasat imediat după desemnarea simbolului corespunzător, de exemplu: 16qh +, 21ps +, 22pstk +. Semnul de multiplicare (x) este utilizat pentru a descrie mai multe copii ale cromozomilor rearanjați, dar nu poate fi folosit pentru a descrie mai multe copii ale cromozomilor normali, de exemplu: 46, XX, del (6) (q13q23) x2. Pentru a indica interpretări alternative ale anomaliilor, utilizați simbolul (оr), de exemplu: 46, XX, del (8) (q21.1) sau i (8) (p10).

Cariotipurile diferitelor clone sunt separate printr-o bară directă (/). Parantezele pătrate sunt plasate după descrierea cariotipului pentru a indica numărul absolut de celule dintr-o clonă dată. Pentru a indica motivul apariției diferitelor clone, se utilizează simbolurile mos (mozaicism - linii celulare provenite din același zigot) și chi (himeră - linii celulare provenite din zigoti diferiți), care sunt date înainte de descrierea cariotip. La listarea cariotipurilor, clona diploidă normală este întotdeauna indicată ultima, de exemplu: mos47, XY, + 21/46, XY; mos47, XXY / 46, XY.

Dacă există mai multe clone anormale, înregistrarea se efectuează în ordinea măririi dimensiunii acestora: prima este cea mai frecvent întâlnită, apoi în ordine descrescătoare. Cea mai recentă este clona normală, de exemplu: mos45, X / 47, XXX / 46, XX. O notație similară este utilizată într-un cariotip cu două clone normale, de exemplu: chi46, XX / 46, XY. Dacă există două clone anormale în cariotip, dintre care una are o anomalie numerică și cealaltă o modificare structurală, atunci se înregistrează mai întâi clona cu anomalia numerică. De exemplu: 45, X / 46, X, i (X) (q10).

Când ambele clone au anomalii numerice, clona care are autosomul cu un număr de serie mai mic este înregistrată mai întâi, de exemplu: 47, XX, + 8/47, XX, + 21; o clonă cu anomalii ale cromozomului sexual este întotdeauna pusă pe primul loc, de exemplu: 47, XXX / 47, XX, + 21.

Faptul că cariotipul este haploid sau poliploid va fi evident din numărul de cromozomi și din alte denumiri, de exemplu: 69, XXY. Toți cromozomii modificați trebuie să fie etichetați în raport cu nivelul de ploidie adecvat, de exemplu: 70, XXY, + 21.

Originea maternă sau paternă a cromozomului anormal este indicată de simbolurile mat și respectiv pat, după anomalia descrisă, de exemplu: 46, XX, t (5; 6) (q34; q23) mat, inv (14) ( q12q31) pat; 46, XX, t (5; 6) (q34; q23) mat, inv (14) (q12q31) mat. Dacă se știe că cromozomii părinților sunt normali în comparație cu anomalia dată, este considerat unul nou și notat cu simbolul denovo (dn), de exemplu: 46, XY, t (5; 6) ( q34; q23) mat, inv (14) (q12q31) dn.

Descrierea anomaliilor numerice ale cromozomilor:
Semnul (+) sau (-) este utilizat pentru a indica pierderea sau achiziționarea unui cromozom suplimentar atunci când se descriu anomalii numerice.
47, XX, + 21 - cariotip cu trisomie 21.
48, XX, + 13, + 21 - cariotip cu trisomia 13 și trisomia 21.
45, XX, -22 - cariotip cu monozomie 22.
46, XX, + 8, -21 - cariotip cu trisomia 8 și monosomia 21.
O excepție de la această regulă este anomaliile constituționale ale cromozomilor sexuali, care sunt înregistrate fără a utiliza semnele (+) și (-).
45, X - cariotip cu un cromozom X (sindrom Shereshevsky-Turner).
47, XXY - cariotip cu doi cromozomi X și un cromozom Y (sindromul Klinefelter).
47, XXX - cariotip cu trei cromozomi X.
47, XYY - cariotip cu un cromozom X și doi cromozomi Y.
48, XXXY - cariotip cu trei cromozomi X și un cromozom Y.

Descrierea anomaliilor cromozomiale structurale
În descrierea modificărilor structurale, sunt utilizate atât sistemele de înregistrare scurte, cât și cele detaliate. Când se utilizează sistemul scurt, sunt indicate doar tipul de rearanjare cromozomială și punctele de rupere. Tipul de anomalie cromozomială, cromozomul implicat în anomalie și punctele de rupere sunt înregistrate între paranteze. Sistemul concis nu face posibilă descrierea fără echivoc a rearanjărilor cromozomiale complexe, care sunt uneori relevate în analiza cariotipurilor tumorale.

Sistem concis de desemnare pentru modificări structurale
Dacă ambele brațe sunt implicate în rearanjarea rezultată din două pauze în același cromozom, punctul de pauză din brațul scurt este înregistrat în fața punctului de pauză în brațul lung: 46, XX, inv (2) (p21q31). Când două puncte de rupere sunt într-un braț cromozomial, punctul de rupere proximal al centromerului este indicat mai întâi: 46, XX, inv (2) (p13p23). În cazul în care în rearanjare sunt implicați doi cromozomi, este indicat mai întâi fie cromozomul cu număr ordinal mai mic, fie cromozomul sexual: 46, XY, t (12; 16) (q13; p11.1); 46, X, t (X; 18) (p11.11; q11.11).

Excepția de la regulă sunt rearanjările cu trei puncte de rupere, atunci când un fragment al unui cromozom este introdus în regiunea altui cromozom. În acest caz, cromozomul receptor este înregistrat mai întâi, iar cromozomul donator ultimul, chiar dacă este un cromozom sexual sau un cromozom cu un număr de serie mai mic: 46, X, ins (5; X) (p14; q21q25); 46, XY, ins (5; 2) (p14; q22q32). Dacă rearanjarea afectează un cromozom, punctele de rupere din segmentul în care s-a format inserția sunt indicate mai întâi. În cazul inserției directe, se înregistrează mai întâi punctul de rupere al fragmentului inserat proximal de centromer, apoi punctul de rupere distal. Cu inserția inversată, opusul este adevărat.

Pentru a desemna translocații în care sunt implicați trei cromozomi diferiți, indicați în primul rând cromozomul sexual sau cromozomul cu un număr ordinal inferior, apoi cromozomul care a primit un fragment din primul cromozom și, în cele din urmă, cromozomul care a dat fragmentul primul cromozom. 46, XX, t (9; 22; 17) (q34; q11.2; q22) - un fragment al cromozomului 9, corespunzător regiunii distale de 9q34, transferat la cromozomul 22, la segmentul 22q11.2, un fragment de cromozomul 22, corespunzător regiunii distale de 22q11 .2 este transferat la cromozomul 17, în segmentul 17q22, iar un fragment al cromozomului 17, corespunzător regiunii distale 17q22, este transferat la cromozomul 9, în segmentul 9q34.

Sistem detaliat de desemnare pentru modificări structurale. În conformitate cu sistemul de desemnare detaliat, rearanjările structurale ale cromozomilor sunt determinate de compoziția benzilor din ele. Toate denumirile utilizate în sistemul concis sunt păstrate în sistemul detaliat. Cu toate acestea, în sistemul detaliat, descriere detaliata compoziția benzilor din cromozomii rearanjați cu utilizarea de simboluri suplimentare. Un punct (:) indică un punct de pauză, iar un punct dublu (: :) indică o pauză urmată de o reuniune. Săgeata (->) indică direcția de transfer a fragmentelor cromozomiale. Capetele brațelor cromozomiale sunt notate cu simbolul ter (terminal), pter sau qter denotă capătul unui braț scurt sau, respectiv, lung. Simbolul sep este folosit pentru a desemna un centromer.

Tipuri de rearanjări cromozomiale
Material suplimentar de origine necunoscută. Simbolul add (din lat. Additio - adăugare) este utilizat pentru a indica materialul suplimentar de origine necunoscută, atașat la o regiune sau bandă cromozomială. Materialul suplimentar atașat la regiunea terminală va determina o creștere a lungimii brațului cromozomial. La descrierea cromozomilor cu material suplimentar de origine necunoscută în ambele brațe, simbolul der este plasat în fața numărului cromozomului. Dacă materialul suplimentar necunoscut este introdus într-un braț al cromozomului, simbolurile ins și (?) Sunt utilizate pentru descriere.

Ștergeri. Simbolul del este utilizat pentru a indica ștergerile terminale (terminale) și interstițiale:
46, XX, del (5) (q13)
46, XX, del (5) (pter-> q13 :)
Semnul (:) înseamnă că pauza s-a produs în banda 5q13, ca urmare cromozomul 5 constă dintr-un braț scurt și o parte a unui braț lung închis între centromer și segmentul 5q13.
46, XX, del (5) (q13q33)
46, XX, del (5) (pter-> q13 :: q33-> qter)
Semnul (: :) înseamnă spargerea și reunirea benzilor 5ql3 și 5q33 ale brațului lung al cromozomului 5. Segmentul cromozomului dintre aceste benzi este șters.

Cromozomii derivați sau derivați (der) sunt cromozomi care au apărut ca urmare a rearanjărilor care afectează doi sau mai mulți cromozomi, precum și ca urmare a mai multor rearanjări în cadrul unui cromozom. Numărul cromozomului derivat corespunde numărului cromozomului intact, care are același centromer ca și cromozomul derivat:
46, XY, der (9) del (9) (p12) del (9) (q31)
46, XY, der (9) (: p12-> q31 :)
Cromozomul derivat 9 este rezultatul a două deleții terminale care apar în brațele scurte și lungi, cu puncte de întrerupere în benzile 9p12 și respectiv 9q31.
46, XX, der (5) add (5) (p15.1) del (5) (q13)
46, XX, der (5) (? :: p15.1- "q13 :)
Cromozomul derivat 5 cu material suplimentar de origine necunoscută atașat la banda 5p15.1 și o deleție terminală a brațului lung distal de banda 5q13.

Cromozomi dicentrici. Simbolul matriței este folosit pentru a descrie cromozomii dicentrici. Un cromozom dicentric înlocuiește unul sau doi cromozomi normali. Astfel, nu este necesar să se indice cromozomii normali lipsă.
45, XX, dic (13; 13) (q14; q32)
45, XX, dic (13; 13) (13pter-> 13ql4 :: 13q32- "13pter)
Ruptura și reunificarea au avut loc în benzile 13ql4 și 13q32 pe doi cromozomi omologi 13, rezultând în formarea unui cromozom dicentric.

Duplicații. Duplicările sunt notate cu simbolul dup; pot fi drepte și inversate.
46, XX, dup (1) (q22q25)
46, XX, dup (1) (pter-> q25 :: q22-> qter)
Duplicarea directă a unui segment între benzile lq22 și lq25.
46, XY, dup (1) (q25q22)
46, XY, dup (1) (pter-> q25 :: q25-> q22 :: q25-> qter) sau (pter-> q22 :: q25- "q22 :: q22-> qter)
Duplicarea inversată a segmentului între benzile lq22 și lq25. Trebuie remarcat faptul că doar un sistem detaliat face posibilă descrierea duplicării inversate.

Inversiuni. Simbolul inv este folosit pentru a descrie inversiunile para- și pericentrice.
46, XX, inv (3) (q21q26.2)
46, XX, inv (3) (pter-> q21 :: q26.2-> q21 :: q26.2-> qter)
Inversia paracentrică, în care ruptura și reunificarea s-au produs în benzile 3q21 și 3q26.2 ale brațului lung al cromozomului 3.
46, XY, inv (3) (p13q21)
46, XY, inv (3) (pter- "pl3 :: q21-> p13 :: q21-> qter)
Inversia pericentrică, în care s-a produs ruptură și reunificare între banda 3p13 a brațului scurt și banda 3q21 a brațului lung al cromozomului 3. Regiunea dintre aceste benzi, inclusiv centromerul, este inversată cu 180 °.

Inserții. Simbolul ins este utilizat pentru a indica inserția directă sau inversată. O inserție este considerată dreaptă atunci când capătul proximal al regiunii de inserție este în poziția proximală față de cel de-al doilea capăt al acestuia. Inserția inversată plasează capătul proximal al locului de inserție într-o poziție distală. Tipul de inserție (direct sau inversat) poate fi reprezentat și prin dir, respectiv inv.
46, XX, ins (2) (pl3q21q31)
46, XX, ins (2) (pter-> p13 :: q31-> q21 :: pl3- "q21 :: q31-qter)
Inserarea directă, adică dir ins (2) (p13q21q31), a avut loc între segmentele 2q21 și 2q31 ale brațului lung și segmentul 2p13 al brațului scurt al cromozomului 2. Secțiunea cromozomială a brațului lung între segmentele 2q21 și 2q31 este inserată în braț scurt în regiunea segmentului 2p13. În noua poziție, segmentul 2q21 rămâne mai aproape de centromer decât segmentul 2q31.
46, XY, ins (2) (pl3q31q21)
46, XY, ins (2) (pterH> pl3 :: q21-> q31 :: pl3-> q21 :: q31- "qter)
În acest caz, regiunea inserată este inversată, adică inv ins (2) (p13q31q21). În inserție, segmentul 2q21 este mai departe de centromer decât segmentul 2q31. Astfel, localizarea segmentelor în raport cu centromerul s-a schimbat.

Izocromozomi. Simbolul i este folosit pentru a descrie izocromozomii, care sunt cromozomi alcătuiti din două brațe identice. Punctele de rupere din izocromozomi sunt localizate în regiunile centromerice p10 și q10.
46, XX, i (17) (q10)
46, XX, i (17) (qter- "q10 :: q10 -> qter)
Izocromozomul de-a lungul brațului lung al cromozomului 17 și punctul de rupere sunt indicate la 17q10. Cariotipul are un cromozom normal și un cromozom 17 rearanjat.
46, X, i (X) (q10)
46, X, i (X) (qter- "q10 :: q10-> qter)
Un cromozom X normal și un izocromozom X de-a lungul brațului lung.

Siturile fragile (fra) se pot manifesta ca polimorfism normal și pot fi asociate cu boli ereditare sau anomalii fenotipice.
46, X, fra (X) (q27.3)
O regiune fragilă în sub-banda Xq27.3 a unuia dintre cromozomii X din cariotipul feminin.
46, Y, fra (X) (q27.3)
O regiune fragilă în sub-banda Xq27.3 a cromozomului X din cariotipul masculin.

Un cromozom marker (etichetă) este un cromozom modificat structural, a cărui parte nu poate fi identificată. Dacă se identifică o parte a cromozomului anormal, aceasta este descrisă ca un cromozom derivat (der). Când se descrie un cariotip, un semn (+) este plasat în fața simbolului mar.
47, XX, + mar
Un cromozom marker suplimentar.
48, X, t (X; 18) (p11.2; q11.2) + 2mar
Două cromozomi markeri în plus față de translocația t (X; 18).

Cromozomii inelari sunt notati cu simbolul r, pot consta din unul sau mai multi cromozomi.
46, XX, r (7) (p22q36)
46, XX, r (7) (:: p22-> q36: :)
Ruptura și reunificarea au avut loc în segmentele 7p22 și 7q36 cu pierderea regiunilor cromozomiale situate distal față de aceste puncte de rupere.
Dacă centromerul cromozomului inelar este necunoscut, dar segmentele cromozomilor conținuți în inel sunt cunoscute, cromozomii inelari sunt definiți ca derivați (der).
46, XX, der (1) r (1; 3) (p36.1q23; q21q27)
46, XX, der (1) (:: lp36.1-> 1q23 :: 3q21-> 3q27: :)

Translocații. Translocații reciproce
Pentru a descrie translocațiile (t), se utilizează aceleași principii și reguli ca și pentru descrierea altor rearanjări cromozomiale. Pentru a distinge cromozomii omologi, unul dintre omologi poate fi subliniat cu un singur subliniat (_).
46, XY, t (2; 5) (q21; q31)
46, XY, t (2; 5) (2pter2q21 :: 5q31-> 5qter; 5pter 5q31 :: 2q21-> 2qter)
Despărțirea și reunirea au avut loc în segmentele 2q21 și 5q31. Cromozomii au schimbat regiuni distale de aceste segmente. Mai întâi este indicat cromozomul cu un număr de serie mai mic.
46, X, t (X; 13) (q27; ql2)
46, X, t (X; 13) (Xpter-> Xq27 :: 13ql2-> 13qter; 13pter-> 3q 12 :: Xq27-> Xqter)
Despărțirea și reunirea au avut loc în segmentele Xq27 și 13q12. Segmentele distale de aceste site-uri au fost inversate. Deoarece cromozomul sexual este implicat în translocație, acesta este înregistrat mai întâi. Rețineți că notația corectă este următoarea - 46, X, t (X; 13), nu 46, XX, t (X; 13).
46, t (X; Y) (q22; q1, 1.2)
46, t (X; Y) (Xpter-> Xq22 :: Yq11.2-> Yqter; Ypter-> Yq11.2 :: Xq22-> Xqter)
Translocare reciprocă între cromozomii X și Y cu puncte de rupere Xq22 și Yq11.
Translocațiile care implică brațe cromozomiale întregi pot fi înregistrate indicând puncte de rupere în regiunile centromerice p10 și q10. În translocații echilibrate, punctul de rupere în cromozomul sexual sau în cromozomul cu un număr de serie mai mic este desemnat p10.
46, XY, t (4; 3) (p10; q10)
46, XY, t (1; 3) (lpteMlpl0 :: 3ql0-> 3qter; 3pter-> 3p40 :: 4q40-> 4qter)
Translocarea reciprocă a brațelor întregi ale cromozomului, în care brațele scurte ale cromozomului 1 se alătură centromerului cu brațele lungi ale cromozomului 3, iar brațele lungi ale cromozomului 1 se alătură brațelor scurte ale cromozomului 3.
În cazul translocațiilor dezechilibrate ale brațelor cromozomiale întregi, cromozomul rearanjat este desemnat ca derivat (der) și înlocuiește doi cromozomi normali.
45, XX, der (1; 3) (p10; q10)
45, XX, der (1; 3) (1pter-> 1p10 :: 3q10-> 3qter)

Un cromozom derivat, format dintr-un braț scurt al cromozomului 1 și un braț lung al cromozomului 3. Cromozomii lipsă 1 și 3 nu sunt etichetați deoarece au fost înlocuiți cu un cromozom derivat. Cariotipul conține astfel un cromozom normal 1, un cromozom normal 3 și un derivat cromozom der (l; 3).

Translocații robertsoniene
Acesta este un tip special de translocație rezultat din fuziunea centrică a brațelor lungi ale cromozomilor acrocentrici 13-15 și 21-22 cu pierderea simultană a brațelor scurte ale acestor cromozomi. Principiile descrierii translocațiilor dezechilibrate care implică umeri întregi se aplică și descrierii translocațiilor robertsoniene folosind simbolul (der). Simbolul rob poate fi folosit și pentru a descrie aceste translocații, dar nu poate fi folosit pentru a descrie anomaliile dobândite. Punctele de rupere ale cromozomilor implicați în translocație sunt indicate în regiunile q10.
45, XX, der (13; 21) (q10; q10)
45, XX, rob (13; 21) (q10; q10)

Pauza și reunirea au avut loc în segmentele 13q10 și 21q10 din regiunile centromerice ale cromozomilor 13 și 21. Cromozomul derivat a înlocuit un cromozom 13 și un cromozom 21. Nu este necesar să se indice cromozomii lipsă. Cariotipul conține un cromozom normal 13, un cromozom normal 21 și der (13; 21). Dezechilibrul apare din cauza pierderii brațelor scurte ale cromozomilor 13 și 21.

CAPITOLUL 16 ONTOGENEZA SISTEMULUI DE REPRODUCERE ȘI TULBURĂRILE LUI

CAPITOLUL 17 SĂNĂTATE, MARFĂ GENETICĂ ȘI PATOLOGIE EREDITARĂ

CAPITOLUL 18 METODE ALE PRIMEI ETAPE DE DIAGNOSTIC A PATOLOGIEI EREDITARE

CAPITOLUL 19 METODE A doua etapă a diagnosticării patologiei ereditare

PARTEA 3. BOLI MOLECULARE CU MOȘTENIRE TRADIȚIONALĂ ȘI NECONVENȚIONALĂ. CLASE ȘI NOSOLOGII SEPARATE. PREVENIREA PATOLOGIEI ereditare CAPITOLUL 21 BOLI MONOGENICE

CAPITOLUL 27 EXPANDIREA REPETĂRILOR NUCLEOTIDICE A XILOTULUI DEOXIRIBONUCLEIC ȘI A BOLILOR DE EXPANSIE

CAPITOLUL 5 VARIAȚIA ORGANISMULUI

CAPITOLUL 5 VARIAȚIA ORGANISMULUI

Informații totale

Variabilitatea unui organism este variabilitatea genomului său, care determină diferențele genotipice și fenotipice la oameni și determină diversitatea evolutivă a genotipurilor și fenotipurilor sale (vezi capitolele 2 și 3).

Dezvoltarea intrauterină a embrionului, embrionului, fătului, dezvoltarea ulterioară postnatală a corpului uman (copilărie, copilărie, adolescență, adolescență, maturitate, îmbătrânire și deces) se efectuează în conformitate cu programul genetic al ontogenezei, format prin fuziunea genomele materne și paterne (vezi capitolele 2 și 12).

În cursul ontogenezei, genomul organismului unui individ și informațiile codificate în acesta suferă transformări continue sub influența factorilor de mediu. Modificările genomului pot fi transmise din generație în generație, provocând variabilitatea trăsăturilor și fenotipului organismului la descendenți.

La începutul secolului XX. Zoologul german W. Hacker a identificat direcția geneticii, dedicată studiului conexiunilor și relațiilor dintre genotipuri și fenotipuri și analizei variabilității acestora și a numit-o fenogenetica.

În prezent, fenogenetica distinge două clase de variabilitate: non-ereditară (sau de modificare), care nu este transmisă din generație în generație, și ereditară, care este transmisă din generație în generație.

La rândul său, variabilitatea ereditară poate fi, de asemenea, de două clase: combinativă (recombinare) și mutațională. Variabilitatea primei clase este determinată de trei mecanisme: întâlniri aleatorii de gameți în timpul fertilizării; încrucișare sau recombinare meiotică (schimb de secțiuni egale între cromozomii omologi în profaza primei diviziuni a meiozei); divergența independentă a cromozomilor omologi la polii de diviziune în timpul formării celulelor fiice în timpul mitozei și meiozei. Variabilitatea celui de-al doilea

clasa se datorează mutațiilor punctiforme, cromozomiale și genomice (vezi mai jos).

Să luăm în considerare secvențial diferitele clase și tipuri de variabilitate ale organismului în diferite etape ale dezvoltării sale individuale.

Variabilitatea în timpul fertilizării gametilor și începutul funcționării genomului organismului născut

Genomul matern și cel patern nu pot funcționa separat unul de celălalt.

Doar doi genomi parentali, uniți într-un zigot, asigură apariția vieții moleculare, apariția unei noi stări calitative - una dintre proprietățile materiei biologice.

În fig. 23 prezintă rezultatele interacțiunii a doi genomi parentali în timpul fertilizării gametilor.

Conform formulei de fertilizare: zigot = ou + spermă, începutul dezvoltării zigotului este momentul formării unui dublu (diploid) când se întâlnesc două seturi haploide de gamete parentale. Apoi apare viața moleculară și se lansează un lanț de reacții secvențiale bazate mai întâi pe expresia genelor genotipului zigotului, apoi pe genotipurile celulelor somatice fiice care au apărut din acesta. Genele individuale și grupurile de gene din genotipurile tuturor celulelor corpului încep să „pornească” și „să se oprească” în timpul implementării programului genetic de ontogeneză.

Rolul principal în evenimentele care au loc aparține celulei de ou, care are în nucleu și citoplasmă tot ce este necesar pentru embrion-

Orez. 23. Rezultatele interacțiunii a doi genomi parentali în timpul fertilizării gametelor (cifre de pe www.bio.1september.ru; www.bio.fizteh.ru; respectiv www.vetfac.nsau.edu.ru)

componente structurale și funcționale ale nucleului și citoplasmei (esența matriarhat biologic). Spermatozoidul conține ADN și nu conține componente citoplasmatice. Pătrunzând în ou, ADN-ul spermatozoizilor intră în contact cu ADN-ul său și astfel principalul mecanism molecular care funcționează pe tot parcursul vieții organismului „se aprinde” în zigot: interacțiunea ADN-ADN a doi genomi parentali. Strict vorbind, genotipul este activat, care este reprezentat de părți aproximativ egale ale secvențelor nucleotidice ale ADN-ului de origine maternă și paternă (cu excepția ADN mt al citoplasmei). Să simplificăm cele spuse: începutul vieții moleculare în zigot este o încălcare a constanței mediului intern al oului (homeostazia acestuia), iar întreaga viață moleculară ulterioară a unui organism multicelular este dorința de a restabili homeostazia. sau echilibrul între două stări opuse, care este supus acțiunii factorilor de mediu, sau echilibrul dintre două stări opuse: stabilitatea o parteși variabilitate cu altul. Acestea sunt relațiile cauză-efect care determină apariția și continuitatea vieții moleculare a unui organism în cursul ontogenezei.

Acum să fim atenți la rezultatele și semnificația variabilității genomului organismului ca produs al evoluției. În primul rând, să luăm în considerare problema unicității genotipului zigotului sau celulei progenitoare a tuturor celulelor, țesuturilor, organelor și sistemelor corpului.

Fertilizarea însăși are loc întâmplător: un gamet feminin este fertilizat de un singur gamet mascul din 200-300 milioane spermatozoizi conținuți în ejaculatul unui bărbat. Este evident că fiecare ovul și fiecare spermă se disting între ele prin multe trăsături genotipice și fenotipice: prezența genelor modificate sau nealterate în compoziție și combinații (rezultate ale variabilității combinative), secvențe diferite de secvențe de nucleotide ADN, dimensiuni diferite, forme , activitate funcțională (mobilitate), maturitatea gametilor etc. Aceste diferențe fac posibilă vorbirea despre unicitatea genomului oricărui gamet și, în consecință, genotipul zigotului și al întregului organism: aleatorizarea fertilizării de gameți asigură nașterea unui organism unic genetic al unui individ.

Cu alte cuvinte, viața moleculară a unei persoane (precum și viața unei ființe biologice în general) este un „dar al sorții” sau, dacă doriți, un „dar divin”, deoarece în locul unui individ dat cu la fel

este probabil că s-ar putea naște altele din punct de vedere genetic - frații săi.

Acum vom continua raționamentul nostru despre echilibrul dintre stabilitate și variabilitate a materialului ereditar. În sens larg, menținerea unui astfel de echilibru este păstrarea și schimbarea simultană (transformarea) stabilității materialului ereditar sub influența factorilor de mediu interni (homeostazi) și externi (viteza de reacție). Homeostazia depinde de genotip, datorită fuziunii a doi genomi (vezi Fig. 23). Viteza de reacție este determinată de interacțiunea genotipului cu factorii de mediu.

Rata și intervalul de răspuns

Se numește modul specific în care corpul reacționează ca răspuns la factorii de mediu reacție normală. Genele și genotipul sunt responsabile pentru dezvoltarea și gama de modificări ale trăsăturilor și fenotipurilor individuale ale întregului organism. În același timp, departe de toate posibilitățile genotipului sunt realizate în fenotip, adică fenotip - un caz particular (pentru un individ) al realizării unui genotip în condiții de mediu specifice. Prin urmare, de exemplu, între gemenii monozigoți cu genotipuri complet identice (100% din genele comune), diferențele fenotipice vizibile sunt relevate dacă gemenii cresc în condiții de mediu diferite.

Viteza de reacție este îngustă sau largă. În primul caz, stabilitatea unei trăsături individuale (fenotip) se menține practic indiferent de influența mediului. Exemple de gene cu o viteză de reacție îngustă sau gene nonplastice există gene care codifică sinteza antigenelor grupelor sanguine, a culorii ochilor, a părului creț etc. Acțiunea lor este aceeași în orice condiții externe (compatibile cu viața). În al doilea caz, stabilitatea unei trăsături individuale (fenotip) se schimbă în funcție de influența mediului. Un exemplu de gene cu o rată de răspuns largă sau gene plastice- gene care controlează numărul de celule roșii din sânge (diferit pentru persoanele care urcă în sus și persoanele care merg în jos). Un alt exemplu de viteză largă de reacție este o modificare a culorii pielii (arsuri solare) asociată cu intensitatea și timpul de expunere la radiații ultraviolete pe corp.

Vorbind despre intervalul de reacție, ar trebui să avem în vedere diferențele fenotipice care apar la individ (genotipul său) în funcție de

Condiții de mediu „epuizate” sau „îmbogățite” în care se află corpul. Conform definiției I.I. Schmalhausen (1946), „nu trăsăturile ca atare sunt moștenite, ci norma reacției lor la modificările condițiilor de existență ale organismelor”.

Astfel, norma și intervalul reacției sunt limitele variabilității genotipice și fenotipice ale organismului atunci când condițiile de mediu se schimbă.

De asemenea, trebuie remarcat faptul că dintre factorii interni care influențează manifestarea fenotipică a genelor și genotipului, sexul și vârsta individului au o anumită importanță.

Factorii externi și interni care determină dezvoltarea trăsăturilor și fenotipurilor sunt incluși în cele trei grupe de factori principali indicați în capitol, inclusiv genele și genotipul, mecanismele interacțiunilor intermoleculare (ADN-ADN) și intergenice dintre genomii parentali și factorii de mediu.

Desigur, baza pentru adaptarea unui organism la condițiile de mediu (baza ontogeniei) este genotipul său. În special, indivizii cu genotipuri care nu asigură suprimarea efectelor negative ale genelor patologice și ale factorilor de mediu lasă mai puțini descendenți decât acei indivizi ale căror efecte nedorite sunt suprimate.

Este probabil ca genotipurile organismelor mai viabile să includă gene speciale (gene modificatoare) care suprimă acțiunea genelor „dăunătoare” în așa fel încât în ​​locul lor să devină dominante alelele de tip normal.

VARIABILITATEA NEEREDITARĂ

Vorbind despre variabilitatea non-ereditară a materialului genetic, să considerăm din nou un exemplu de viteză largă de reacție - o schimbare a culorii pielii sub influența radiațiilor ultraviolete. „Arsurile solare” nu se transmit din generație în generație, adică nu moștenit, deși genele plastice sunt implicate în apariția acestuia.

În același mod, rezultatele traumei, modificărilor cicatriciale ale țesuturilor și membranelor mucoase în timpul arsurilor, degerături, otrăviri și multe alte semne cauzate de acțiunea factorilor exclusiv de mediu nu sunt moștenite. În același timp, trebuie subliniat: modificările sau modificările non-ereditare sunt asociate cu cele ereditare

proprietățile naturale ale acestui organism, deoarece acestea sunt formate pe fundalul unui genotip specific în condiții de mediu specifice.

Variabilitate combinativă ereditară

După cum sa menționat la începutul capitolului, pe lângă mecanismul întâlnirilor aleatorii ale gametilor în timpul fertilizării, variabilitatea combinativă include mecanismele de încrucișare în prima diviziune a meiozei și divergența independentă a cromozomilor la polii de diviziune în timpul formării fiicei. celulelor în timpul mitozei și meiozei (vezi capitolul 9).

Trecerea în prima divizie a meiozei

Datorită mecanismului trecere peste legătura genelor cu cromozomul este întreruptă în mod regulat în profaza primei diviziuni a meiozei ca urmare a amestecării (schimbului) de gene de origine paternă și maternă (Fig. 24).

La începutul secolului XX. la deschiderea trecerii peste T.Kh. Morgan și studenții săi au sugerat că încrucișarea între două gene poate apărea nu numai într-una, ci și în două, trei (încrucișare dublă și triplă, respectiv) și mai multe puncte. Suprimarea traversării a fost observată în zonele imediat adiacente punctelor de schimb; această suprimare a fost numită interferență.

În cele din urmă, au calculat: o meioză masculină reprezintă 39 până la 64 de chiasme sau recombinații, iar o meioză feminină reprezintă până la 100 de chiasme.

Orez. 24. Schema de încrucișare în prima diviziune a meiozei (conform Shevchenko V.A. și colab., 2004):

a - cromatide surori ale cromozomilor omologi înainte de apariția meiozei; b - sunt aceleași în timpul pahitenei (spiralizarea lor este vizibilă); c - sunt aceleași în timpul diplotenului și diacinezei (săgețile indică locurile de trecere peste chiasmă sau de schimb de locuri)

Drept urmare, au ajuns la concluzia că legătura genelor cu cromozomii este întreruptă în mod constant în timpul încrucișării.

Factori care afectează trecerea

Traversarea este unul dintre procesele genetice regulate din organism, controlate de multe gene, atât direct, cât și prin starea fiziologică a celulelor în timpul meiozei și chiar al mitozei.

Factorii care afectează trecerea includ:

Sexul homo și heterogametic ( este vorba O trecere mitotică peste la bărbați și femele cu eucariote precum Drosophila și viermi de mătase); deci, în Drosophila, trecerea are loc normal; la viermele de mătase, este fie, de asemenea, normal sau absent; la om, trebuie acordată atenție sexului mixt („al treilea”) și în mod specific rolului de trecere în caz de anomalii în dezvoltarea sexului în hermafroditismul masculin și feminin (vezi Capitolul 16);

Structura cromatinei; frecvența încrucișării în diferite părți ale cromozomilor este influențată de distribuția regiunilor heterocromatice (părți pericentromere și telomerice) și a eucromatinei; în special, în regiunile pericentromerice și telomerice, frecvența încrucișării este redusă, iar distanța dintre gene, determinată de frecvența încrucișării, poate să nu corespundă cu cea reală;

Starea funcțională a corpului; odată cu înaintarea în vârstă, gradul de spiralizare a cromozomilor și rata diviziunii celulare se modifică;

Genotip; conține gene care cresc sau scad frecvența încrucișării; „Inhibitorii” acestora din urmă sunt rearanjări cromozomiale (inversiuni și translocații), care împiedică conjugarea normală a cromozomilor în zigoten;

Factori exogeni: expunerea la temperatură, radiații ionizante și soluții concentrate de sare, mutageni chimici, medicamente și hormoni, de regulă, cresc frecvența de trecere.

Frecvența traversării meiotice și mitotice și SCO este uneori evaluată în funcție de efectul mutagen al medicamentelor, cancerigenilor, antibioticelor și altor compuși chimici.

Trecere inegală

În cazuri rare, în timpul încrucișării, se observă pauze în punctele asimetrice ale cromatidelor surori și se schimbă

sunt inegale între ele - acestea sunt trecere inegală peste.

În același timp, au fost descrise cazuri când conjugarea mitotică (asocierea incorectă) a cromozomilor omologi este observată în timpul mitozei și recombinarea are loc între cromatidele non-surori. Acest fenomen se numește conversia genelor.

Importanța acestui mecanism poate fi greu supraestimată. De exemplu, ca rezultat al împerecherii incorecte a cromozomilor omologi în repetări de flancare, poate apărea duplicarea (duplicarea) sau pierderea (ștergerea) regiunii cromozomiale care conține gena PMP22, ceea ce va duce la dezvoltarea neuropatiei motor-senzoriale ereditare autozomale dominante Charcot-Marie-Toes.

Trecerea inegală este unul dintre mecanismele mutației. De exemplu, proteina periferică mielină este codificată de gena PMP22 localizată pe cromozomul 17 și având o lungime de aproximativ 1,5 milioane bp. Această genă este flancată de două repetări omoloage de aproximativ 30 kbp. (repetările sunt situate pe flancurile genei).

Mai ales multe mutații ca rezultat al încrucișării inegale apar în pseudogene. Apoi fie un fragment dintr-o alelă este transferat către o altă alelă, fie un fragment dintr-o pseudogenă este transferat pe o genă. De exemplu, o mutație similară se observă atunci când secvența pseudogenă este transferată la gena 21-hidroxilază (CYP21B) în sindromul adrenogenital sau hiperplazia suprarenală congenitală (vezi capitolele 14 și 22).

În plus, datorită recombinărilor în timpul încrucișării inegale, se pot forma multiple forme alelice ale genelor care codifică antigene HLA clasa I.

Divergența independentă a cromozomilor omologi la polii de diviziune în timpul formării celulelor fiice în timpul mitozei și meiozei

Datorită procesului de replicare care precede mitoza celulei somatice, numărul total de secvențe de nucleotide ADN se dublează. Formarea unei perechi de cromozomi omologi are loc din doi cromozomi paterni și doi materni. Când acești patru cromozomi sunt distribuiți în două celule fiice, fiecare dintre celule va primi un cromozom patern și unul matern (pentru fiecare pereche a setului de cromozomi), dar care dintre cele două, prima sau a doua, nu este cunoscută. Se întâmplă

natura aleatorie a distribuției cromozomilor omologi. Este ușor de calculat: datorită diverselor combinații de 23 de perechi de cromozomi, numărul total de celule fiice va fi de 2 23, sau mai mult de 8 milioane (8 x 10 6) variante de combinații de cromozomi și gene situate pe ele. În consecință, cu o distribuție aleatorie a cromozomilor în celulele fiice, fiecare dintre ele va avea propriul său cariotip și genotip (versiunea proprie a combinației de cromozomi și, respectiv, genele legate de acestea). Trebuie remarcată și posibilitatea unei variante patologice a distribuției cromozomilor în celulele fiice. De exemplu, intrarea într-una dintre cele două celule fiice ale unei singure (de origine paternă sau maternă) cromozomul X va duce la monozomie (sindromul Shereshevsky-Turner, cariotipul 45, XO), lovirea a trei autozomi identici va duce la trisomie (sindromul Down , 47, XY, + 21; Patau, 47, XX, + 13 și Edwads, 47, XX, + 18; vezi și capitolul 2).

După cum sa menționat în capitolul 5, doi cromozomi paterni sau doi materni pot intra simultan într-o celulă fiică - aceasta este o izodisomie uniparentală pentru o pereche specifică de cromozomi: sindroame Silver-Russell (doi cromozomi materni 7), Beckwitt-Wiedemann (doi cromozomi paterni 11) ), Angelman (doi cromozomi paterni 15), Prader-Willi (doi cromozomi materni 15). În general, volumul tulburărilor de distribuție a cromozomilor atinge 1% din toate tulburările cromozomiale la om. Aceste încălcări au o mare importanță evolutivă, deoarece creează o diversitate a populației de cariotipuri, genotipuri și fenotipuri umane. Mai mult, fiecare variantă patologică este un produs unic al evoluției.

Ca urmare a celei de-a doua diviziuni meiotice, se formează 4 celule fiice. Fiecare dintre ei va primi unul dintre cromozomii materni sau paterni din toți cei 23 de cromozomi.

Pentru a evita posibilele erori în calculele noastre ulterioare, să o luăm ca o regulă: ca urmare a celei de-a doua diviziuni meiotice, se formează, de asemenea, 8 milioane de variante de gameți masculi și 8 milioane de variante. gameti feminini... Apoi, răspunsul la întrebare, care este volumul total al variantelor de combinații de cromozomi și gene localizate pe ele atunci când se întâlnesc doi gameți, este după cum urmează: 2 46 sau 64 χ 10 12, adică 64 trilioane.

Formarea unui astfel de număr (teoretic posibil) de genotipuri atunci când doi gameți se întâlnesc explică în mod clar semnificația eterogenității genotipurilor.

Semnificația variabilității combinative

Variabilitatea combinativă este importantă nu numai pentru eterogenitatea și unicitatea materialului ereditar, ci și pentru refacerea (repararea) stabilității moleculei de ADN în cazul deteriorării ambelor fire. Un exemplu este formarea unui decalaj ADN monocatenar opus unei leziuni nereparate. Decalajul care a apărut nu poate fi corectat fără erori fără implicarea unui fir normal de ADN în reparație.

Variabilitatea mutațională

Împreună cu unicitatea și eterogenitatea genotipurilor și fenotipurilor ca urmare a variabilității combinative, variabilitatea mutațională ereditară și heterogenitatea genetică rezultată aduc o contribuție imensă la variabilitatea genomului și fenomului uman.

Variațiile secvențelor de nucleotide ADN pot fi împărțite în mod convențional în mutații și polimorfism genetic (vezi capitolul 2). În același timp, dacă eterogenitatea genotipurilor este caracteristică constantă (normală) a variabilității genomului, atunci variabilitatea mutațională- aceasta este, de regulă, patologia sa.

Variabilitatea patologică a genomului este evidențiată, de exemplu, prin încrucișarea inegală, divergența incorectă a cromozomilor la polii de diviziune în timpul formării celulelor fiice și prezența compușilor genetici și a seriilor alelice. Cu alte cuvinte, variabilitatea ereditară combinativă și mutațională se manifestă la om prin diversitatea genotipică și fenotipică semnificativă.

Să clarificăm terminologia și să luăm în considerare întrebările generale ale teoriei mutațiilor.

ÎNTREBĂRI GENERALE DE TEORIE A MUTAȚIEI

Mutaţie există o schimbare în organizarea structurală, cantitatea și / sau funcționarea materialului ereditar și a proteinelor sintetizate de acesta. Acest concept a fost propus pentru prima dată de Hugo de Vries

în 1901-1903 în lucrarea sa „Teoria mutațiilor”, unde a descris principalele proprietăți ale mutațiilor. Ei:

Hai brusc;

Transmis din generație în generație;

Moștenit în funcție de tipul dominant (manifestat în heterozigoți și homozigoti) și de tip recesiv (manifestat în homozigoți);

Nu au nicio direcție („mutează” orice locus, provocând modificări minore sau afectând semnele vitale);

Prin manifestare fenotipică, acestea sunt dăunătoare (cele mai multe mutații), utile (extrem de rare) sau indiferente;

Ele apar în celulele somatice și germinale.

În plus, aceleași mutații pot apărea în mod repetat.

Procesul de mutație sau mutageneză, este un proces continuu de formare a mutațiilor sub influența mutagenilor - factori de mediu care afectează materialul ereditar.

Primul teoria mutagenezei continue propus în 1889 de omul de știință rus de la Universitatea din Sankt Petersburg S.I. Korzhinsky în cartea sa Heterogeneza și evoluția.

După cum se crede în mod obișnuit în prezent, mutațiile se pot manifesta spontan, fără motive externe aparente, dar sub influența condițiilor interne din celulă și corp, acestea sunt mutații spontane sau mutageneză spontană.

Mutațiile provocate artificial de acțiunea factorilor externi de natură fizică, chimică sau biologică sunt mutații induse sau mutageneză indusă.

Cele mai frecvente mutații sunt numite mutații majore(de exemplu, mutații ale genelor de distrofie musculară Duchenne-Becker, fibroză chistică, anemie cu celule secera, fenilcetonurie etc.). Kituri comerciale au fost create acum pentru a identifica automat cele mai importante dintre ele.

Mutațiile nou apărute se numesc mutații noi sau mutații de novo. De exemplu, acestea includ mutații care stau la baza unui număr de boli autosomale dominante, cum ar fi acondroplazia (10% din cazuri sunt familiale), neurofibromatoza de tip I Recklinghausen (50-70% sunt familiale), boala Alzheimer și coreea Huntington.

Mutațiile de la starea normală a unei gene (trăsătură) la o stare patologică sunt numite Drept.

Mutațiile de la o stare patologică a unei gene (trăsătură) la o stare normală se numesc inversă sau reversiuni.

Capacitatea de a inversa a fost stabilită pentru prima dată în 1935 de N.V. Timofeev-Ressovsky.

Mutațiile ulterioare ale unei gene care suprimă fenotipul mutant primar sunt numite supresiv. Suprimarea poate fi intragenic(restabilește activitatea funcțională a proteinei; aminoacidul nu corespunde celei inițiale, adică nu există reversibilitate adevărată) și extragenos(structura ARNt se schimbă, în urma căreia ARNm mutant include un aminoacid diferit în polipeptidă în locul celui codificat de tripletul defect).

Mutațiile din celulele somatice sunt numite mutații somatice. Ele formează clone celulare patologice (un set de celule patologice) și, în cazul prezenței simultane a celulelor normale și patologice în organism, duc la mozaicismul celular (de exemplu, în osteodistrofia ereditară a lui Albright, expresivitatea bolii depinde de numărul de celule anormale).

Mutațiile somatice pot fi familiale sau sporadice (nefamiliare). Ele stau la baza dezvoltării neoplasmelor maligne și a proceselor de îmbătrânire prematură.

Anterior se considera o axiomă că mutațiile somatice nu sunt moștenite. În ultimii ani, s-a dovedit transmiterea de la generație la generație a predispoziției ereditare a 90% din formele multifactoriale și 10% din formele monogene de cancer, manifestate prin mutații în celulele somatice.

Mutațiile din celulele germinale sunt numite mutații germinale. Se crede că sunt mai puțin frecvente decât mutațiile somatice, stau la baza tuturor bolilor ereditare și a unor boli congenitale, se transmit de la generație la generație și pot fi, de asemenea, familiale și sporadice. Cea mai studiată zonă a mutagenezei generale este cea fizică și, în special, mutageneza radiației. Orice sursă de radiații ionizante dăunează sănătății umane; de ​​regulă, au efecte mutagene, teratogene și cancerigene puternice. Efectul mutagen al unei doze unice de radiații este mult mai mare decât cel al radiațiilor cronice; o doză de radiații de 10 rad dublează rata mutației la om. S-a dovedit că radiațiile ionizante pot provoca mutații care duc la

la boli ereditare (congenitale) și oncologice și ultraviolete - pentru a induce erori de replicare a ADN-ului.

Cel mai mare pericol este mutageneză chimică. Există aproximativ 7 milioane de compuși chimici în lume. În economia națională, în producție și în viața de zi cu zi, aproximativ 50-60 de mii de substanțe chimice sunt utilizate în mod constant. Aproximativ o mie de compuși noi sunt introduși în practică în fiecare an. Dintre aceștia, 10% sunt capabili să inducă mutații. Acestea sunt erbicide și pesticide (proporția de mutageni dintre ele ajunge la 50%), precum și o serie de medicamente (unele antibiotice, hormoni sintetici, citostatice etc.).

Incă mai este mutageneză biologică. Mutagenii biologici includ: proteine ​​străine ale vaccinurilor și serurilor, viruși (varicela, rubeolă, poliomielită, herpes simplex, SIDA, encefalită) și ADN, factori exogeni (nutriție inadecvată a proteinelor), compuși histaminici și derivații săi, hormoni steroizi (factori endogeni) . Sporiți acțiunea mutagenilor externi comutageni(toxine).

În istoria geneticii, există multe exemple de importanță a relațiilor dintre gene și trăsături. Una dintre ele este clasificarea mutațiilor în funcție de efectul lor fenotipic.

Clasificarea mutațiilor în funcție de efectul lor fenotipic

Această clasificare a mutațiilor a fost propusă pentru prima dată în 1932 de G. Möller. Conform clasificării, au fost alocate următoarele:

Mutații amorfe. Aceasta este o afecțiune în care nu apare o trăsătură controlată de o alelă patologică, deoarece alela patologică este inactivă în comparație cu alela normală. Aceste mutații includ gena albinismului (11q14.1) și aproximativ 3000 de boli autozomale recesive;

Mutații antimorfe. În acest caz, semnificația trăsăturii controlate de alela patologică este opusă valorii trăsăturii controlate de alela normală. Aceste mutații includ gene de aproximativ 5-6 mii de boli autozomale dominante;

Mutații hipermorfe. În cazul unei astfel de mutații, trăsătura controlată de alela patologică este mai pronunțată decât trăsătura controlată de alela normală. Exemplu - goethe-

purtători rozigoti de gene pentru boli de instabilitate a genomului (vezi capitolul 10). Numărul lor este de aproximativ 3% din populația lumii (aproape 195 de milioane de oameni), iar numărul bolilor în sine ajunge la 100 de nosologii. Printre aceste boli: anemia Fanconi, ataxiateleangiectazia, xeroderma pigmentară, sindromul Bloom, sindroamele progeroide, multe forme de cancer etc. În plus, frecvența cancerului la purtătorii heterozigoți ai genelor acestor boli este de 3-5 ori mai mare decât în ​​normă , și la pacienții înșiși (homozigoti pentru aceste gene) frecvența cancerului este de zece ori mai mare decât în ​​mod normal.

Mutații hipomorfe. Aceasta este o condiție în care expresia unei trăsături controlate de o alelă patologică este slăbită în comparație cu o trăsătură controlată de o alelă normală. Aceste mutații includ mutații în gene pentru sinteza pigmenților (1q31; 6p21.2; 7p15-q13; 8q12.1; 17p13.3; 17q25; 19q13; Xp21.2; Xp21.3; Xp22), precum și altele peste 3000 de forme de boli autozomale recesive.

Mutații neomorfe. O astfel de mutație se spune atunci când o trăsătură controlată de o alelă patologică va avea o calitate diferită (nouă) în comparație cu o trăsătură controlată de o alelă normală. Exemplu: sinteza de noi imunoglobuline ca răspuns la penetrarea antigenilor străini în organism.

Vorbind despre semnificația durabilă a clasificării lui G. Möller, trebuie remarcat faptul că, la 60 de ani de la publicare, efectele fenotipice ale mutațiilor punctuale au fost împărțite în diferite clase, în funcție de efectul lor asupra structurii produsului proteic al genei și / sau nivelul expresiei sale.

În special, laureatul Nobel Victor McCusick (1992) a izolat mutații care schimbă secvența aminoacizilor dintr-o proteină. S-a dovedit că sunt responsabili pentru manifestarea a 50-60% din cazurile de boli monogene, iar restul mutațiilor (40-50% din cazuri) reprezintă ponderea mutațiilor care afectează expresia genelor.

O modificare a compoziției de aminoacizi a proteinei se manifestă printr-un fenotip patologic, de exemplu, în cazurile de methemoglobinemie sau anemie cu celule secerice cauzate de mutații ale genei betaglobinei. La rândul lor, s-au izolat mutații care afectează expresia normală a genei. Acestea duc la o schimbare a cantității de produs genetic și se manifestă prin fenotipuri asociate cu o deficiență a unei anumite proteine, de exemplu,

în cazuri anemie hemolitică, cauzate de mutații ale genelor localizate pe autozomi: 9q34.3 (deficit de adenilat kinază); 12p13.1 (deficit de trioză fosfat izomerază); 21q22.2 (deficit de fosfofructokinază).

Clasificarea mutațiilor de W. McCusick (1992) este, desigur, o nouă generație de clasificări. În același timp, în ajunul publicării sale, clasificarea mutațiilor în funcție de nivelul de organizare a materialului ereditar a fost larg recunoscută.

Clasificarea mutațiilor în funcție de nivelul de organizare a materialului ereditar

Clasificarea include următoarele.

Mutații punctuale(încălcarea structurii genei în diferite puncte).

Strict vorbind, mutațiile punctuale includ modificări ale nucleotidelor (bazelor) unei gene, ducând la o schimbare a cantității și calității produselor proteice sintetizate de acestea. Modificările bazei sunt substituțiile, inserțiile, mișcările sau ștergerile lor, care pot fi explicate prin mutații în regiunile de reglare ale genelor (promotor, situsul de poliadenilare), precum și în regiunile de codificare și necodificare ale genelor (exoni și introni, situsuri de îmbinare) . Substituțiile de bază dau naștere la trei tipuri de codoni mutanți: mutații fără sens, mutații neutre și mutații fără sens.

Mutațiile punctuale sunt moștenite ca simple trăsături mendeliene. Sunt frecvente: 1 caz la 200-2000 de nașteri este hemocromatoza primară, cancerul de colon non-polipoză, sindromul Martin-Bell și fibroza chistică.

Mutațiile punctuale, care sunt extrem de rare (1: 1.500.000), sunt imunodeficiență combinată severă (SCID) care rezultă din deficit de adenozină deaminază. Uneori, mutațiile punctuale se formează nu atunci când sunt expuse la mutageni, ci ca erori în replicarea ADN-ului. Mai mult, frecvența lor nu depășește 1:10 5 -1: 10 10, deoarece sunt corectate cu ajutorul sistemelor de reparare a celulelor de aproape

Mutații structurale sau aberații cromozomiale (perturbă structura cromozomilor și conduc la formarea de noi grupe de legături de gene). Acestea sunt ștergeri (pierderi), duplicări (dublări), translocații (deplasări), inversiuni (rotație la 180 °) sau inserții (inserții) de material ereditar. Astfel de mutații sunt caracteristice

celule (inclusiv celule stem). Frecvența lor este de 1 din 1700 de divizii celulare.

Sunt cunoscute o serie de sindroame asociate cu mutații structurale. Cele mai cunoscute exemple: sindromul „strigăt de pisică” (cariotip: 46, XX, 5p-), sindromul Wolf-Hirschhorn (46, XX, 4p-), formă de translocație a sindromului Down (cariotip: 47, XY, t (14; 21)).

Un alt exemplu este leucemia. Cu ele, exprimarea genelor este perturbată ca urmare a așa-numitei separări (translocație între partea structurală a genei și regiunea promotorului ei) și, prin urmare, sinteza proteinelor este perturbată.

Genomică(numeric) mutații- încălcarea numărului de cromozomi sau a părților acestora (duce la apariția de noi genomi sau a părților lor prin adăugarea sau pierderea cromozomilor întregi sau a părților lor). Originea acestor mutații se datorează nondisjunctiunii cromozomilor în timpul mitozei sau meiozei.

În primul caz, acestea sunt aneuploide, tetraploide cu citoplasmă nedivizată, poliploide cu 6, 8, 10 perechi de cromozomi și multe altele.

În al doilea caz, aceasta este nediviziunea cromozomilor împerecheați implicați în formarea gametilor (monozomie, trisomie) sau fertilizarea unui ou de către doi spermatozoizi (dispermie sau embrion triploid).

Exemplele lor tipice au fost deja citate de mai multe ori - acesta este sindromul Shereshevsky-Turner (45, XO), sindromul Klinefelter (47, XXY), trisomia regulată în sindromul Down (47, XX, +21).