Что такое хромосомы

Весь генетический материал хранится в хромосомах. Это структуры в ядре клетки, в которых сосредоточена большая часть наследственной информации. Хромосомы предназначены для хранения, реализации и передачи генетического материала. Совокупность структурных и количественных особенностей полного набора хромосом называется кариотипом.

Набор хромосом может быть:

• диплоидным – 46 хромосом (соматические клетки) – 2n; иначе аутосомы (22 пары);
• гаплоидным – 23 хромосомы (половые клетки) – n; 1 пара (XX/XY).

Примечательно, что количество хромосом не влияет на степень организации живого организма. Так, наибольшее количество хромосом несет папоротник, но это не делает его «уникальным».

• муравей – 2

• папоротник – 1260

• собака – 78

• кошка – 32

• ёж – 96

• корова – 120

Хромосома – это молекула ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и гистоновые белки. Хромосома имеет короткое (p) и длинное (q) плечо, а также характеризуется полосатой структурой. В зависимости от длины плеча выделяют хромосомы:

• метацентрические – равноплечные (1, 2, 3, 19, 19, 20);
• субметацентрические – незначительные отклонения (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 16, 17, 18);
• акроцентрические – неравноплечные (13, 14, 15, 21, 22).

Для обозначения места «поломки» разработана специальная пропись.

номер хромосомы-плечо-номер участка-номер полосы

Правильная трактовка записи невозможна без понимания значения «говорящих» и «молчащих» участков. Итак, весь хромосомный материал состоит из нуклеотидов. Наиболее важные из них:

• Эухроматин – «работающий» или «говорящий» участок.
• Гетерохроматин – «молчащий». Гетерохроматины решают, будет считываться информация с эухроматина либо нет.

Функции хромосом

• Структура хромосомы дает понять, для чего, собственно, нужны эти структуры:
• Хранение наследственной информации;
• Использование наследственной информации для создания и поддержания клеточной организации;
• Самовоспроизведение генетического материала;
• Передача генетического материала от материнской клетки дочерним.

Функции хромосом в полной мере реализуются в процессе клеточного деления, которое протекает двумя путями. Для соматических клеток это митоз, а для половых – мейоз.

Деление соматических клеток

Соматические клетки делятся простым деление надвое. Митоз протекает в несколько стадий (фаз):

• Интерфаза – хромосомы представляют собой клубок длинных хроматиновых нитей.
• Профаза – происходит конденсация хромосом, распадается ядерная оболочка, формируются два полюса веретена деления.
• Метафаза – хромосомы максимально конденсируются и выстраиваются вдоль экватора.
• Анафаза – сестринские хроматиды разделяются и расходятся к полюсам.

Телофаза и цитогенез – хромосомы деконденсируются, образуется ядерная оболочка и ядрышки, клеточные органеллы распределяются по полюсам.

Мейоз протекает аналогично. Только в результате деления образуются 4 дочерние клетки с гаплоидным набором хромосом. Кроме того, при мейотическом делении 2 гомологичные хромосомы обмениваются схожими участками (кроссинговер), обеспечивая тем самым разнообразие фенотипических признаков.

На частоту кроссинговера влияют мутации и хромосомные болезни. Последние могут быть:

1. Числовыми:

• Болезни, обусловленные числовыми аномалиями половых хромосом (болезни Шерешевского-Тернера, Клайнфельтера);
• Болезни, обусловленные числовыми аномалиями аутосом (синдромы Дауна, Патау);
• Болезни, обусловленные увеличением кратности полного гаплоидного набора хромосом (триплоидия, тетраплоидия).

2. Структурными:

• инверсия – переворот участка на 180°;
• транслокация – перенос генетического материала;
• делеция – утрата части хромосомы;
• изохромосома – одинаковые плечи;
• кольцевая хромосома – концевые участки одной хромосомы соединены.

Хромосомные болезни

По этиологии

Числовые изменения

• болезни, обусловленные числовыми аномалиями половых (Х и Y) хромосом (болезни Шерешевского-Тернера, Клайнфельтера)
• болезни, обусловленные числовыми аномалиями аутосом (синдромы Дауна, Патау, Эдвардса)
• болезни, обусловленные увеличением кратности полного гаплоидного набора хромосом – полиплодии (триплоидия, тетраплоидия и т.д.) – 2n, 3n, 4n и т.д.

Структурные нарушения

Определение типа клеток, в которых возникла мутация (в гаметах или зиготе):

• гаметические мутации
• соматические мутации (например, транслокации между 9 и 22 хромосомами приводят к миелолейкозу)

Время возникновения мутации (в поколении):

• спорадические случаи
• наследуемые (семейные) формы

По количеству поражённых клеток:

• полные – 47, ХХ +21
• мозаичные – 47, ХХ +21/46, ХХ

Синдром Дауна

• плоское лицо
• брахицефалия
• кожная складка на шее у новорожденных
• эпикант (вертикальная кожная складка, прикрывающая медиальный угол глазной щели)
• гиперподвижность суставов
• мышечная гипотония
• брахидактилия
• открытый рот (в связи с низким тонусом мышц и особым строением нёба)
• плоская переносица
• бороздчатый язык
• поперечная ладонная складка (называемая также «обезьяньей»)
• короткая широкая шея
• врождённый порок сердца
• короткий нос
• деформация грудной клетки (килевидная или воронкообразная)

Синдром Патау

• микроцефалия
• ВПР головного мозга
• аномалии глаз
• расщелина губы и нёба
• полидактилия
• кисты почек
• незавершенный поворот
• кишечника
• флексорное положение кистей
• аномалии половых органов
• пупочная грыжа

Синдром Клайнфельтера

• высокий рост (пик прибавки роста в 5–8 лет)
• высокая талия
• гинекомастия
• скудная растительность (или полное ее отсутствие)
• рост волос на лобке по женскому типу
• волосы на груди и других частях тела отсутствуют
• маленький объем яичек и их плотная консистенция

Синдром Шерешевского-Тернера

• низкорослость
• лимфостаз (отек) рук и ног новорожденного
• бочкообразная грудная клетка
• укорочение шеи
• низкая линия роста волос на затылке
• низко посаженные уши, деформация ушных раковин
• бесплодие
• рудиментарные яичники
• аменорея
• брахидактилия
• крыловидные складки кожи в области шеи
• множественные пигментные родинки

Трисомия Х

• рост выше среднего
• уменьшение размеров черепа
• эпикант
• нарушения речи и трудности в
• изучении языка
• фертильность не страдает

Полиплоидия – триплоидия

• нарушение расхождения хромосом в процессе митоза
• слияние соматических клеток либо их ядер
• оплодотворение одной яйцеклетки двумя сперматозоидами
• нарушение нормального течения мейоза

Хромосомные структурные перестройки

• делеция (del) – утрата части хромосомы
• дупликация (dup) – удвоение части хромосомы
• инверсия (inv) – переворот участка на 1800
• транслокация (t) – перенос генетического материала
• изохромосома (i) – одинаковые плечи
• кольцевая хромосома (r) – концевые участки одной хромосомы соединены

Однородительская дисомия

• Синдром Прадера-Вилли (15 хромосома материнского происхождения)
• Синдром Ангельмана (15 хромосома отцовского происхождения)

Диагностика хромосомных болезней

• кариотипирование (перестройки, видимые в световой микроскоп)
• хромосомный микроматричный анализ
• пренатальная неинвазивная диагностика (с 10 недели, точность 99,9%) – NIPT

Дополнительно:

- лимфоциты

- хорион/плацента

- околоплодные воды

- пуповинная кровь

- сперматозоиды

Ведение пациентов

• Предупреждение развитие онкопатологии (избегать чрезмерной инсоляции, гормонотерапии, приема иммуностимуляторов, употребления консервантов, красителей, ароматизаторов и т.д.)
• Коррекция сопутствующих метаболических нарушений
• Медико-реабилитационные мероприятия
• Симптоматическая терапия (противосудорожная терапия; хирургическая, ортопедическая помощь и т.д.)

Хромосомные болезни не являются приговором. Тяжелых случаев существует крайне мало. При ранней диагностике и правильном лечении можно добиться значительного улучшения качества жизни пациентов.