Stanovenie karyotypu

Vzhľad chromozómov sa počas bunkového cyklu výrazne mení: počas interfázy sú chromozómy lokalizované v jadre, spravidla despiralizované a ťažko pozorovateľné, preto sa na určenie karyotypu používajú bunky v jednej z fáz ich delenia - metafáza mitózy.

Postup stanovenia karyotypu

Na postup určenia karyotypu možno použiť akúkoľvek populáciu deliacich sa buniek. Na stanovenie ľudského karyotypu sa zvyčajne používajú lymfocyty periférnej krvi, ktorých prechod z pokojového štádia G0 do proliferácie je vyvolaný pridaním mitogénu fytohemaglutinínu. Na určenie karyotypu sa môžu použiť aj bunky kostnej drene alebo primárna kultúra kožných fibroblastov. Na zvýšenie počtu buniek v štádiu metafázy sa do bunkovej kultúry krátko pred fixáciou pridáva kolchicín alebo nocadazol, ktoré blokujú tvorbu mikrotubulov, čím bránia divergencii chromatíd k pólom bunkového delenia a dokončeniu mitózy.

Po fixácii sa prípravky metafázových chromozómov zafarbia a vyfotografujú; z mikrofotografií tzv systematický karyotyp- očíslovaná sada párov homológne chromozómy, obrazy chromozómov sú orientované vertikálne s krátkymi ramenami nahor, sú očíslované zostupne podľa veľkosti, pár pohlavných chromozómov je umiestnený na konci súboru (pozri obr. 1).

Historicky prvé nedetailné karyotypy, ktoré umožnili klasifikáciu podľa morfológie chromozómov, sa získali pomocou farbenia Romanovského-Giemsa, ale ďalšie podrobnosti o štruktúre chromozómov v karyotypoch boli možné s príchodom rôznych techník farbenia chromozómov. Najčastejšie používanou technikou v lekárskej genetike je metóda farbenia G-diferenciálnych chromozómov.

Klasické a spektrálne karyotypy

Ryža. 2. Príklad určenia translokácie podľa komplexu priečnych značiek (pruhy, klasický karyotyp) a podľa spektra oblastí (farba, spektrálny karyotyp).

Pre získanie klasického karyotypu sa chromozómy farbia rôznymi farbivami alebo ich zmesami: v dôsledku rozdielov vo väzbe farbiva na rôzne časti chromozómov dochádza k zafarbeniu nerovnomerne a vzniká charakteristická pásiková štruktúra (komplex priečnych znamienok, angl. . páskovanie), odrážajúce lineárnu heterogenitu chromozómu a špecifické pre homológne páry chromozómov a ich úseky (s výnimkou polymorfných oblastí sú lokalizované rôzne alelické varianty génov). Prvú metódu farbenia chromozómov na vytvorenie takýchto vysoko detailných snímok vyvinul švédsky cytológ Kaspersson (farbenie Q). Používajú sa aj iné farbivá, spoločný názov diferenciálne farbenie chromozómov:

  • Q-farbenie- Kasperssonovo farbenie chinínovou horčicou s vyšetrením pod fluorescenčným mikroskopom. Najčastejšie sa používa na štúdium chromozómov Y (rýchle určenie genetického pohlavia, detekcia translokácií medzi chromozómom X a Y alebo medzi chromozómom Y a autozómami, skríning mozaiky zahŕňajúcej chromozómy Y)
  • G-farbenie- modifikované farbenie Romanovsky-Giemsa. Citlivosť je vyššia ako citlivosť Q-farbenia, preto sa používa ako štandardná metóda pre cytogenetickú analýzu. Používa sa na identifikáciu malých aberácií a markerových chromozómov (segmentovaných inak ako normálne homológne chromozómy)
  • R-farbenie- používa sa akridínová oranž a podobné farbivá a zafarbia sa oblasti chromozómov, ktoré nie sú citlivé na farbenie G. Používa sa na identifikáciu detailov homológnych G- alebo Q-negatívnych oblastí sesterských chromatidov alebo homológnych chromozómov.
  • C-farbenie- používa sa na analýzu centromerických oblastí chromozómov obsahujúcich konštitutívny heterochromatín a variabilnú distálnu časť chromozómu Y.
  • T-farbenie- používa sa na analýzu telomerických oblastí chromozómov.

V poslednej dobe sa používa technika tzv. spektrálna karyotypizácia (fluorescenčná hybridizácia in situ, Angličtina Fluorescencia in situ hybridizácia, FISH), ktorý pozostáva z farbenia chromozómov sadou fluorescenčných farbív, ktoré sa viažu na špecifické oblasti chromozómov. Výsledkom tohto farbenia je, že homológne páry chromozómov získavajú identické spektrálne charakteristiky, čo nielen značne uľahčuje identifikáciu takýchto párov, ale uľahčuje aj detekciu interchromozomálnych translokácií, to znamená pohybov úsekov medzi chromozómami - translokované úseky majú spektrum ktorý sa líši od spektra zvyšku chromozómu.

Analýza karyotypu

Porovnanie komplexov krížových značiek v klasickej karyotypii alebo oblastiach so špecifickými spektrálnymi charakteristikami umožňuje identifikovať homológne chromozómy aj ich jednotlivé úseky, čo umožňuje detailne určiť chromozomálne aberácie - intra- a interchromozomálne prestavby sprevádzané porušením poradie chromozómových fragmentov (delécie, duplikácie, inverzie, translokácie). Táto analýza má veľký význam v lekárskej praxi, čo umožňuje diagnostikovať množstvo chromozomálnych ochorení spôsobených tak hrubým porušením karyotypov (porušenie počtu chromozómov), ako aj porušením chromozomálnej štruktúry alebo multiplicitou bunkových karyotypov v tele (mozaicizmus).

Nomenklatúra

Obr.3. karyotyp 46,XY,t(1;3)(p21;q21), del(9)(q22): znázornená je translokácia (prenos fragmentu) medzi 1. a 3. chromozómom, delécia (strata úseku) 9. chromozómu. Označenie chromozómových oblastí je dané jednak komplexmi priečnych značiek (klasická karyotypizácia, pruhy), ako aj fluorescenčným spektrom (farba, spektrálna karyotypizácia).

Na systematizáciu cytogenetických popisov bol vyvinutý Medzinárodný systém cytogenetickej nomenklatúry (ISCN), ktorý je založený na diferenciálnom farbení chromozómov a umožňuje podrobný popis jednotlivých chromozómov a ich oblastí. Záznam má nasledujúci formát:

[číslo chromozómu] [rameno] [číslo regiónu] [číslo pásma]

dlhé rameno chromozómu je označené písmenom q, krátky - list p, chromozomálne aberácie sú označené dodatočnými symbolmi.

2. pás 15. úseku krátkeho ramena 5. chromozómu sa teda píše ako 5p15.2.

Pre karyotyp sa používa záznam v systéme ISCN 1995, ktorý má nasledujúci formát:

[počet chromozómov], [pohlavné chromozómy], [vlastnosti].

Abnormálne karyotypy a chromozomálne ochorenia

Normálne ľudské karyotypy sú 46.XX (samica) a 46.XY (muž). Poruchy normálneho karyotypu u ľudí sa vyskytujú v počiatočných štádiách vývoja organizmu: ak k takémuto narušeniu dôjde počas gametogenézy, v ktorej vznikajú rodičovské pohlavné bunky, je narušený aj karyotyp zygoty vzniknutej počas ich fúzie. Pri ďalšom delení takejto zygoty majú všetky bunky embrya a organizmus, ktorý sa z nej vyvinie, rovnaký abnormálny karyotyp.

Poruchy karyotypu však môžu nastať aj v skorých štádiách fragmentácie zygoty, organizmus z takejto zygoty obsahuje niekoľko bunkových línií (bunkových klonov) s rôznymi karyotypmi, takáto mnohopočetnosť karyotypov celého organizmu alebo jeho jednotlivých orgánov sa nazýva mozaika .

Poruchy karyotypu u ľudí sú spravidla sprevádzané viacerými vývojovými chybami; väčšina týchto anomálií je nezlučiteľná so životom a vedie k spontánnym potratom v počiatočných štádiách tehotenstva. Pomerne veľký počet plodov (~ 2,5 %) s abnormálnymi karyotypmi sa však rodí až do konca tehotenstva.

Niektoré ľudské choroby spôsobené abnormalitami karyotypu,
karyotypy Choroba Komentár
47,XXY; 48,XXXY; Klinefelterov syndróm Polyzómia na chromozóme X u mužov
45X0; 45X0/46XX; 45,X/46,XY; 46,X iso (Xq) Shereshevsky-Turnerov syndróm Monozómia na X chromozóme vrátane mozaiky
47,XXX; 48, XXXX; 49,ХХХХХ Polyzómia na X chromozóme Najčastejšie - trizómia X
47,XX, 21+; 47, Y, 21+ Downov syndróm Trizómia na chromozóme 21
47,XX, 18+; 47, Y, 18+ Edwardsov syndróm Trizómia na chromozóme 18
47,XX, 13+; 47, Y, 13+ Patauov syndróm Trizómia na chromozóme 13
46,XX, 5r- Cry Cat syndróm delécia krátkeho ramena chromozómu 5
46 XX alebo XY, 15 rub. Prader-Williho syndróm Anomália chromozómu 15

Karyotyp niektorých biologických druhov

Každý typ organizmu má charakteristickú a konštantnú sadu chromozómov. Počet diploidných chromozómov sa líši od organizmu k organizmu:

Hominidný karyotyp

pozri tiež

  • Teória dedičnosti

Poznámky

Odkazy

  • Barbara J. Trask, Ľudská cytogenetika: 46 chromozómov, 46 rokov a počítanie. Nature reviews, október 2002, roč. 3, str. 769-778 (úplné znenie recenzie na webovej stránke autorského laboratória vo Fred Hutchinson Cancer Research Center)
Chromozómy
Základy karyotyp· Ploidia · Meióza · Mitóza
Klasifikácia Autozóm · Gonozóm · Mikrochromozóm · Polyténový chromozóm · Chromozómy Lampbrush
Štruktúra
Chromatidy Výmena chromatidov Cohesin Sister

karyotyp , súbor charakteristík chromozómového súboru charakteristického pre každý biologický druh. Tieto znaky zahŕňajú:

  • číslo,
  • veľkosť a tvar chromozómov,
  • poloha na chromozómoch primárnej konstrikcie (centroméra),
  • prítomnosť sekundárnych zúžení,
  • striedanie heterochromatických a euchromatických oblastí atď.

Karyotyp slúži ako „pas“ druhu, ktorý ho spoľahlivo odlišuje od karyotypov iných druhov. Stálosť všetkých znakov Druhový karyotyp je zabezpečený presnými procesmi distribúcie chromozómov medzi dcérske bunky v mitóze a meióze (tieto procesy môžu byť narušené chromozomálnymi mutáciami).

Karyotyp je kompletný súbor chromozómov v ľudských bunkách. Normálny obsah chromozómov v ľudských somatických (neembryonálnych) bunkách je 46 chromozómov organizovaných do 23 párov. Každý pár pozostáva z jedného chromozómu prijatého od matky a jedného od otca.

Vzhľad chromozómov sa výrazne mení počas bunkového cyklu: počas interfázy sú chromozómy lokalizované v jadre, spravidla despiralizované a ťažko pozorovateľné, preto sa na určenie karyotypu používajú bunky v jednom zo štádií ich delenia - metafáza mitózy.

Chromozómy vo svetelnom mikroskope v štádiu metafázy sú molekuly DNA, balené pomocou špeciálnych proteínov v husté supercoiled tyčovité štruktúry. Veľké množstvo chromozómov je teda zbalené do malého objemu a umiestnené v relatívne malom objeme bunkového jadra. Usporiadanie chromozómov viditeľné v mikroskope je odfotené a zostavené z niekoľkých fotografií. systematický karyotyp- očíslovaný súbor chromozómových párov homológnych chromozómov. V tomto prípade sú chromozómové obrazy orientované vertikálne, s krátkymi ramenami nahor a ich číslovanie sa vykonáva v zostupnom poradí podľa veľkosti. Pár pohlavných chromozómov (X a Y u muža, X a X u ženy) je umiestnený na samom konci obrazu sady chromozómov.

Pri štúdiu karyotypu, ktorý sa zvyčajne vykonáva v štádiu metafázy bunkového cyklu, sa používa:

  • mikrofotografie,
  • špeciálne metódy na farbenie chromozómov a iné metódy.

Na získanie klasického karyotypu sa chromozómy farbia rôznymi farbivami alebo ich zmesami: v dôsledku rozdielov vo väzbe farbiva na rôzne časti chromozómov dochádza k zafarbeniu nerovnomerne a charakteristická pásová štruktúra(komplex priečnych značiek), odrážajúci lineárnu heterogenitu chromozómu a špecifický pre homológne páry chromozómov a ich úseky (s výnimkou polymorfných oblastí sú lokalizované rôzne alelické varianty génov). Prvú metódu farbenia chromozómov na vytvorenie takýchto vysoko detailných obrázkov vyvinul švédsky cytológ Kaspersson (farbenie Q). Používajú sa aj iné farbivá, takéto techniky sa súhrnne nazývajú diferenciálne farbenie chromozómov.

Typy diferenciálneho farbenia chromozómov

  • G-farbenie je modifikované farbenie podľa Romanovského-Giemsa. Citlivosť je vyššia ako citlivosť Q-farbenia, preto sa používa ako štandardná metóda pre cytogenetickú analýzu. Používa sa na detekciu malých aberácií a markerových chromozómov (segmentovaných inak ako normálne homológne chromozómy).
  • Q-farbenie - Kasperssonovo farbenie chinínovou horčicou s vyšetrením pod fluorescenčným mikroskopom. Najčastejšie sa používa na štúdium chromozómov Y (rýchle určenie genetického pohlavia, detekcia translokácií medzi chromozómom X a Y alebo medzi chromozómom Y a autozómami, skríning mozaiky zahŕňajúcej chromozómy Y).
  • Farbenie R - používa sa akridínová oranž a podobné farbivá a farbia sa oblasti chromozómov, ktoré nie sú citlivé na farbenie G. Používa sa na identifikáciu detailov homológnych G- alebo Q-negatívnych oblastí sesterských chromatidov alebo homológnych chromozómov.
  • C-farbenie – používa sa na analýzu centromerických oblastí chromozómov obsahujúcich konštitutívny heterochromatín a variabilnú distálnu časť chromozómu Y.
  • T-farbenie – používa sa na analýzu telomerických oblastí chromozómov.

V poslednej dobe sa používa technika nazývaná tzv spektrálna karyotypizácia (fluorescenčná hybridizácia FISH), ktorý pozostáva z farbenia chromozómov sadou fluorescenčných farbív, ktoré sa viažu na špecifické oblasti chromozómov. Výsledkom takéhoto farbenia je, že homológne páry chromozómov získavajú identické spektrálne charakteristiky, čo nielen značne uľahčuje identifikáciu takýchto párov, ale uľahčuje aj detekciu interchromozomálnych translokácií, to znamená pohybov úsekov medzi chromozómami - translokované úseky majú spektrum ktorý sa líši od spektra zvyšku chromozómu.

Výsledky sú prezentované ako karyogramy(systematizované usporiadanie chromozómov vystrihnutých z mikrofotografie) príp ideogramy– schematické znázornenie chromozómov usporiadaných v rade pri zmenšovaní ich dĺžky.

Porovnávacia analýza karyotypov sa používa v karyosystematike na určenie evolučných ciest karyotypov, na určenie pôvodu domácich zvierat a kultúrnych rastlín, na identifikáciu chromozomálnych abnormalít vedúcich k dedičným ochoreniam atď.

Karyotyp možno definovať ako súbor chromozómov somatických buniek, vrátane štrukturálnych znakov chromozómov. V mnohobunkových organizmoch všetky somatické bunky obsahujú rovnakú sadu chromozómov, to znamená, že majú rovnaký karyotyp. V diploidných organizmoch je karyotyp diploidný súbor chromozómov bunky.

Pojem karyotyp sa nepoužíva ani tak vo vzťahu k jednotlivcovi, ale vo vzťahu k druhu. V tomto prípade to hovoria karyotyp je druhovo špecifický, to znamená, že každý typ organizmu má svoj špeciálny karyotyp. A hoci počet chromozómov v odlišné typy sa môžu zhodovať, ale vo svojej štruktúre majú vždy určité rozdiely.

Hoci je karyotyp primárne druhovou charakteristikou, môže sa medzi jednotlivcami rovnakého druhu trochu líšiť. Najzrejmejším rozdielom sú nerovnaké pohlavné chromozómy v ženských a mužských organizmoch. Okrem toho sa môžu vyskytnúť rôzne mutácie, ktoré vedú k abnormalitám karyotypu.

Počet chromozómov a úroveň organizácie druhu spolu nekorelujú. Inými slovami, veľké množstvo chromozómov nenaznačuje vysokú úroveň organizácie. Takže pustovník ich má 254 a Drosophila iba 8 (oba druhy patria medzi článkonožce); Pes má 78 a človek 46.

Karyotypy diploidných (somatických) buniek pozostávajú z párov homológnych chromozómov. Homologické chromozómy sú identické v tvare a zložení génov (ale nie v alelách). V každom páre jeden chromozóm prichádza do tela od matky, druhý je od otca.

Štúdia karyotypu

Bunkové karyotypy sa skúmajú v metafázovom štádiu mitózy. Počas tohto obdobia bunkového delenia sú chromozómy maximálne špirálovité a jasne viditeľné pod mikroskopom. Okrem toho, metafázové chromozómy pozostávajú z dvoch chromatidov (sesterských) spojených v centromére.

Úsek chromatidy medzi centromérou a telomérou (umiestnený na konci na každej strane) sa nazýva rameno. Každá chromatida má dve ramená. Krátke rameno sa označuje p, dlhé rameno q. Existujú metacentrické chromozómy (ramená sú približne rovnaké), submetacentrické (jedno rameno je zreteľne dlhšie ako druhé), akrocentrické (v skutočnosti je pozorované iba rameno q).

Pri analýze karyotypu sa chromozómy identifikujú nielen podľa veľkosti, ale aj podľa pomeru ramien. Vo všetkých organizmoch toho istého druhu sú normálne karyotypy pre tieto charakteristiky (veľkosť chromozómov, pomer ramien) rovnaké.

Cytogenetická analýza zahŕňa identifikáciu všetkých chromozómov karyotypu. V tomto prípade je cytologický prípravok podrobený diferenciálnemu farbeniu pomocou špeciálnych farbív, ktoré sa špecificky viažu na rôzne úseky DNA. Výsledkom je, že chromozómy získavajú špecifický vzor pruhovania, ktorý umožňuje ich identifikáciu.

Metóda diferenciálneho farbenia bol objavený v 60. rokoch 20. storočia a umožnil plne analyzovať karyotypy organizmov.

Karyotyp je zvyčajne reprezentovaný ako idiogram(druh schémy), kde každý pár chromozómov má svoje číslo a chromozómy rovnakého morfologického typu sa spájajú do skupín. V rámci skupiny sú chromozómy usporiadané podľa veľkosti od najväčšieho po najmenší. Každý pár homológnych chromozómov karyotypu na idiograme má teda svoje vlastné číslo. Často je zobrazený iba jeden chromozóm z páru homológov.

Pre ľudí a mnohé laboratórne a hospodárske zvieratá boli vyvinuté schémy pruhovania chromozómov pre každú metódu farbenia.

Chromozomálne markery sú pásy, ktoré sa objavia pri farbení. Pruhy sú zoskupené do okresov. Pásy aj oblasti sú očíslované od centroméry po teloméru. Niektoré pásy môžu naznačovať gény, ktoré sa na nich nachádzajú.

Zaznamenávanie karyotypov

Záznam karyotypu nesie určitú jeho charakteristiku. Najprv je uvedený celkový počet chromozómov, potom súbor pohlavných chromozómov. Ak existujú mutácie, najskôr sú indikované genómové, potom chromozomálne. Najbežnejšie sú: + (extra chromozóm), del (delecia), dup (duplikácia), inv (inverzia), t (translokácia), rob (Robertsonova translokácia).

Príklady záznamu karyotypov:

48, XY - normálny karyotyp samca šimpanza;

44, XX, del (5)(p2) - karyotyp samice králika, u ktorej došlo k rozdeleniu druhého úseku krátkeho (p) ramena piateho chromozómu.

Ľudský karyotyp

Ľudský karyotyp pozostáva zo 46 chromozómov, ktorý bol presne určený v roku 1956.

Pred objavením rozdielneho sfarbenia boli chromozómy klasifikované podľa ich celkovej dĺžky a ich centromérového indexu, čo je pomer dĺžky krátkeho ramena chromozómu k jeho celkovej dĺžke. V ľudskom karyotype sa našli metacentrické, submetacentrické a akrocentrické chromozómy. Boli identifikované aj pohlavné chromozómy.

Neskôr použitie metód diferenciálneho farbenia umožnilo identifikovať všetky chromozómy v ľudskom karyotype. V 70. rokoch boli vypracované pravidlá (normy) na ich popis a označovanie. Autozómy boli teda rozdelené do skupín označených písmenami, z ktorých každá obsahovala chromozómy so špecifickým číslom: A (1-3), B (4, 5), C (6-12), D (13-15), E (16-18), F (19, 20), G (21, 22). Pohlavné chromozómy sú 23. pár.

Normálny ľudský karyotyp je napísaný takto:

46, XX - pre ženy,

46, XY - pre muža.

Príklady ľudských karyotypov s abnormalitami:

47, XX, 21+ - žena s 21. chromozómom navyše;

45, XY, rob (13, 21) - muž, ktorý má Robertsonovu translokáciu 13. a 21. chromozómu.

Úvod................................................................. ....................................................... .............. 1

Kapitola 1. Mitotické chromozómy............................................ .............. 2

Kapitola 2. Meiotické chromozómy............................................ .............. 5

Kapitola 3. Cytogenetická metóda............................................ .............. 13

Kapitola 4. Pohlavný chromatín ................................................ ....................................... 20

Kapitola 5. Mozaicizmus............................................................ ...................................... 23


Jednou z kľúčových otázok genetiky človeka je otázka štruktúry a fungovania materiálnych základov dedičnosti. Informácie o každej z troch úrovní organizácie dedičných štruktúr (genetická, chromozomálna, genomická) sa v posledných rokoch hromadia úžasnou rýchlosťou a možno dúfať, že nie je ďaleko doba, kedy bude zostavený celkom ucelený obraz o ľudskej dedičnosti. . Dokonca aj teraz v tejto otázke možno ľudí považovať za jeden z najlepšie študovaných objektov spolu s drozofilou, myšami a kukuricou.

Pre správne pochopenie významu dedičnosti v ľudskej patológii je potrebné mať podrobné informácie o troch čiastočne prepojených častiach:

1) o morfologickej a chemickej štruktúre chromozómov a karyotype ako celku; 2) na základe diskrétnych ľudských vlastností riadených jednotlivými génmi („inventár“ jednotiek dedičnej variability); 3) podľa „architektoniky“ génov v chromozómoch (génová väzba a chromozómové mapy). Pre každú z týchto sekcií sa nazhromaždilo množstvo údajov a ich intenzívny vývoj pokračuje v teoretickom aj aplikovanom (klinickom) aspekte.

Princípy a hlavné odvetvia všeobecnej cytogenetiky sa sformovali v priebehu 20. a 30. rokov najmä vďaka štúdiám uskutočneným na drozofilách a niektorých rastlinách. Cytohepetika ľudí a cicavcov, obsadzovanie popredné miesto v modernej cytogenetike, vyvinutej neskôr, najmä pre metodologické ťažkosti.

Históriu vývoja humánnej cytogenetiky možno rozdeliť do troch období. Prvá sa vzťahuje na obdobie od minulého storočia do polovice 50. rokov a teraz je čisto historicky zaujímavá. Išlo o hľadanie metodických prístupov k získaniu preparátov ľudských chromozómov vtedajšími cytológmi, pozoruhodných svojou vytrvalosťou a pracovitosťou (A. G. Andres, 1934). Naši cytogenetici A. G. Andres a M. S. Navashin síce správne opísali prvých 10 párov veľkých chromozómov, no ani celkový počet chromozómov v ľudských bunkách nebol spoľahlivo stanovený. Ich morfológia tiež zostala neznáma.

Druhé obdobie, ktoré sa začalo prácou Tjia a Levana v roku 1956, bolo charakterizované vznikom a rýchlym rozvojom modernej ľudskej cytogenetiky. Pomerne rýchlo boli vyvinuté všetky základné metodologické techniky chromozómovej analýzy, získali sa základné informácie o ľudskom karyotype, o hlavných črtách štruktúry a fungovania jeho normálnych chromozómov. Práve v tomto období sa zrodila lekárska cytogenetika, ktorá otvorila novú oblasť ľudskej patológie spôsobenú zmenami v počte alebo štruktúre chromozómov.

Tretie obdobie rozvoja ľudskej cytogenetiky sa začalo v 70. rokoch. Možno ho právom považovať za začiatok modernej etapy vo vývoji vedy o cytologických základoch ľudskej dedičnosti. Množstvo metodických inovácií zabezpečilo prechod cytogenetiky na kvalitatívne novú úroveň. Realizovala sa možnosť štúdia individuality ľudských chromozómov a dokonca aj ich úsekov. To okamžite pozdvihlo lekársku cytogenetiku na novú úroveň. Je možné komplexne študovať morfológiu, funkciu, chemické vlastnosti štruktúry a supramolekulárnej organizácie ľudských chromozómov. V tých istých rokoch vývoj metód genetického mapovania ľudských chromozómov priniesol riešenie najťažšieho problému - vytvorenie genetických máp chromozómov.

Moderná ľudská cytogenetika je teda bohatým, faktografickým, rozvetveným nezávislým odborom ľudskej genetiky. V súčasnosti sa problém identifikácie všetkých prvkov ľudského karyotypu pri analýze v štádiu mitózy rieši na základe použitia diferenciálneho farbenia chromozómov.

Chromozómy ako jednotlivé štruktúry sa stávajú dostupnými pre výskum po výraznom skrátení a zhrubnutí, ktoré zažívajú pri príprave bunky na delenie. Pre somatické bunky je toto delenie mitóza, pre generatívne bunky najskôr mitóza a potom meióza.

Kapitola 1. Mitotické chromozómy.

Základné informácie o ľudskom chromozómovom súbore ako celku a o jednotlivých chromozómoch boli získané štúdiom chromozómov v metafáze mitózy. V tomto štádiu mitózy je jasne viditeľné, že diploidný súbor ľudských chromozómov pozostáva zo 46 prvkov: 22 párov autozómov a jeden pár pohlavných chromozómov (XX u žien a XY u mužov). V štandardne farbených preparátoch je tvar metafázových chromozómov určený umiestnením primárnej konstrikcie, ktorá vzniká v dôsledku dekondenzácie centromerickej oblasti fungujúcej v metafáze. V jednotlivých chromozómoch môžu existovať ďalšie zúženia nazývané sekundárne zúženia. Ak je takéto zúženie lokalizované na konci chromozómu, vzdialená časť chromozómu, ktorá je ním oddelená, sa nazýva satelit.

Všetky ľudské autozómy sú na základe ich tvaru a celkovej veľkosti ľahko rozdelené do 7 skupín, označených latinskými písmenami od A po G (obr. 8). Okrem toho sú všetky autozómy očíslované v poradí klesajúcej celkovej dĺžky (od 1 do 22).

Dĺžka toho istého chromozómu v mitóze sa výrazne líši, pretože proces prirodzenej kondenzácie chromozómov pokračuje v štádiu metafázy, čo je výrazne posilnené kolchicínom. Preto sa na identifikáciu používa skôr indikátor relatívnej ako absolútnej dĺžky chromozómov. Jeho spoľahlivosť je však obmedzená tým, že chromozómy majú rôzne dĺžky a v danom chromozóme sú ramená rôzne veľkosti skrátiť inak: dlhšie sa skracujú rýchlejšie ako kratšie. Toto neovplyvňuje vyššie uvedené skupinové charakteristiky, ale bráni identifikácii chromozómov v rámci skupín, ktoré sú si blízke veľkosťou a tvarom. Ťažkosti pri individuálnej identifikácii chromozómov zhoršuje aj skutočnosť, že medzi homológnymi chromozómami môže dôjsť aj k diferenciálnej kondenzácii, čo spôsobuje heteromorfizmus homológov. V súčasnosti prakticky vymizla potreba používať metódu morfometrie a pomocou nej určovaných lineárnych parametrov chromozómu zavedením chromozómovej analýzy diferenciálnych farieb chromozómov do praxe.

Analýza spontánnych sekundárnych zúžení, vrátane satelitných, výrazne neuľahčuje rozpoznávanie jednotlivých chromozómov. S ich pomocou je najpravidelnejšie možné izolovať autozóm 9, ktorý má často výraznú konstrikciu v pericentromérnej oblasti dlhého ramena. Všetkých desať akrocentrických ľudských chromozómov má satelitnú konstrikciu, aD- alebo G-chromozómy sa v tejto vlastnosti v rámci skupín nelíšia.

Morfologická jednotnosť dĺžky chromozómov, ako sa javí pri mikroskopickom skúmaní metafázových chromozómov na rutinne pripravovaných a farbených preparátoch, sa v skutočnosti ukazuje ako klamlivá. Metodologický pokrok v cytogenetike ľudí a vyšších eukaryotov všeobecne, ktorý sa uskutočnil za posledných 15-20 rokov, viedol k objavu hlbokej lineárnej diferenciácie chromozómu z hľadiska štruktúry aj funkcie. Táto diferenciácia, individuálna pre každý chromozóm, je pomerne ľahko detekovateľná v metafáze mitózy. Vďaka tomu je v modernej humánnej cytogenetike možné identifikovať všetky chromozómy nie podľa individuálnych a náhodných charakteristík, ale podľa podstatných aspektov ich štruktúrnej a funkčnej organizácie. V praxi cytogenetickej analýzy sa na tento účel študuje diferenciálna kondenzácia chromozómov, chronológia replikácie DNA v chromozómoch alebo diferenciálne farbenie chromozómov (A.F. Zakharov, 1977).

Diferenciálna kondenzácia chromozómových oblastí je jednou z jeho základných charakteristík, ktorá sa najviac prejavuje v interfázovom jadre. V prirodzených podmienkach mitózy vyzerajú chromozomálne oblasti, ktoré sa výrazne líšia v stupni kondenzácie počas interfázy, v metafáze takmer identicky. Len pomocou špeciálnych metód svetelnej alebo elektrónovej mikroskopie je možné odhaliť heterogénnu lineárnu štruktúru zdanlivo homogénnej metafázy

chromozómov (Bahr a Larsen, 1974). Zarovnanie kondenzačných cyklov v rôznych oblastiach chromozómy môžu byť inhibované umelo. Na tento účel sa obzvlášť úspešne používa 5-brómdeoxyuridín (A. F. Zakharov, 1973, 1977;

Dutrillaux, Lejeune, 1975). V prítomnosti tejto látky vstupujú chromozómy do metafázy nerovnomerne zhutnené po svojej dĺžke. Výsledkom dôkladného štúdia ich morfológie sa ukázalo, že každý ľudský chromozóm má prísne konštantné a špecifické striedanie normálne a slabo kondenzovaných úsekov a možno ho identifikovať podľa tohto znaku.

Intrachromozomálna asynchrónnosť replikácie DNA je druhým najdôležitejším znakom heterogenity lineárnych chromozómov, ktorú je možné detegovať v metafáze mitózy. Desaťročie a pol bola táto vlastnosť chromozomálnej organizácie prístupná na štúdium pomocou metódy chromozómovej autorádiografie (upravil A. A. Prokofieva-Belgovskaya, 1969; A. F. Zakharov, 1977; Giannelli, 1970, 1974). Na základe tejto metódy boli odhalené základné vzorce reprodukcie ľudských chromozómov, medzi ktorými je najdôležitejšia asynchrónnosť reprodukcie rôznych častí chromozómu, stálosť a špecifickosť poradia reprodukcie pre daný chromozóm. Autorádiografia však dosiahla menší pokrok v identifikácii jednotlivých chromozómov, ako sa očakávalo. Na autorádiografoch je navyše možné rozlíšiť autozómy 4 a 5, 13, 14 a 15, 17 a 18. V ženských bunkách sa jeden z dvoch chromozómov X odlišuje neskorým začiatkom a neskorým koncom syntézy DNA. Napriek obmedzeným údajom získaným autorádiografiou sa táto technika ukázala ako mimoriadne užitočná pri zlepšovaní identifikácie abnormalít týchto chromozómov a pomohla pri identifikácii niekoľkých nových nezávislých syndrómov v chromozomálnej patológii.

Významný pokrok v štúdiu sekvencie syntézy DNA pozdĺž dĺžky každého normálneho ľudského chromozómu, jej vzťahu s inými charakteristikami chromozomálnej organizácie a jej stavu v prípadoch numerických alebo štrukturálnych zmien v chromozómovej sade sa v súčasnosti dosahuje vďaka použitiu tymidínový analóg ako prekurzor pre syntézu DNA - 5-brómdeoxyuridín. Oslabená schopnosť farbiť oblasti chromozómov, ktoré obsahovali tento prekurzor, vyzbrojila cytogenetikov presnou metódou na štúdium chronológie chromozomálnej reprodukcie, ktorej možnosti sú obmedzené iba rozlíšením svetelnej mikroskopie. Replikačná štruktúra všetkých ľudských chromozómov je odhalená s maximálnou jasnosťou a možno ju opísať jasnými morfologickými výrazmi.

Každý chromozóm pozostáva z oblastí, ktoré sa replikujú iný čas. Existuje jasné striedanie oblastí so skorou a neskorou replikáciou. Na metafázovom chromozóme

takéto oblasti sú jasne viditeľné pomocou svetelného mikroskopu. Špecifickosť replikačnej štruktúry každého chromozómu pozostáva z individuality veľkosti, počtu a relatívnej polohy rôznych chromozómových oblastí (obr. 9).

Na rozdiel od vyššie uvedených dvoch javov nerovnomerného farbenia chromozómov pozdĺž dĺžky spôsobeného zahrnutím 5-brómdeoxyuridínu do DNA, diferenciálne farbenie chromozómov sa týka schopnosti selektívne farbiť sa pozdĺž dĺžky chromozómu, ktorý nebol v živote modifikovaný. akýmikoľvek vplyvmi. Diferenciálne farbenie chromozómov je v tomto prípade zabezpečené relatívne jednoduchými teplotnými a soľnými efektmi na fixovaný chromozóm.

Je dôležité poznamenať, že pri všetkej rozmanitosti takýchto úprav chromozómových prípravkov po fixácii a použitých fluorochrómových alebo nefluorescenčných farbivách je zistená lineárna heterogenita chromozómu vždy rovnaká. Jeho vzor sa mení iba v závislosti od stupňa zhutnenia chromozómu: v dlhších, slabších chromozómoch je zrejmá ďalšia heterogenita tých segmentov, ktoré vyzerali homogénne sfarbené vo vysoko kondenzovaných chromozómoch. Diferenciálne zafarbenie možno pozorovať buď po celej dĺžke chromozómu (Q-, G- a R-segmenty) alebo v jeho centromerickej oblasti (C-segmenty).

Najjasnejší obraz o obrazci diferenciálneho farbenia chromozómov po celej dĺžke možno získať farbením preparátov pomocou G-metódy s použitím Giemsovho farbenia (obr. 10). V takýchto prípravkoch sa chromozómy javia ako priečne pruhované, rôzne sfarbené segmenty („pásy“). Vzor každého páru chromozómov je preň špecifický. Veľkosti segmentov nie sú rovnaké. V malých chromozómoch skupín F a G je vzor tvorený jednotlivými segmentmi, vo veľkých chromozómoch je ich veľa. Celkový počet farebných a nesfarbených segmentov v normálnej chromozómovej sade s priemerným stupňom kondenzácie v súlade s parížskou nomenklatúrou je 322. V prometafázových chromozómoch sa ich počet zvyšuje na 1000 alebo viac.

Na Parížskej konferencii o nomenklatúre v ľudskej cytogenetike bol vyvinutý systém na označovanie segmentov normálnych chromozómov a chromozómov, ktoré prešli určitými štrukturálnymi preskupeniami, a teraz vstúpil do praxe cytogenetickej analýzy (Parížska konferencia, 1971). Na obr. Obrázok 11 zobrazuje príklad tohto systému pre autozóm 1.

Bez ohľadu na to, ako je vyriešená otázka povahy diferenciálneho farbenia chromozómov, cytologické mapy založené na tomto fenoméne majú mimoriadny význam pre rozvoj humánnej cytogenetiky. S ich pomocou je možné priradiť genetické markery nielen jednému alebo druhému chromozomálnemu ramenu, ale aj konkrétnej oblasti chromozómu. V lekárskej cytogenetike je možné identifikovať pôvod abnormálnych chromozómov až po presný popis oblastí.

Druhý typ diferenciálneho farbenia chromozómov odhaľuje špecifickosť pericentromérnych oblastí v ľudských chromozómoch. V rôznych chromozómoch sú veľkosti C-segmentov rôzne, veľké sú najmä v autozómoch 1, 9 a 16. Podľa tejto farby však nie je možné identifikovať chromozómy podobné veľkosťou a tvarom. V chromozóme Y je C-chromatín lokalizovaný v distálnej časti dlhého ramena. V tom istom chromozóme sa jeho obsah môže u rôznych jedincov líšiť.

Kapitola 2. Meiotické chromozómy.

Meióza zahŕňa sériu rôznych procesov, počas ktorých sa primordiálne zárodočné bunky diferencujú na zrelé zárodočné bunky. Na začiatku tejto série sa spermatogónia (oogónia) vyvinie na primárne spermatocyty (oocyty). Ústrednou udalosťou je prvé meiotické delenie spermatocytu (oocytu), počas ktorého chromozómy počas profázy prechádzajú obzvlášť zložitými špecifickými transformáciami. Prvá meiotická profáza sa delí, ako je známe, do piatich etáp: leptotén, zygotén, pachytén, diplotén a diakinéza. Na rozdiel od mitózy, ktorej profáza sa v cytogenetickej analýze prakticky nepoužíva, profázne chromozómy prvého meiotického delenia sú pre ľudskú cytogenetiku veľmi zaujímavé. Metafázové chromozómy prvého meiotického delenia, ktoré sú bivalentmi homológnych chromozómov, sú menej diferencované štruktúry v porovnaní s metafázovými mitotickými chromozómami. Chromozómy druhého meiotického delenia sa v humánnej cytogenetike takmer vôbec nepoužívajú.

Priebeh meiózy v mužskom a ženskom tele sa výrazne líši vo viacerých ohľadoch: v období ontogenézy, v trvaní jednotlivých fáz, v morfológii mitotických premien.

U mužov meiotické delenie začína počas puberty a pokračuje nepretržite počas nasledujúcej puberty. Tento proces, na rozdiel od ženskej meiózy, nie je cyklický. V semenníkoch súčasne dozrieva veľké množstvo gamét, takže pohlavné žľazy sexuálne zrelého muža môžu kedykoľvek slúžiť ako zdroj meioticky sa deliacich buniek. Na chromozómových preparátoch je možné súčasne vidieť rôzne meiotické obrazce, od spermatogonálnych metafáz až po metafázy druhého meiotického delenia. Trvanie transformácie zo spermatogónie na spermie trvá približne 8-9 týždňov. Trvanie jednotlivých štádií je veľmi rozdielne, preto sa bunky rôznych štádií nachádzajú s nerovnakou frekvenciou. Štádiá pachyténu a diakinézy, ktoré sú najdôležitejšie pre cytogenetickú analýzu, sú zvyčajne reprezentované dostatočným počtom buniek.

V ženskom tele prebieha meióza v dvoch fázach, ktoré sú oddelené veľkým časovým úsekom. Prvá fáza, vrátane tvorby oogónií a prechodu prvého meiotického delenia, prebieha v embryonálnych vaječníkoch. V čase narodenia dievčatka sa všetky oogónie vo vaječníkoch diferencujú na oocyty a tie prešli štádiami leptoténu - pachyténu a zastavili sa v štádiu diploténu. Zotrvanie v tejto fáze, nazývanej diktyotén, pokračuje počas celého postnatálneho obdobia života ženy. Následný vývoj bunky z diktyoténového štádia do zrelého vajíčka prebieha cyklicky, jedna bunka za mesiac, a končí ovuláciou. Vyššie uvedené vysvetľuje, prečo je možné skoré štádiá prvého meiotického delenia u ženy analyzovať iba v ranom embryonálnom období a následné štádiá sú za normálnych podmienok neprístupné na štúdium.

Základné informácie o organizácii ľudských meiotických chromozómov boli získané štúdiom testikulárnych buniek. Je možné zdôrazniť nasledujúce aspekty týchto štúdií.

Analýza lineárnej štruktúry jednotlivých chromozómov. Charakteristickou črtou štruktúry meiotických chromozómov, vyjadrenou najmä v prvých štádiách meiotickej profázy, je ich chromomérna štruktúra (obr. 12). Z údajov o cytológii meiotických chromozómov niektorých rastlinných druhov je dobre známa individualita chromomérnej štruktúry každého chromozómu („Cytológia a genetika meiózy“ od V. V. Khvostovej a Yu. V. Bogdanova, 1975). Žiaľ, jednotlivé bivalenty v sade ľudských chromozómov, mužské aj ženské, možno identifikovať až v neskorom pachyténe, kedy sú výrazne redukované a chromomérnosť ich štruktúry sa výrazne stráca. Napriek tomu sa v dôsledku niekoľkých pokusov o pachyténovú analýzu chromozómov získali prvé informácie o morfológii bivalentov akrocentrických a niektorých ďalších chromozómov (upravené A. A. Prokofieva-Belgovskaya, 1969; Hungeriord, 1973).

C- a Q-metódy diferenciálneho farbenia boli s určitým úspechom použité pri identifikácii pachyténových bivalentov (Goetz, 1975). Bola nájdená úplná zhoda medzi vzormi farbenia G a chromomérnou štruktúrou pachyténových chromozómov, ako aj medzi vzormi meiotických a mitotických chromozómov zafarbených pomocou G-metódy (Lucianie. a., 1975).

Chromozomálna konjugácia a tvorba chiazmat.Štúdia diakinézy - metafázy I meiózy v mužských bunkách ukázala, že homológna konjugácia je povinná pre všetky ľudské chromozómy, vrátane krátkych. V jednom alebo druhom bivalente je od 1 do 6 chiazmat; podľa rôznych autorov sa ich celkový počet na sadu chromozómov pohybuje od 35 do 66 (Ford, 1973). Distribúciu chiazmat v jednotlivých bivalentoch bolo možné analyzovať po tom, čo bolo možné identifikovať každý bivalent na základe sekvenčného farbenia pomocou Q- a C-techniky (Hulten, 1974). Podľa Hultena (1974) je priemerná frekvencia chiazmat v jednotlivých autozómoch úmerná dĺžke chromozómu. Nie je ovplyvnený numerickými alebo štrukturálnymi abnormalitami v iných chromozómoch. Chiasmata sa zrejme tvoria v určitých oblastiach každého chromozómu. Určenie počtu a umiestnenia chiazmat na každom chromozóme je dôležité pre ich genetické mapovanie.

Identifikácia chromozomálnych abnormalít. Fenomén konjugácie homológnych chromozómov v meióze sa používa na identifikáciu mnohých chromozomálnych preskupení ovplyvňujúcich lineárnu štruktúru chromozómu. Delécie, inzercie, inverzie, recipročné translokácie, duplikácie vedú k zmenám v konfigurácii bivalentu. Vznikajú univalenty, trivalenty a pod.. V kombinácii s analýzou mitotických chromozómov sa opakovane uskutočňuje štúdium morfológie meiotických chromozómov v pachyténe, diakinéze a metafáze I v prípadoch numerických alebo štrukturálnych zmien autozómov, pohlavia chromozómy u mužov s neplodnosťou (A. A. Prokofieva -Belgovskaya a V. K. Bordzhadze, 1971; Kjessler, 1966; Hulten, 1974 atď.). Submikroskopická alebo supramolekulárna organizácia chromozomálneho aparátu je úplne nedostatočne študovaná. Ak hovoríme o štruktúre chromozómu na úrovni svetelnej mikroskopie a o molekulárna štruktúra Hoci sa v súčasnosti nahromadili rozsiahle informácie o dedičnom materiáli, medzistupne ultraštrukturálnej organizácie chromozómu zostávajú do značnej miery neznáme. Zatiaľ neexistujú žiadne faktické predpoklady na nastolenie otázky možnej špecifickosti ultraštrukturálnej organizácie ľudského genetického aparátu.

Najcennejšie informácie o jemnej štruktúre fungujúcich chromozómov prinieslo štúdium polyténových chromozómov, ktoré sú špecifickým, no prirodzeným modelom chromozómov interfázového jadra v bunkách Diptera, a chromozómov typu „lampbrush“ nájdených v oocytoch obojživelníkov v r. meiotická profáza I. Veľké veľkosti týchto chromozómov umožnili uskutočniť ich starostlivé štúdium pod svetelným mikroskopom. V dôsledku týchto štúdií boli formulované ustanovenia, ktoré sa považujú za základné pre organizáciu eukaryotických chromozómov ako celku (I. I. Kiknadze, 1972).

V interfázovom jadre majú chromozomálne oblasti zodpovedajúce euchromatínu chromomérnu štruktúru. Každý chromomér je štruktúrnou a funkčnou jednotkou chromozómu ako pozdĺžne diferencovaná organela. Diferenciálna transkripcia týchto jednotiek je štrukturálne zabezpečená dekondenzáciou v nich zabaleného deoxyribonukleoproteínu, ktorý je vyjadrený vo forme obláčikov v polyténových chromozómoch, alebo slučiek v chromozómoch „lampa brush“.

Metódou na štúdium jemnej štruktúry interfázových jadier, ktoré nemajú polyténové chromozómy, ako aj metafázové chromozómy, je elektrónová mikroskopia (Yu. S. Chentsov, V. Yu. Polyakov, 1974). Žiaľ, na základe výsledkov získaných touto metódou sa zatiaľ nepodarilo sformulovať úplný obraz ultraštruktúry medzifázového jadra. V elektrónových difrakčných obrazcoch ultratenkých rezov je hlavnou detegovateľnou morfologickou jednotkou vlákno v rôznych rezoch s priemerom 10 nm alebo menším. Prípravky chromatínu nanesené na povrchu vodného menisku odhaľujú rozšírené vlákna s priemerom približne 23-25 ​​nm.

Napriek početným štúdiám mitotických alebo meiotických chromozómov, údaje o ich ultraštruktúre, ktoré by umožnili vytvorenie konzistentného modelu balenia elementárneho chromozomálneho vlákna počas bunkového delenia, zostávajú vzácne. Najviac informácií sa získalo o ultraštruktúre špecializovaných oblastí chromozómov: centromerická oblasť, jadierko, synaptonemálny komplex v meiotických chromozómoch. Na ich identifikáciu sa použili údaje z elektrónovej mikroskopie z celých izolovaných chromozómov, pričom osobitná pozornosť sa venovala ľudským metafázovým chromozómom (Bahr a Larsen, 1974). Táto metóda umožnila zistiť nerovnomernú hustotu elementárnych chromozomálnych vlákien pozdĺž dĺžky chromozómov a ukázalo sa, že vzor tejto nerovnosti sa zhoduje s lineárnou diferenciáciou chromozómovej štruktúry detekovanej pod svetelným mikroskopom. Elementárne fibrily v elektrónových difrakčných obrazcoch celých rozprestretých chromozómov majú veľkosť približne 25-30 nm. Biochemické štúdie takýchto fibríl a zodpovedajúce výpočty dávajú dôvod k záveru, že molekuly nukleoproteínu sú v superzvinutom stave a že okrem histónov fibrily obsahujú ďalšie proteíny.

Celkom úplné pokrytie problematiky molekulárnej genetiky a chromozomálnej organizácie v mnohých špeciálnych monografiách a príručkách (S. E. Bresler, 1973; I. P. Ashmarin, 1974; G. Stent, 1974 atď.) eliminuje potrebu podrobného zvažovania týchto otázok v táto kniha. Relatívne nový molekulárny aspekt chromozomálnej organizácie vznikol v súvislosti s vývojom metód frakcionácie celkovej DNA genómu založených na opakovateľnosti podobných nukleotidových sekvencií a metód hybridizácie nukleových kyselín na chromozomálnych preparátoch. Tieto metódy otvorili možnosť objasnenia lokalizácie rôznych frakcií DNA v sade chromozómov. Dôležitými zisteniami získanými v tejto novej oblasti, hraničiacej medzi molekulárnou a cytologickou genetikou, boli: a) objavenie v eukaryotickom genóme okrem DNA s jedinečnými sekvenciami aj veľkého podielu DNA s rovnakými alebo podobnými nukleotidovými sekvenciami, ktoré sa mnohokrát opakovali stokrát a tisíckrát (G. P. Georgiev, 1973; S. A. Limborskaya, 1975); b) detekcia nerovnomernej lokalizácie DNA s rôznymi charakteristikami v sade chromozómov: DNA s najväčším počtom opakujúcich sa sekvencií je lokalizovaná v heterochromatických oblastiach chromozómov.

Doposiaľ sa frakcionácia DNA a stanovenie chromozomálnej lokalizácie frakcií uskutočňovali na mnohých druhoch organizmov. Každý druh je charakterizovaný svojou špecifickou štruktúrou genómu z hľadiska zloženia DNA a špecifickosti ich distribúcie pozdĺž sady chromozómov. Veľa práce v tejto oblasti sa vykonalo na ľudských bunkách. Výsledky v nich získané sumarizujú A.F.Zakharov (1977) a Jones (1973).

DNA ľudského genómu možno rozdeliť na DNA s jedinečnými kópiami (asi 64 %) a DNA s opakovanými sekvenciami. Podľa rýchlosti renaturácie, ktorá odráža opakovateľnosť nukleotidových sekvencií, možno poslednú frakciu rozdeliť na DNA s nízkou (13,4 %), strednou (12,3 %) a vysokou (10,3 %) rýchlosťou renaturácie molekúl DNA. V ľudskom genóme má teda asi 10 % všetkej DNA vysokú mieru opakovania identických sekvencií.

Pomocou gradientovej ultracentrifugácie boli zo skupiny DNA s vysokou opakovateľnosťou sekvencie izolované najmenej štyri typy takzvanej satelitnej DNA. Okrem týchto typov DNA bola v experimentoch s hybridizáciou DNA-RNA študovaná aj chromozomálna lokalizácia DNA kódujúcej syntézu 5S, 18S a 28S ribozomálnych RNA. V súčasnosti sa distribúcia rôznych typov DNA v ľudských chromozómoch javí nasledovne.

DNA s nízkym a stredným opakovaním nukleotidových kópií sa nachádza vo všetkých chromozómoch a je lokalizovaná po celej dĺžke ich ramien.

DNA s vysokým počtom opakovaní nukleotidových kópií sa nachádza hlavne v pericentromérnych a čiastočne telomerických oblastiach. Jednotlivé satelitné DNA sú distribuované nerovnomerne na rôznych chromozómoch. Chromozóm Y je teda obzvlášť bohatý na satelitnú DNA I a IV, chromozómy 1 a 16 obsahujú najviac satelitnej DNA II a chromozóm 9 obsahuje III. Ribozomálna DNA 18S a 28S je obsiahnutá takmer výlučne v krátkych ramenách všetkých 10 akrocentrických chromozómov. Distálna časť dlhého ramena autozómu 1 je prevládajúcou lokalizáciou piestov kódujúcich 5S RNA. Je možné, že in situ hybridizáciou DNA s RNA bude možné mapovať nielen polygénne lokusy, ale aj štruktúrne gény, ktoré sa opakujú v malom počte krát (Rotterdam. Conference, 1974).

Dve najdôležitejšie vlastnosti genetickej organizácie eukaryotov sú rozdielna aktivita štrukturálnych génov a veľký podiel gény regulujúce tento proces musia byť založené na vhodnej štruktúrnej organizácii chromozómu. Desaťročia tvrdej práce cytogenetikov nás dnes priviedli oveľa bližšie k pochopeniu toho, ako štruktúra a funkcia interaguje v chromozóme, ako chromozóm vykonáva svoju komplexnú úlohu integrácie systému génov.

Prvým základným znakom štrukturálnej a funkčnej organizácie chromozómu je existencia dvoch rôznych funkčných typov chromozomálneho materiálu – euchromatínu a heterochromatínu, ktorých hlavný rozdiel spočíva v transkripčnej aktivite.

Nedostatočná genetická aktivita heterochromatínu je spôsobená buď chudobou štruktúrnych génov (štrukturálny heterochromatín), alebo dočasným vylúčením chromozómovej oblasti nesúcej takéto gény z genetickej transkripcie (fakultatívny heterochromatín, heterochromatinizácia).

Druhým najdôležitejším znakom chromozomálnej organizácie je lineárne rozdelenie chromozómu na sekcie pozostávajúce z rôznych typov chromatínu. Každý chromozóm sa vyznačuje jedinečným usporiadaním hetero- a euchromatických oblastí.

Rozdelenie chromatínu podľa genetickej významnosti dobre koreluje s rozdielom v typoch chromatínu a množstvom ďalších charakteristík: stav kondenzácie v interfázovom jadre a chronológia kondenzácie v mitotickom a meiotickom cykle; čas replikácie DNA;

v súvislosti s farbením fluorochrómmi alebo nefluorescenčnými farbivami; citlivosť na škodlivé účinky chemických mutagénov; chemické vlastnosti DNA a zjavne aj proteínov, ktoré tvoria chromatín; fenotypové prejavy chromozomálne preskupenia. Heterochromatín sa vyznačuje kondenzovaným stavom v medzifázovom jadre, pokročilou kondenzáciou v profáze mitózy a meiózy a schopnosťou spontánne alebo vplyvom určitých vplyvov zaostávať v kondenzácii v metafáze mitózy. V porovnaní s euchromatínom sa heterochromatické oblasti chromozómov reprodukujú v neskorších segmentoch periódy S. Pri diferenciálnom farbení pomocou G- a C-metód si heterochromatické segmenty zachovávajú schopnosť farbiť (G-segmenty) a dokonca aj intenzívne farbiť (C-segmenty). V cytogenetike je dobre známa nerovnomerná distribúcia po dĺžke chromozómu jeho štrukturálneho poškodenia vyvolaného mutagénnymi látkami: práve heterochromatické oblasti sú charakterizované zvýšeným poškodením. DNA s opakovane sa opakujúcimi nukleotidovými sekvenciami je charakteristická pre heterochromatín. Na rozdiel od euchromatínu, ktorý obsahuje unikátne gény, ktorých nerovnováha negatívne ovplyvňuje fenotyp organizmu, zmeny v množstve heterochromatínu neovplyvňujú alebo podstatne menej ovplyvňujú vývoj vlastností organizmu.

Vzájomná prepojenosť rôznych štrukturálnych a funkčných charakteristík chromozómu je treťou základnou črtou chromozomálnej organizácie. Otázka príčinno-dôsledkových vzťahov v uvedenom korelačnom komplexe sa aktívne študuje. Je potrebné získať odpoveď najmä na otázku, či je možné celú rôznorodosť vlastností rôznych typov chromatínu zredukovať na rozdiely v chemických charakteristikách chromozomálnej DNA. Bez ohľadu na pokrok v chápaní týchto korelácií však ich fenomenológia slúži ako hlavný nástroj na pochopenie štrukturálneho a funkčného delenia každého špecifického ľudského chromozómu. Pozdĺžna diferenciácia jednotlivých chromozómov hustotou kondenzácie, farbiteľnosťou určitými farbivami, charakteristikami ich konštitučnej DNA a inými charakteristikami neobsahuje formálne znaky identifikácie chromozómov alebo ich úsekov, ale znaky, ktoré majú genetický význam. Táto nová oblasť ľudskej cytogenetiky sa rýchlo rozvíja a v kombinácii s pokrokom v mapovaní chromozómov posunie ľudskú cytogenetiku na ešte vyššiu úroveň. Z dostupných informácií o tomto probléme sú pre genetiku zaujímavé nasledujúce.

Heterochromatín zafarbený technikou farbenia C sa nachádza vo všetkých ľudských chromozómoch a nazýva sa štruktúrny heterochromatín. Vo všetkých autozómoch a chromozóme X zaberá, ako vo väčšine chromozómov iných biologických druhov, pericentromérnu oblasť. Na chromozóme Y je lokalizovaný v distálnej časti dlhého ramena. Množstvo C-heterochromatínu sa v rôznych chromozómoch líši. Jeho obzvlášť veľké bloky, siahajúce hlavne k dlhým ramenám, sú obsiahnuté v autozómoch 1, 9 a 16; Práve tieto oblasti sú známe ako najpravidelnejšie sekundárne zúženia. Obzvlášť malé bloky tohto chromatínu sú pozorované v autozóme 2 a v X chromozóme. V akrocentrických chromozómoch sa heterochromatín rozširuje na krátke ramená.

Zdá sa, že pericentromérny heterochromatín nie je rovnaký v rôznych chromozómoch, čo vyplýva z viacerých faktov. Táto heterogenita je už odhalená rôznym optimálnym časom a pH alkalického rozsahu používaného v technike farbenia C, pri ktorej sa C-chromatín objavuje v rôznych chromozómoch. Heterogenita je obzvlášť demonštračná pri farbení chromozómov chinínom alebo chinínovým horčicom: C-heterochromatín autozómov 1, 9 a 16 vôbec nefluoreskuje a heterochromatín autozómov 3, 4, akrocentrické chromozómy a Y-chromozóm mimoriadne jasne žiaria. Genetický význam heterogenity ľudského C-heterochromatínu ešte nie je jasný. Chemický základ tejto heterogenity sa začína objasňovať. Experimenty s hybridizáciou DNA s RNA na cytologických preparátoch preukázali, že rozdiely v heterochromatíne rôznych ľudských chromozómov môžu súvisieť s vlastnosťami štruktúry DNA. Vo všetkých prípadoch ide o DNA s opakovanými nukleotidovými sekvenciami, ale zdá sa, že rôzne chromozómy obsahujú rôzne triedy DNA. Z dobre charakterizovaných satelitných DNA sa teda satelity I a IV nachádzajú vo veľkých množstvách v chromozóme Y, satelit II - v heterochromatíne autozómov 1 a 16, satelit III - v heterochromatíne autozómu 9. Štrukturálny heterochromatín akrocentrického chromozómy sú hlavným nosičom ribozomálnej DNA.

V úplnom súlade s údajmi všeobecnej cytogenetiky o slabom negatívnom vplyve nerovnováhy v heterochromatickom materiáli na vývoj tela existujú informácie o existencii významného polymorfizmu v ľudskej populácii v dôsledku veľkosti pericentromérneho heterochromatínu. Obsah štruktúrneho heterochromatínu typu C sa obzvlášť výrazne líši v autozómoch 1, 4, 9, 13-15, 16, 21-22 a Y chromozóme. Absencia fenotypových odchýlok od normy u väčšiny nosičov takýchto karyotypových variantov nám umožňuje považovať ich za normálne varianty. Tento problém sa však dostal do programu len nedávno. Vyžaduje si to starostlivý výskum na veľkom populačnom materiáli, kým sa načrtnú rozumné hranice chromozomálnej normy, za ktorou sa organizmus nestane ľahostajným voči nerovnováhe v heterochromatíne.

Existuje mnoho dôvodov na zváženie chromozomálnych oblastí, ktoré sa farbia pozitívne pomocou G-metódy ako typu štruktúrneho heterochromatínu. Túto myšlienku okrem vzťahu k farbivám podporuje neskorá replikácia týchto oblastí, ich tvorba chromomérov v profáznych meiotických chromozómoch a schopnosť zaostávať v mitotickej kondenzácii pod vplyvom 5-brómdeoxyuridínu alebo chladu. Je dôležité poznamenať, že nerovnováha v autozómoch, najmä v tých, ktoré sú bohaté na chromatín farbený G, má za následok výskyt najmenej závažných vývojových anomálií pre jednotlivého nosiča takejto nerovnováhy. Do tejto kategórie chromozomálnych abnormalít teda patria trizómie 13, 18 a 21. Existujú aj správy, že DNA s priemerným opakovaním identických nukleotidových sekvencií je lokalizovaná v G-zafarbených segmentoch chromozómov.

Otázky, ktorým čelí ľudská cytogenetika, týkajúce sa štruktúry, lokalizácie a najmä genetického významu štruktúrneho heterochromatínu, sú relatívne nové.

Pokrok v ich riešení nemožno oddeliť od pokroku v dešifrovaní povahy heterochromatínu v eukaryotoch ako celku.

Okrem štruktúrneho heterochromatínu existuje fakultatívny heterochromatín, ktorého výskyt v chromozóme je spôsobený heterochromatinizáciou euchromatických oblastí za špeciálnych podmienok. Existujú spoľahlivé dôkazy o existencii tohto javu v ľudských chromozómoch na príklade genetickej inaktivácie jedného z chromozómov X v r. somatické bunkyženy. U ľudí a iných cicavcov áno špeciálny prípad fenomén prvýkrát objavený u Drosophila Muller v roku 1932 a nazývaný „kompenzácia dávky génov“. U cicavcov spočíva jeho podstata v evolučne sformovanom mechanizme inaktivácie druhej dávky génov lokalizovaných v X chromozóme, vďaka čomu sú si mužské a ženské organizmy napriek nerovnakému počtu X chromozómov v počte fungujúcich génov rovné.

Zodpovedajúca hypotéza, ktorú sformuloval Lyon (1961, 1974), pozostáva z troch hlavných ustanovení:

1. V somatických bunkách normálneho ženského tela je jeden z dvoch X chromozómov inaktivovaný.

2. V rôznych bunkách tela je inaktivovaný buď materský alebo otcovský chromozóm X.

3. Inaktivácia nastáva v ranom embryonálnom období a je trvalo zadržiavaná daným X chromozómom v bunkových generáciách.

Lyonova hypotéza je založená na veľkom počte genetických a cytologických faktov, vrátane faktov získaných na ľuďoch, ktoré sa v priebehu rokov od jej návrhu neustále aktualizujú a informácie o nich možno nájsť v množstve recenzií (A.F. Zakharov, 1968; Lyon , 1972, 1974; Ghandra, Brown, 1975 atď.).

Genetické fakty sú založené na skutočnosti, že heterozygoti pre X-spojené znaky majú dve bunkové populácie. V jednom z nich sa prejavuje účinok génu materského chromozómu X, v druhom - otcovskom, ktorý je spojený s inaktiváciou otcovských alebo materských alel. Lyon pri formulovaní svojej hypotézy vychádzala z prípadov mozaikového sfarbenia srsti myší, ktoré bolo spôsobené inaktiváciou v rôznych častiach tela buď divokého génu, alebo jeho mutantnej alely. U ľudí sa získal podrobný dôkaz o existencii dvoch populácií buniek v tele heterozygotných žien, z ktorých každá je inaktivovaná jedna z dvoch alel génu lokalizovaného na chromozóme X, a to štúdiom účinkov génov glukózy. -6-fosfátdehydrogenáza, fosfoglycerátkináza, hypoxantínfosforibozyltransferáza, krvná skupina erytrocytov Xg (a), pri štúdiu agamaglobulinémie viazanej na X a mukopolysacharidózy (Hunterov syndróm), hemofílie. U heterozygotov pre elektroforetické varianty glukózo-6-fosfátdehydrogenázy sa potvrdilo, že u ľudí je chromozóm X inaktivovaný v ranom embryonálnom období (Migeon, Kennedy, 1975). Tieto zistenia je potrebné mať na pamäti pri interpretácii údajov o X-viazaných dedičných ochoreniach, najmä u jednovaječných dvojčiat.

Cytologický dôkaz v prospech Lyonovej hypotézy je tiež veľmi presvedčivý a je taký, že v normálnych ženských somatických bunkách jeden z dvoch chromozómov X spĺňa charakteristiky heterochromatinizovaného chromozómu. V medzifázovom jadre sa nachádza vo forme takzvaného Barrovho telieska (X-chromatín) - husto kondenzovaného, ​​intenzívne sfarbeného zhluku chromatínu. V profáze je tento chromozóm pred svojim homológom, druhým chromozómom X, v kondenzačnom cykle. V experimentálnych podmienkach vystavenia chladu alebo 5-brómdeoxyuridínu jeden z chromozómov X výrazne zaostáva v kondenzácii, pričom sa v tomto smere nelíši od štruktúrneho heterochromatínu autozómov 1, 9, 16 a chromozómu Y. Druhý chromozóm X je jedným z najviac oneskorených na začiatku a na konci replikácie DNA.

Štúdia mnohých prípadov anomálií v systéme X-chromozómov u ľudí ukazuje, že fenomén kompenzácie dávky génov sa vzťahuje aj na všetky prípady abnormalít v počte X-chromozómov, pričom iba jeden X-chromozóm zostáva v aktívnom stave. somatickej bunky. X-polyzómia je v tomto smere obzvlášť demonštračná, keď sa počet inaktivovaných X chromozómov rovná počtu prítomných v bunke mínus jeden geneticky fungujúci.

Ako je uvedené vyššie, informácie o ľudskom karyotype sa neustále rozširujú a výskum sa stále viac uskutočňuje na molekulárnej úrovni. Cytologické štúdium materiálneho základu ľudskej dedičnosti je dobre doplnené genetickou analýzou diskrétnych znakov.

Kapitola 3. Cytogenetická metóda.

Ľudská genetika využíva množstvo výskumných metód, ktoré sa využívajú aj v iných odvetviach biológie – genetika, fyziológia, cytológia, biochémia atď. Antropogenetika má tiež svoje výskumné metódy: cytogenetické, dvojčatné, genealogické atď.

Úspechy molekulárnej biológie a biochémie výrazne prispeli k rozvoju genetiky. V súčasnosti zohrávajú biochemické a molekulárne genetické metódy výskumu vedúcu úlohu v genetike človeka a lekárskej genetike. Klasické metódy genetiky človeka, akými sú cytogenetické, genealogické a dvojčatá, však majú v súčasnosti značný význam najmä v otázkach diagnostiky, medicínsko-genetického poradenstva a prognózy potomstva.

Zoznámime sa so schopnosťami cytogenetickej metódy.

Podstatou tejto metódy je štúdium štruktúry jednotlivých chromozómov, ako aj charakteristiky súboru chromozómov ľudských buniek v zdraví a chorobe. Vhodnými predmetmi na to sú lymfocyty, bunky bukálneho epitelu a iné bunky, ktoré sa dajú ľahko získať, kultivovať a podrobiť karyologickej analýze. Je to dôležitá metóda na určenie pohlavia a chromozómov dedičné choroby osoba.

Základom cytogenetickej metódy je štúdium morfológie jednotlivých chromozómov ľudských buniek. Súčasný stupeň poznania štruktúry chromozómov je charakterizovaný vytváraním ich molekulárnych modelov najdôležitejšie štruktúry nucleus, pričom študuje úlohu jednotlivých chromozómových komponentov pri ukladaní a prenose dedičnej informácie.

V kapitole 1 sme sa pozreli na zložky chromozómov, ako sú proteíny a nukleové kyseliny. Tu sa stručne zastavíme pri štruktúre a morfológii chromozómov.

Štruktúra chromozómov.

Chromozomálnu teóriu dedičnosti vytvoril americký vedec T. G. Morgan. Po vykonaní veľkého počtu štúdií o ovocnej muške Drosophila Morgan a jeho študenti zistili, že faktory dedičnosti objavené Mendelom, ktoré sa nazývali gény, sa nachádzajú v chromozómoch. T. Morgan a jeho študenti ukázali, že gény sú umiestnené lineárne pozdĺž dĺžky chromozómu.

Po tom, čo sa dokázalo, že chromozómy sú hlavnými genofórmi (nositeľmi génov), začalo obdobie ich najintenzívnejšieho štúdia. Pokroky v molekulárnej biológii a genetike umožnili porozumieť niektorým vzorcom štruktúry a fungovania chromozómov u prokaryotov a eukaryotov, no veľa zostáva neznámych. Chromozómy eukaryotov, najmä človeka, sa v posledných rokoch stávajú predmetom skúmania rôznych špecialistov, od genetikov až po fyzikov.


Teraz sa zistilo, že štruktúra chromozómu je založená na chromatíne - komplexnom komplexe DNA, proteínov, RNA a ďalších látok, ktoré tvoria chromozóm (o štruktúre chromatínu sme podrobne hovorili v 1. kapitole). Predpokladá sa, že ľudský chromozóm obsahuje jednu obrovskú molekulu DNA, molekuly RNA, históny a kyslé proteíny, rôzne enzýmy, fosfolipidy, kovy Ca 2+, Mg 2+ a niektoré ďalšie látky. Spôsob, akým sú molekuly týchto chemických zlúčenín naskladané a vzájomne usporiadané v chromozóme, zatiaľ nie je známy. Dlhé vlákno DNA nemôže byť umiestnené náhodne na chromozóme. Existuje predpoklad, že reťazec DNA je zabalený pravidelným spôsobom a je spojený s proteínmi.

F. Arrighi a spoluautori (1971) zistili, že jedinečné sekvencie zaberajú viac ako 56% DNA ľudských chromozómov, vysoko repetitívne - 12,4%, intermediárne opakovania - 8%. Celkový počet opakovaných génov v DNA ľudského chromozómu je 28%. Počet chromozómov u ľudí zostal dlho nejasný. Faktom je, že bolo ťažké určiť počet chromozómov u cicavcov, najmä u ľudí. Ukázalo sa, že chromozómy sú malé, veľmi početné a ťažko spočítateľné. Keď boli bunky fixované, spojili sa do zhlukov, čo sťažovalo určenie skutočného počtu chromozómov. Prví výskumníci preto nedokázali presne a správne spočítať počet chromozómov v ľudských bunkách. Boli nazývané rôzne počty chromozómov - od 44 do 50.

Typicky sa chromozómy v bunkách pozorujú počas mitózy v štádiu metafázy. V interfázovom jadre nie sú chromozómy viditeľné pod svetelným mikroskopom. V roku 1912 G. Winivarter pri štúdiu chromozómov v spermatogóniách a oogóniách ľudských pohlavných žliaz odstránených počas operácie zistil, že mužská sada chromozómov (karyotyp) obsahuje 47 chromozómov a ženská sada - 48. V roku 1922 T. Paynter zopakoval výskum Winivarter a zistil, že mužský a ženský karyotyp obsahuje každý 48 chromozómov, ale samica sa líši od mužského iba v dvoch chromozómoch. Ženy majú 2 veľké pohlavné chromozómy, zatiaľ čo muži majú jeden veľký chromozóm X a jeden malý chromozóm K. V nasledujúcich rokoch tento názor podporili ďalší vedci. P.I. Zhivago a A.G. Andrea (1932) navrhli prvú klasifikáciu chromozómov v závislosti od ich dĺžky. Keďže chromozómy sú umiestnené veľmi blízko seba a je veľmi ťažké ich študovať, v nasledujúcich rokoch bol presný počet chromozómov u ľudí predmetom sporov a diskusií. Postupne však došlo k dohode medzi výskumníkmi v tejto otázke a 30 rokov sa väčšina cytogenetikov domnievala, že u ľudí je diploidný počet chromozómov 48 a haploidný počet je 24. Vylepšené metódy štúdia chromozómov umožnili získať viac presné informácie o počte chromozómov v ľudských bunkách, ako aj na identifikáciu abnormalít normálneho karyotypu zodpovedného za niektoré deformácie. Dve metódy sa ukázali ako obzvlášť užitočné:

1. Ošetrenie bunkovej kultúry alkaloidom kolchicín, čo vedie k akumulácii deliacich sa buniek v štádiu metafázy;

2. Ošetrenie buniek slabými soľnými roztokmi, ktoré spôsobujú opuch a narovnávanie chromozómov, čo uľahčuje ich štúdium.

V roku 1956 švédski cytológovia J. Tiyo a A. Levan pripravili bunkové kultúry z pľúcneho tkaniva odobratého z potratených ľudských embryí a pomocou vylepšených techník spracovania buniek získali nezvyčajne čisté preparáty, v ktorých bolo jasne viditeľných 46 chromozómov.

O niekoľko mesiacov neskôr C. Ford a J. Hammerton v Anglicku zistili, že diploidné prekurzory zárodočných buniek v semenníkoch mužov (spermatogónia) majú tiež 46 chromozómov a haploidné (spermatocyty 1. divízie) majú 23 chromozómov.

Potom sa študovalo veľa buniek z rôznych ľudských orgánov a tkanív a všade sa ukázalo, že normálny počet chromozómov je 46.

Ženský karyotyp sa od mužského líši len v jednom pohlavnom chromozóme. Zvyšných 22 párov je rovnakých pre mužov aj ženy. Týchto 22 párov chromozómov sa nazýva autozómy. Normálny karyotyp pozostáva zo 44 autozómov (22 párov) a dvoch pohlavných chromozómov - XX u žien a XY u mužov, t.j. ženský karyotyp má dva veľké pohlavné chromozómy a mužský má jeden veľký a jeden malý.

V ľudských zárodočných bunkách je jeden (haploidný) súbor chromozómov - 23 a v somatických bunkách - dvojitý (diploidný) súbor - 46. Tieto objavy podnietili ďalšie štúdium chromozómov. Boli vyvinuté metódy na štúdium chromozómov v kultivovaných lymfocytoch periférnej krvi a iných objektoch. V súčasnosti sa chromozómy pomerne ľahko vyšetrujú v lymfocytoch periférnej krvi. Venózna krv je umiestnená v špeciálnom živné médium, pridajte fytohemaglutinín, ktorý stimuluje bunky k deleniu a umiestnite ho do termostatu na 72 hodín. 6 hodín pred koncom inkubácie sa sem pridáva kolchicín, ktorý oneskoruje proces bunkového delenia v štádiu metafázy platničky. Kultúra sa potom umiestni do hypotonického roztoku NaCl, v ktorom bunky napučiavajú, čo vedie k ľahkému pretrhnutiu jadrových membrán a prechodu chromozómov do cytoplazmy. Potom sa prípravky zafarbia jadrovými farbivami, najmä acetoorceínom, a skúmajú sa pod ponorným svetelným mikroskopom.

Pod mikroskopom brať do úvahy Celkom chromozómy, odfotografujte ich, potom vystrihnite každý chromozóm z fotografie nožnicami a prilepte ho na prázdny list papiera v rade, počnúc najväčším (prvým) chromozómom a končiac najmenším (dvadsiatim druhým) a pohlavným Y chromozómom . Luminiscenčná technika umožňuje rýchlo a jednoducho vykonávať hromadné štúdie s cieľom identifikovať pacientov s rôznymi typmi chromozomálnych abnormalít. Súbor kvantitatívnych (počet chromozómov a ich veľkosti) a kvalitatívnych (morfológia chromozómov) charakteristík diploidného súboru jednej bunky označujeme pojmom „karyotyp“. Štruktúra chromozómov sa mení v závislosti od štádia bunkového delenia (profáza, metafáza, anafáza, telofáza).

Už v profáze mitózy je zrejmé, že chromozóm tvoria dve vzájomne sa prelínajúce vlákna rovnakého priemeru – chromatidy. V metafáze je chromozóm už špirálovitý a jeho dve chromatidy ležia paralelne, oddelené úzkou medzerou. Každá chromatid sa skladá z dvoch polovičných chromatidov. V dôsledku mitózy sa chromatidy materského chromozómu stanú sesterskými chromozómami a polovičné chromatidy sa stanú ich chromatidami. Základom chromatíd sú chromonemy – takzvané tenšie vlákna DNP, pozostávajúce z proteínu a nukleových kyselín.

Počas interfázy (obdobie medzi dvoma deleniami buniek) je chromatín úzko spojený s jadrovými membránami a matricou jadrového proteínu. Tvorí tiež veľké plochy despiralizovaných vlákien DNP. Potom sa chromatín postupne špirálovito roztáča a tvorí typickú metafázu chromozómov. Ich veľkosť sa pohybuje od 2 do 10 mikrónov.

V súčasnosti sa intenzívne študujú štrukturálne znaky autozómov a pohlavných chromozómov (na bunkách kostnej drene, lymfocytoch, fibroblastoch, kožných bunkách, regenerujúcej pečeni).

Chromozómy obsahujú štruktúry nazývané chromoméry. Chromomér je špirálovitá časť chromonemy. Priestory medzi chromomérmi sú reprezentované chromonemerálnymi vláknami. Umiestnenie chromomérov na každom chromozóme je prísne fixné a dedične určené.

Chromomér je pomerne veľká genetická jednotka, ktorá je svojou dĺžkou porovnateľná s chromozómom E. coli. Štruktúra a funkcia chromoméru je hlavnou záhadou modernej genetiky. Predpokladá sa, že niektoré chromoméry sú jedným genetickým lokusom, kde je jeden štruktúrny gén a mnoho regulačných génov. Je možné, že niekoľko štrukturálnych génov sa nachádza v iných chromoméroch.

Chromonemy a chromoméry sú obklopené nefarbivou látkou - matricou. Predpokladá sa, že matrica obsahuje deoxyribonukleové a ribonukleové kyseliny a proteíny.

Niektoré časti chromozómov tvoria jadierka. Jadierka sú viac-menej despiralizované úseky chromozómov, obklopené produktmi génovej aktivity (ribozómy, častice RNA a pod.). Tu dochádza k syntéze ribozomálnej RNA a tiež sa uskutočňujú určité štádiá tvorby ribozómov. Syntetizuje väčšinu bunkovej RNA.

V metafázovom chromozóme sa rozlišuje niekoľko ďalších útvarov: centroméra, dve ramená chromozómu, teloméry a satelit.

Centromerická (meros – po grécky časť) oblasť chromozómu je nezafarbený zlom v chromozóme, ktorý je viditeľný na chromozómovom preparáte. Centroméra obsahuje 2-3 páry chromomérov a má zložitú štruktúru. Predpokladá sa, že riadi pohyb chromozómov v mitóze. Vretenové vlákna sú pripojené k centromérom.

Zložitú štruktúru majú aj teloméry – špeciálne štruktúry na koncoch chromozómov. Obsahujú niekoľko chromomérov. Teloméry bránia terminálnemu pripojeniu metafázových chromozómov k sebe navzájom. Absencia telomér spôsobuje, že chromozóm je „lepkavý“ - ľahko sa pripája k iným fragmentom chromozómu.

Niektoré oblasti chromozómu sa nazývajú euchromatické, iné sa nazývajú heterochromatické. Euchromatické oblasti chromozómov sú geneticky aktívne oblasti, obsahujú hlavný komplex funkčných jadrových génov. Strata aj toho najmenšieho fragmentu euchromatínu môže spôsobiť smrť organizmu. Heterochromatické oblasti chromozómov sú zvyčajne vysoko špirálovité a spravidla geneticky neaktívne. V heterochromatíne je nukleárny organizátor. Strata aj významnej časti heterochromatínu často nevedie k smrti organizmu. Heterochromatické oblasti chromozómu sa replikujú neskôr ako euchromatické oblasti. Malo by sa pamätať na to, že euchromatín a heterochromatín nie sú látkou, ale funkčným stavom chromozómu.

Ak usporiadate fotografie homológnych chromozómov podľa rastúcej veľkosti, môžete získať takzvaný karyotypový idiogram. Idiogram je teda grafickým znázornením chromozómov. V idiograme sú páry homológov usporiadané v radoch v poradí klesajúcej veľkosti.

V ľudskom idiograme sa medzi 46 chromozómami rozlišujú tri typy chromozómov v závislosti od polohy centroméry v chromozóme:

1. Metacentrická - centroméra zaujíma centrálnu polohu v chromozóme, obe ramená chromozómu majú takmer rovnakú dĺžku;

2. Submetacentrická – centroméra sa nachádza bližšie k jednému koncu chromozómu, výsledkom čoho sú ramená chromozómov rôznej dĺžky.

Klasifikácia ľudských chromozómov podľa veľkosti a umiestnenia centroméry
Skupina chromozómov Číslo karyotypu Charakteristika chromozómov
A(1) 1,2,3 1 a 3 takmer metacentrické a 2-veľké submetacentrické
O 11) 4,5 veľký subakrocentrický
C (III) 6-12 priemerný submetacentrický
A(lV) 13-15 priemerný akrocentrický
E(V) 16-18 malý submetacentrický
F(VI) 19-20 najmenší megacentrický
G(VII) 21-22 najmenší akrocentrický
chromozóm X (patrí do skupiny III 23 stredná takmer metacentrická
Y chromozóm 23 malý akrocentrický

3. Akrocentrický – centroméra sa nachádza na konci chromozómu. Jedno rameno je veľmi krátke, druhé dlhé. Chromozómy nie je veľmi ľahké rozlíšiť jeden od druhého. S cieľom zjednotiť metódy identifikácie chromozómov navrhli cytogenetici na konferencii v roku 1960 v Denveri (USA) klasifikáciu, ktorá zohľadňuje veľkosť chromozómov a umiestnenie centromér. Patau v tom istom roku doplnil túto klasifikáciu a navrhol rozdelenie chromozómov do 7 skupín. Podľa tejto klasifikácie prvá skupina A zahŕňa veľké 1, 2 a 3 sub- a akrocentrické chromozómy. Druhá skupina B zahŕňa veľké submetacentrické páry 4-5. Tretia skupina C zahŕňa priemerný subakrocentrický (6-12 párov) a chromozóm X, ktorého veľkosť je medzi 6 a 7 chromozómami. Skupina D (štvrtá) zahŕňa stredné akrocentrické chromozómy (13, 14 a 15 párov). Do skupiny E (piata) - malé submetacentrické chromozómy (16, 17 a 18 párov). Do skupiny F(šiesty) malý metacentrický (19 a 20 párov) a do skupiny G (siedmy) - najmenšie akrocentrické chromozómy (21 a 22 párov) a malý akrocentrický pohlavný Y chromozóm (tabuľka 4).

Existujú aj iné klasifikácie chromozómov (Londýn, Paríž, Chicago), v ktorých sú rozpracované, špecifikované a doplnené ustanovenia denverskej klasifikácie, čo v konečnom dôsledku uľahčuje identifikáciu a označenie každého z ľudských chromozómov a ich častí.

Akrocentrické chromozómy skupiny IV (D, 13-15 párov) a skupiny VII (G, 21-22 párov) na krátkom ramene nesú malé prídavné štruktúry, tzv. satelity. V niektorých prípadoch tieto satelity spôsobujú vzájomné priľnutie chromozómov počas bunkového delenia v meióze, čo vedie k nerovnomernej distribúcii chromozómov. Jedna pohlavná bunka má 22 chromozómov a druhá 24. Takto vznikajú monozómie a trizómie pre jeden alebo druhý pár chromozómov. Fragment jedného chromozómu sa môže pripojiť k chromozómu inej skupiny (napríklad fragment 21 alebo 22 spája 13 alebo 15). Takto dochádza k translokácii. Trizómia chromozómu 21 alebo translokácia jeho fragmentu je príčinou Downovho syndrómu.

V rámci týchto siedmich skupín chromozómov je takmer nemožné identifikovať chromozómy len na základe vonkajších rozdielov viditeľných jednoduchým mikroskopom. Ale pri spracovaní chromozómov Acrichini a pomocou množstva ďalších metód farbenia ich možno identifikovať. Známe sú rôzne

metódy diferenciálneho farbenia chromozómov pomocou Q-, G-, C-techniky (A.F. Zakharov, 1973) (obr. 27). Uveďme si niektoré metódy identifikácie jednotlivých ľudských chromozómov. Široko používané sú rôzne modifikácie metódy tzv Q. Napríklad metóda QF používa fluorochrómy; metóda QFQ - s použitím chinínu; Metóda QFH - pomocou špeciálneho farbiva od Hext č. 33258, ktoré deteguje opakujúce sa nukleotidové sekvencie v chromozomálnej DNA (satelitná DNA a pod.). Modifikácie metódy trypsínu GT sú silným nástrojom na štúdium a individuálnu charakterizáciu chromozómov. Nazvime si napríklad metódu GTG, ktorá zahŕňa ošetrenie chromozómov trypsínom a farbenie Giemsovým farbivom a metódu GTL (liečba trypsínom a farbenie podľa Leitmana).

Známe sú spôsoby využívajúce úpravu chromozómov acetátovými soľami a Giemsovým farbivom, spôsoby využívajúce hydroxid bárnatý, akridínoranž a iné.

Chromozómová DNA sa deteguje pomocou Feulgenovej reakcie, farbením metylovou zeleňou, akridinooranžom a farbivom č. 33258 od Hext. Akridínová oranžová tvorí dimérne asociácie s jednovláknovou DNA a vytvára červenú luminiscenciu, s dvojvláknovou špirálovitou DNA tvorí jednorozmerné asociácie a luminiscuje so zeleným svetlom.

Meraním intenzity červenej luminiscencie je možné posúdiť jej množstvo voľné miesta v DNP a chromatíne a pomer zeleno-červenej luminiscencie udáva funkčnú aktivitu chromozómov.

Históny a kyslé chromozómové proteíny sa detegujú pri rôznych hodnotách pH farbením bromofenodovou modrou, silnou zelenou, striebornou, imunoluminiscenčnou metódou, RNA - farbením halucianínovým kamencom, farbivom Hext č. 1, akridinooranž pri zahriatí na 60°.

Široko sa používa elektrónová mikroskopia, histoautorádiografia a množstvo ďalších metód.

V roku 1969 švédsky biológ T. Kaspersson a jeho spolupracovníci ukázali, že chromozómy zafarbené horčicou quinoa a osvetlené pod mikroskopom s najdlhšou vlnovou dĺžkou časti ultrafialového spektra začínajú luminiscovať, pričom niektoré časti chromozómov žiaria jasnejšie a iné slabšie. Dôvod je iný chemické zloženie povrchu chromozómu. V nasledujúcich rokoch vedci zistili, že konce ľudského chromozómu Y žiaria jasnejšie ako ktorýkoľvek iný ľudský chromozóm, vďaka čomu je možné chromozóm Y vo vzorke ľahko rozpoznať.

Akriquiniprit sa prednostne viaže na DNA GC páry. Jednotlivé disky heterochromatických oblastí fluoreskujú. DNA sa odstráni a žiara zmizne. Boli zostavené mapy fluorescenčných chromozómov. Z 27 druhov cicavcov majú chromozómy Y, ktoré svietia, iba ľudia, šimpanzy, gorily a orangutany. Žiara je spojená s opakovaniami génov, ktoré sa objavili v evolúcii pred 20 miliónmi rokov.

Takže normálne ľudské somatické bunky majú 46 chromozómov (23 párov) a pohlavné bunky majú 23 chromozómov, jeden chromozóm z každého páru. Keď sa spermie a vajíčko spoja v zygote, počet chromozómov sa zdvojnásobí. Každá somatická bunka ľudského tela teda obsahuje jednu sadu otcovských chromozómov a jednu sadu materských chromozómov. Ak majú ľudia 46 chromozómov, potom u rôznych opíc je počet chromozómov 34, 42, 44, 54, 60, 66.

Pri vystavení ultrazvuku resp vysoký tlak je možné rozdeliť vlákna DNA, ktoré tvoria chromozóm, na samostatné fragmenty. Zahriatím roztokov DNA na teplotu 80-100°

Môže dôjsť k denaturácii DNA, čo spôsobí oddelenie dvoch vlákien, ktoré ju tvoria. Za určitých podmienok sa môžu oddelené reťazce DNA znovu spojiť do stabilnej molekuly dvojvláknovej DNA (reasociácia alebo renaturácia DNA). Denaturáciu a renaturáciu DNA možno tiež dosiahnuť na preparátoch fixovaných chromozómov ich zodpovedajúcim spracovaním. Ak sa potom chromozómy zafarbia Giemsovým farbivom, objaví sa v nich jasné priečne pruhovanie pozostávajúce zo svetlých a tmavých pruhov. Umiestnenie týchto pásov je na každom chromozóme iné. Každý z 23 párov chromozómov teda možno identifikovať aj pomocou Giemsových diskov.

Tieto a ďalšie techniky, najmä hybridizácia somatických buniek rôznych zvierat a ľudí, sa používajú na mapovanie chromozómov, teda na určenie polohy rôznych génov na konkrétnom chromozóme. V súčasnosti je na ľudských autozómoch a pohlavných chromozómoch zmapovaných asi 200 génov.

Na konci roku 1975 bol v rôznych ľudských chromozómoch lokalizovaný nasledujúci počet génov (A.F. Zakharov, 1977): 1 chromozóm - 24 génov; 2 chromozómy – 10, 3-2, 4-3, 5-3, 6-14, 7-4, 8-1, 9-8, 10-5, 11-4, 12-10, 13-3, 14 -3, 15-6, 16-4, 17-14, 18-1, 19-4, 20-3, 21-4, 22-1; Y chromozóm - 2; X chromozóm - 95 génov.

Kapitola 4. Pohlavný chromatín.

V roku 1949 si M. Barr a C. Bertram pri štúdiu mačacích neurónov všimli, že medzifázové jadro bunky obsahuje intenzívne zafarbené telo a je prítomné iba v bunkových jadrách samíc a chýba u samcov. Bol nájdený u mnohých zvierat a vždy len u samíc. Toto telo sa nazýva pohlavný chromatín alebo Barrovo telo. U mnohých stavovcov a u ľudí sa objavuje v ranej ontogenéze v štádiu gastruly, ale pred vývojom pohlavné žľazy (pohlavné žľazy). Lokalizácia, tvar a štruktúra pohlavného chromatínu nie sú ovplyvnené pohlavnými hormónmi, preto nejde o sekundárnu sexuálnu charakteristiku. Medzi počtom telies pohlavného chromatínu a počtom X- chromozómy v jadre majú priame spojenie. Pohlavný chromatín v interfázových jadrách je spôsobený spiralizáciou jedného z chromozómov X, ktorého inaktivácia je mechanizmus, ktorý vyrovnáva rovnováhu génov pohlavných chromozómov v bunkách samcov a samíc (t.j. je to jeden z mechanizmov gen. kompenzácia dávky).

V roku 1961 niekoľko výskumníkov súčasne naznačilo, že jeden z chromozómov X u normálnych žien je relatívne geneticky neaktívny. V roku 1961 anglický výskumník M. Lyon predložil hypotézu o mechanizmoch inaktivácie jedného z X chromozómov buniek ženského tela. Hlavné ustanovenia tejto hypotézy sú nasledovné:

1. Jeden z dvoch X chromozómov v ženských bunkách je neaktívny.

2. Neaktívny chromozóm môže byť z otcovského alebo materského organizmu.

3. Inaktivácia nastáva v ranej embryogenéze a pretrváva počas ďalšej reprodukcie a vývoja bunkovej línie. Tento proces inaktivácie chromozómu X počas série generácií je reverzibilný:

XX*->- UH -> XX* atď. (tu je špirálovitý chromozóm X označený hviezdičkou). Portugalský genetik Serra navrhol nazvať tento typ reverzibilných zmien v genetickom materiáli treptia (z gréckeho treptos - zmena).

Stočený chromozóm X v bunke tvorí pohlavný chromatín alebo Barrovo telo. Ak majú ženy niekoľko X chromozómov v bunkovom jadre, potom je v bunkách niekoľko Barrových teliesok, aktívny zostáva iba jeden X chromozóm. Celý chromozóm X nie je inaktivovaný, časť krátkeho ramena zostáva geneticky aktívna. Inaktivácia chromozómu X závisí do určitej miery od štádia bunkového cyklu a fyziologického stavu organizmu. Prítomnosťou alebo neprítomnosťou nadbytočných Barrových teliesok je možné diagnostikovať niektoré typy dedičných chorôb (napríklad Klinefelterov syndróm, Shereshevsky-Turnerov syndróm). Bunky, ktoré neobsahujú pohlavný chromatín (chromatín-negatívne bunky), sa nachádzajú u jedincov so sadou chromozómov 45, XO (Shereshevsky-Turnerov syndróm);

46,XY(normálni muži); 47, XYY(Klinefelterov syndróm s dvoma Y chromozómami). Typicky sa v bunkách normálneho mužského tela nachádza určitý počet pseudo-Barrových teliesok (kondenzovaných úsekov autozómov) a stočených chromozómov Y, preto pri diagnostike rôznych chromozomálnych ochorení je potrebné tieto formácie rozlíšiť. z typického pohlavného chromatínu tvoreného stočeným extra X chromozómom. Barrovo telo sa nachádza s chromozómom číslo 46, XX (normálne ženy); 47, XXY a 48, XXYY (klasický Klinefelterov syndróm). Dve telieska Barr sa nachádzajú u ľudí s tromi X chromozómami (47, XXX); tri X chromozómy a jeden Y (48, XXXX, Klinefelterov syndróm); 49, ХХХУУ (Klinefelterov syndróm). Tri Barrove telieska sa nachádzajú v karyotypoch 48, XXXX a 49, XXXXY (ťažký Klinefelterov syndróm).

V polyploidných bunkách počet teliesok pohlavného chromatínu zodpovedá ploidii. Podľa Gardnerovho vzorca je počet Barrových telies (B)

rovná sa B = X - , kde X - počet X chromozómov, R - stupeň bunkovej ploidie. V nepolyploidných bunkách sa počet teliesok pohlavného chromatínu rovná počtu chromozómov X mínus jeden (IN = X - 1).

Štrukturálne zmeny chromozómov

Chromozómy môžu prejsť rôznymi štrukturálnymi zmenami. Zvlášť dôležitá je strata jednotlivých fragmentov chromozómov (štiepenie) alebo presun časti jedného chromozómu na druhý (translokácia). Translokácia sa označuje latinským písmenom /, v zátvorke sa vedľa neho píše skupinový index alebo číslo darcovského chromozómu, označenie prenášaného miesta. Rovnaké označenia sú uvedené pre chromozóm príjemcu, napríklad 46, XXt (Str++ B4 q-). Písmená v zátvorkách R A q označujú ramená chromozómov ovplyvnené translokáciou. Krátke rameno chromozómu je označené písmenom R, dlhé - písmeno q, satelit - písmeno s atď. Zvýšenie dĺžky ramena je označené znamienkom plus a zníženie - znamienko mínus (obe sú umiestnené za symbolom chromozómu).

Výskyt jedného extra chromozómu v karyotype vedie k trizómii. Viacnásobné zvýšenie počtu všetkých chromozómov sa nazýva polyploidia (môžu existovať triploidy, tetraploidy atď.). Strata jedného z páru homológnych chromozómov má za následok stav nazývaný monozómia. Zmeny v počte alebo štruktúre chromozómov sa nazývajú chromozomálne aberácie.

Zoberme do úvahy najviac bežné typyštrukturálne poruchy chromozómov – delécie a translokácie. Počas delécie sa celkový počet chromozómov nemení. Niektorým chromozómom však chýba genetický materiál, čo spôsobuje rôzne zmeny vo fenotype. Najčastejšími deléciami sú 5. a 18. autozóm a X chromozóm. Delécie vedú k rozvoju rôznych dedičných chorôb a syndrómov.

V roku 1963 opísal J. Lejeune syndróm „výkriku mačky“. Plač takýchto detí pripomína „mňaukanie mačky“. Deti majú vážne nedostatočný rozvoj hrtana, okrúhlu mesačnú tvár, mikrocefáliu, mikrognatiu, mongoloidný tvar očí, nízko položené deformované uši, svalovú hypotóniu a slabo vyjadrené sekundárne pohlavné znaky. Tieto deti sú mentálne retardované. V karyotype detí je zaznamenaná delécia krátkeho ramena 5. páru chromozómov.

Rozdelenie dlhých a krátkych ramien chromozómu 18 je sprevádzané o rôzne poruchyštruktúra tváre, kostra, vnútorné orgány. Deti majú mentálna retardácia, podvýživa, hypotónia, mikrocefália, nevyvinutie tváre, nízky hrubý hlas, nevyvinutie vonkajších genitálií, stredného ucha, atrézia vonkajšieho zvukovodu a iné anomálie.

Pri delécii krátkeho ramena chromozómu 18 sa u pacientov vyskytujú aj rôzne defekty kostry, vnútorných orgánov a mentálna retardácia.

Deléciu krátkeho ramena X chromozómu možno interpretovať ako čiastočnú monozómiu na X chromozóme. Opísané u žien, ktoré majú spomalený rast a nedostatočný vývoj vaječníkov bez závažných somatických abnormalít. Hoci sa v nich zisťuje pohlavný chromatín, jeho veľkosť je výrazne menšia ako normálne.

Pri chronickej myeloidnej leukémii je zaznamenané skrátenie krátkeho ramena chromozómu 21 (tzv. Philadelphia chromozóm). Tento chromozóm sa však nachádza iba v krvinkách a aspiráte kostnej drene. Ostatné bunky majú normálny karyotyp.

V dôsledku dvoch terminálnych nedostatkov, po ktorých nasleduje spojenie zlomených koncov, sa vytvoria kruhové chromozómy. Preto je toto porušenie chromozómovej štruktúry vlastne špeciálnym prípadom delécie. Klinický obraz pacientov, ktorí sú nosičmi kruhových chromozómov, sa podobá na klinický obraz pacientov s deléciou zodpovedajúceho chromozómu. Pri prstencovom chromozóme skupiny B (5. pár) sa teda vyvíja klinický obraz syndrómu „mačací plač“ a pri prstencovom chromozóme X je klinický obraz blízky syndrómu Shereshevsky-Turner.

Translokácie sú štrukturálne preskupenia, pri ktorých dochádza k výmene genetického materiálu medzi chromozómami. možné rôzne druhy translokácie: recipročné, pri ktorých dochádza k vzájomnej výmene fragmentov; nerecipročné, kedy sa genetický materiál jedného chromozómu prenáša na druhý a napokon centrické spojenia. Najbežnejšie sú posledné translokácie medzi akrocentrickými chromozómami. V tomto prípade sa stratí iba malý fragment krátkych ramien akrocentrických chromozómov. Väčšinu týchto preskupení možno považovať za vyváženú, pretože nespôsobujú vážne odchýlky vo fenotype nosiča translokácie. Potomkovia takýchto nosičov však majú klinicky výrazné defekty charakteristické pre abnormálny súbor chromozómov.

Je známe, že Downovu chorobu možno pozorovať tak pri trizómii 21. autozómu, ako aj pri translokácii fragmentu tohto chromozómu do iných. Takíto pacienti majú 46 chromozómov, ale jeden z chromozómov je v skutočnosti dvojitý, keďže je k nemu stále pripojený fragment 21. chromozómu a v dôsledku toho sa takéto preskupenie ukazuje ako nevyvážené. Rodičia týchto pacientov mali karyotyp 45 chromozómov, ale jeden z chromozómov bol v skutočnosti dvojitý (s translokáciou). Keď je vajíčko obsahujúce tento chromozóm oplodnené, normálna spermia v zygote bude mať v skutočnosti tri 21. chromozómy, čo sa fenotypovo prejavuje Downovou chorobou.

Najčastejšie sa 21. chromozóm translokuje na 15. alebo iné chromozómy skupiny D (13., 14.) u žien, alebo na 22. u mužov. V tomto prípade môžu mať mladí zdraví rodičia dieťa s Downovým syndrómom, na rozdiel od trizómie 21, ktorá je bežnejšia u detí narodených starším matkám. Je prakticky nemožné určiť prítomnosť translokácie u jedinca pred narodením dieťaťa s Downovým syndrómom bez štúdia karyotypu, keďže fenotyp týchto nosičov sa príliš nelíši od fenotypov jedincov s normálnymi genotypmi. Preto je vo všetkých týchto prípadoch obzvlášť dôležitý výskum karyotypu.

Mechanizmus vývoja Downovej choroby s translokáciou u jedného z rodičov možno prezentovať nasledovne. Počas translokácie pozostáva karyotyp jedinca zo 45 chromozómov, pretože jeden chromozóm je zväčšený. Translokácia ovplyvňuje všetky bunky, vrátane oogónie a spermatogónie. Keď sa vytvoria pohlavné bunky (gaméty), v jednej gaméte skončí 23 chromozómov a v druhej 22. Ale translokovaný chromozóm môže skončiť buď v gaméte s 22 chromozómami, alebo v gaméte s 23 chromozómami. Teoreticky teda existujú 4 varianty gamét: 23 normálnych chromozómov, 23 s translokáciou, 22 normálnych chromozómov a 22 s translokáciou. Ak je translokácia označená apostrofom, získa sa nasledujúci rad gamét: 23 23 1 22 22 1.

Ak sú tieto gaméty oplodnené normálnou gamétou opačného pohlavia, získame tieto kombinácie: 1) 23 + 23 = 46 chromozómov (normálny karyotyp); 2) 23 1 + 23 = 46 1 chromozómov, ale v skutočnosti 47 chromozómov (v tomto prípade sa rozvinie Downova choroba); 3) 22 + 23 = 45 chromozómov (takáto zygota nie je životaschopná a odumiera); 4) 22 1 +23 = 45 1 chromozómov (v tomto prípade sa jedinec narodí s translokáciou, ako jeden z jeho rodičov).

Šanca mať dieťa s Downovým syndrómom (s translokáciou u jedného z rodičov) je 33%. Je to veľmi veľké riziko a v tomto prípade sa ďalšie plodenie neodporúča, najmä preto, že existuje riziko, že vnúčatá dostanú translokáciu. Ak sa dieťa s Downovým syndrómom spôsobeným trizómiou 21 narodí rodičom s normálnym karyotypom, potom je šanca, že opäť porodí to isté dieťa, veľmi malá. Nie vo všetkých prípadoch, keď sa dieťa narodí s Downovým syndrómom v dôsledku translokácie 21. chromozómu, je však translokácia prítomná v somatických bunkách matky. Približne polovica matiek má normálny karyotyp a k translokácii došlo počas meiózy, ktorá predchádza vytvoreniu vajíčka, z ktorého sa vyvinulo choré dieťa.

Kapitola 5. Mozaicizmus.

Toto je stav, keď má telo zmes buniek s normálnymi a abnormálnymi karyotypmi, povedzme 46/47 alebo 46/45. Vyskytuje sa v dôsledku nedisjunkcie chromozómov v počiatočných štádiách embryonálneho vývoja. Mozaicizmus spôsobuje vymazané, mierne vyjadrené symptómy ochorenia v porovnaní s pacientmi, ktorých karyotyp je zmenený vo všetkých bunkách. Pacient s mozaikovým Downovým syndrómom môže mať len niektoré fyzické príznaky tohto ochorenia. Rozvoj inteligencie nie je narušený. Pri mosiacizme 45ХО/46ХХ je Shereshevsky-Turnerov syndróm miernejší. U takýchto pacientov je možný vývoj ovariálneho tkaniva a ovulácia. Pri karyotype 46XY/47XXY je Klinefelterov syndróm miernejší. Medzi pacientmi sú častejšie ženské a mužské mozaiky s uvedenými karyotypmi ako „čisté“ prípady Shereshevského-Turnerovho syndrómu alebo Klinefelterovho syndrómu. S pribúdajúcim vekom sa klon abnormálnych buniek postupne eliminuje, a preto je ťažké nastoliť mozaiku v starobe, hoci v embryonálnom a včasnom postembryonálnom období bola dosť výrazná a mohla viesť k rozvoju fenotypových znakov ochorenia. Čím menej abnormálnych buniek v tele, tým menej výrazné sú príznaky ochorenia. To môže vysvetliť vymazané a rudimentárne formy týchto chorôb.

Pri ochoreniach krvi môže dôjsť k viacnásobnému (polyploidia) alebo nenásobnému (aneuploidia) zvýšeniu počtu chromozómov. Pozoruje sa však iba v krvinkách, zatiaľ čo v iných somatických bunkách je karyotyp normálny.


Zoznam použitej literatúry.

1. Berdyshev G.D., Krivoruchko I.F. Ľudská genetika so základmi lekárskej genetiky. – Kyjev: Vishcha School, 1979.

2. Bochkov N.P. Ľudská genetika. - Moskva, 1973.

3. Vogel F. Motulski A. Ľudská genetika: história ľudského chromozómu, formálna genetika. Moskva: Mir, 1989.

4. Stern, Kurt Základy genetiky človeka. Moskva: Medicína, 1965

5. McKusick V. Ľudská genetika. Moskva: Mir, 1967.


Ľudská genetika so základmi lekárskej genetiky. Berdyshev G.D., Krivoruchko I.F. str.5-21

Ľudská genetika: história ľudského chromozómu, formálna genetika. Vogel F. Motulski A. s.11-19

Ľudská genetika: história ľudského chromozómu, formálna genetika. Vogel F. Motulski A. s.23-31

Ľudská genetika. Bochkov N.P. s. 44

Ľudská genetika. McKusick. V. s. 10, 13-22

Základy genetiky človeka. Stern, Kurt. str.41-60

Ľudská genetika. Bochkov N.P. str.90

Karyotyp je diploidný súbor chromozómov daného typu organizmu, charakterizovaný konštantným počtom, veľkosťou a tvarom chromozómov. V ľudskom karyotype je 46 chromozómov alebo 23 párov. Párové chromozómy sa nazývajú homológne, majú rovnakú dĺžku a tvar a obsahujú alelické gény. Chromozómy obsahujú 40 % DNA, 40 % histónových proteínov a 20 % nehistónových proteínov. Komplex všetkých chemických látok, ktoré tvoria chromozómy, sa nazýva chromatín. Chromozómy možno nájsť v bunkách v dvoch štrukturálnych a funkčných stavoch – špirálovito a despiralizovanom. Počas interfázy sú v despiralizovanom stave. Počas mitózy sú v špirálovom stave. Maximálna spiralizácia chromozómov sa dosiahne v metafáze mitózy. Metafázový chromozóm pozostáva z dvoch chromatidov spojených v primárnom zúžení (centroméra). Niektoré chromozómy majú sekundárne zúženia a satelity. Centroméra rozdeľuje chromatídu na dve ramená. Krátke rameno sa zvyčajne označuje písmenom p a dlhé rameno písmenom q.

Štruktúra metafázového chromozómu.

sekundárne

zovretie p

centroméra

V roku 1960 anglický genetik Patau navrhol klasifikáciu ľudských chromozómov na základe relatívnej dĺžky a polohy centroméry (centromérový index). Centromerický index je pomer dĺžky krátkeho ramena k dĺžke celého chromozómu. V súlade s centromerickým indexom sa rozlišujú metacentrické (zúženie v strede), submetacentrické (jedno rameno je dlhšie ako druhé) a akrocentrické chromozómy (s nepomerne veľmi krátkym jedným ramenom).

metacentrický submetacentrický akrocentrický

V roku 1960 bola na medzinárodnom genetickom sympóziu v Denveri (USA) prijatá Medzinárodná (Denverská) klasifikácia ľudských chromozómov. Základné princípy klasifikácie vyvinul Patau. Klasifikácia zohľadňuje dĺžku a tvar chromozómov. Všetky páry autozómov sú očíslované arabskými číslicami od 1 do 22 v klesajúcom poradí ich dĺžky. Pohlavné chromozómy sú označené latinskými písmenami X a Y a nachádzajú sa na konci rozloženia. Ženy majú normálne pohlavné chromozómy XX a muži majú XY.

Všetky páry autozómov sú rozdelené do 7 skupín podľa dĺžky a tvaru chromozómov. Skupiny sú označené latinskými písmenami od A do G. Skupiny sú od seba jasne odlíšené.

Skupina A(1,2,3 páry) najdlhšie metacentrické (1,3) a submetacentrické (2) chromozómy. Chromozóm 1 je najväčší metacentrický chromozóm, centroméra je umiestnená v strede. Najväčší submetacentrický chromozóm je chromozóm 2. Chromozóm 3 je takmer o 20 % kratší ako chromozóm 1, a preto je ľahko identifikovateľný. Absolútna dĺžka od 11 mikrónov (1 pár) do 8,3 mikrónov (2 páry).

Skupina B(4 a 5 párov) dlhé submetacentrické chromozómy.Nelíšia sa od seba bez diferencovaného zafarbenia. Absolútna dĺžka 7,7 µm.

Skupina C(6 – 12 párov).Chromozómy sú stredne veľké, submetacentrické. Pri štandardnom (rutinnom) farbení sa chromozóm X nedá odlíšiť od iných chromozómov tejto skupiny. Má podobnú veľkosť ako chromozómy 6 a 7 párov. Absolútna dĺžka od 7,7 mikrónov (6 párov) do 5,8 mikrónov.

SkupinaD(13 - 15 párov) Tieto akrocentrické chromozómy sa tvarom veľmi líšia od všetkých ostatných ľudských chromozómov. Všetky tri krátke páry nôh obsahujú satelity. Dĺžka proximálnych častí krátkych ramien sa mení, satelity môžu chýbať alebo môžu byť veľmi veľké a môžu alebo nemusia jasne fluoreskovať. Absolútna dĺžka od 4,2 mikrónov.

Skupina E(16 - 18 párov).Pomerne krátke submetacentrické chromozómy. Absolútna dĺžka 3,6-3,5 mikrónov.

SkupinaF- (19 – 20 párov) malé metacentrické chromozómy.V preparátoch s rutinným farbením vyzerajú rovnako, ale pri diferenciálnom farbení sa výrazne líšia. Absolútna dĺžka 2,9 µm.

SkupinaG(21 – 22 párov) – dva páry najmenších akrocentrických chromozómov. Na krátkom ramene majú satelit. Variabilita ich krátkych ramien je rovnako významná ako u chromozómov skupiny D. Absolútna dĺžka 2,9 µm.

Chromozóm Y je malý akrocentrický chromozóm s dĺžkou 2,8 µm. Zvyčajne (ale nie vždy) väčší ako chromozómy skupiny G a chromatidy jeho dlhého ramena majú tendenciu ležať navzájom paralelne. Tým sa líši od chromozómov skupiny G, v ktorých chromatidy dlhých ramien zvierajú široký uhol.

Chromozóm X je pri rutinnom farbení podobný chromozómom chrípky C, ale líši sa, keď sa používa rozdielne farbenie. X je submetacentrický chromozóm s dĺžkou 6,8 µm.

Klasifikácia chromozomálnych chorôb.

V súčasnosti je popísaných viac ako 1000 chorôb. Asi sto z nich má jasný klinický obraz a nazývajú sa syndrómy. Všetky chromozomálne ochorenia možno rozdeliť do troch skupín v závislosti od charakteru zmeny karyotypu.

Chromozomálne ochorenia.

Polyploidia Diseases related Diseases related

so zmenou počtu a so zmenou počtu a

autozómové štruktúry reprodukčné štruktúry

chromozómov.

V závislosti od percenta postihnutých buniek sa rozlišujú plný chromozomálne ochorenia a mozaika.Úplné sú dôsledkom generatívnej mutácie u rodičov (t.j. mutácie vznikajú pri tvorbe zárodočných buniek u rodičov). Všetky embryonálne bunky majú zmenený karyotyp. Mozaika je dôsledkom somatickej mutácie, ktorá sa vyskytuje v samotnom embryu počas embryonálneho obdobia vývoja. Preto majú niektoré bunky pacienta normálnu sadu chromozómov a niektoré bunky sú zmenené.

Tiež odlíšené sporadické chromozomálne ochorenia (dôsledok novej mutácie) a dedičný(zdedené od rodičov s vyváženou mutáciou alebo od rodičov s chromozomálnym ochorením). Boli opísané prípady narodenia detí u pacientov s Klinefelterovým syndrómom, polyzómie X u žien, polyzómia Y u mužov a žien s Downovým syndrómom. Muži s Downovým syndrómom sú neplodní, pretože... ich spermatogenéza je narušená.