32 kromosomer. Menneskelige kromosomer

Kromosom er en trådlignende struktur som inneholder DNA i cellekjernen, som bærer gener, arveenheter, ordnet i en lineær rekkefølge. Mennesker har 22 par vanlige kromosomer og ett par kjønnskromosomer. I tillegg til gener inneholder kromosomer også regulatoriske elementer og nukleotidsekvenser. De huser DNA-bindende proteiner som kontrollerer DNA-funksjoner. Interessant nok kommer ordet "kromosom" fra det greske ordet "krom", som betyr "farge". Kromosomer fikk dette navnet fordi de har evnen til å bli farget i forskjellige toner. Kromosomenes struktur og natur varierer fra organisme til organisme. Menneskelige kromosomer har alltid vært et emne av konstant interesse for forskere som arbeider innen genetikk. Det brede spekteret av faktorer som bestemmes av menneskelige kromosomer, abnormitetene de er ansvarlige for, og deres komplekse natur har alltid tiltrukket seg oppmerksomheten til mange forskere.

Interessante fakta om menneskelige kromosomer

Menneskeceller inneholder 23 par nukleære kromosomer. Kromosomer er bygd opp av DNA-molekyler som inneholder gener. Det kromosomale DNA-molekylet inneholder tre nukleotidsekvenser som kreves for replikasjon. Når kromosomer farges, blir den båndede strukturen til mitotiske kromosomer tydelig. Hver stripe inneholder mange DNA-nukleotidpar.

Mennesker er en seksuelt reproduserende art med diploide somatiske celler som inneholder to sett med kromosomer. Det ene settet er arvet fra moren, mens det andre er arvet fra faren. Reproduktive celler, i motsetning til kroppsceller, har ett sett med kromosomer. Kryssing mellom kromosomer fører til dannelse av nye kromosomer. Nye kromosomer arves ikke fra noen av foreldrene. Dette forklarer det faktum at ikke alle av oss viser egenskaper som vi får direkte fra en av foreldrene våre.

Autosomale kromosomer tildeles tall fra 1 til 22 i synkende rekkefølge etter hvert som størrelsen reduseres. Hver person har to sett med 22 kromosomer, et X-kromosom fra moren og et X- eller Y-kromosom fra faren.

En abnormitet i innholdet i en celles kromosomer kan forårsake visse genetiske lidelser hos mennesker. Kromosomavvik hos mennesker er ofte ansvarlige for forekomsten av genetiske sykdommer hos barna deres. De som har kromosomavvik er ofte bare bærere av sykdommen, mens barna deres utvikler sykdommen.

Kromosomavvik (strukturelle endringer i kromosomer) er forårsaket av ulike faktorer, nemlig sletting eller duplisering av en del av et kromosom, inversjon, som er en endring i retning av et kromosom til det motsatte, eller translokasjon, hvor en del av et kromosom er revet av og festet til et annet kromosom.

En ekstra kopi av kromosom 21 er ansvarlig for en svært kjent genetisk lidelse kalt Downs syndrom.

Trisomi 18 resulterer i Edwards syndrom, som kan forårsake død i spedbarnsalderen.

Sletting av en del av det femte kromosomet resulterer i en genetisk lidelse kjent som Cri-Cat Syndrome. Personer som er rammet av denne sykdommen har ofte psykisk utviklingshemming og gråten deres i barndommen ligner den til en katt.

Forstyrrelser forårsaket av kjønnskromosomavvik inkluderer Turners syndrom, der kvinnelige seksuelle egenskaper er tilstede, men preget av underutvikling, samt XXX syndrom hos jenter og XXY syndrom hos gutter, som forårsaker dysleksi hos berørte individer.

Kromosomer ble først oppdaget i planteceller. Van Benedens monografi om befruktede rundormegg førte til videre forskning. August Weissman viste senere at kimlinjen var forskjellig fra somaen og oppdaget at cellekjerner inneholdt arvelig materiale. Han foreslo også at befruktning fører til dannelsen av en ny kombinasjon av kromosomer.

Disse oppdagelsene ble hjørnesteiner innen genetikk. Forskere har allerede samlet en betydelig mengde kunnskap om menneskelige kromosomer og gener, men mye gjenstår å oppdage.

Video

​Hvilke mutasjoner, foruten Downs syndrom, truer oss? Er det mulig å krysse en mann med en ape? Og hva vil skje med genomet vårt i fremtiden? Redaktøren av portalen ANTHROPOGENES.RU snakket om kromosomer med en genetiker, hode. lab. komparativ genomikk SB RAS Vladimir Trifonov.

− Kan du forklare på et enkelt språk hva et kromosom er?

− Et kromosom er et fragment av genomet til enhver organisme (DNA) i kompleks med proteiner. Hvis i bakterier hele genomet vanligvis er ett kromosom, så er i komplekse organismer med en uttalt kjerne (eukaryoter) genomet vanligvis fragmentert, og komplekser av lange fragmenter av DNA og protein er tydelig synlige i et lysmikroskop under celledelingen. Det er grunnen til at kromosomer som fargerbare strukturer ("kroma" - farge på gresk) ble beskrevet på slutten av 1800-tallet.

− Er det noen sammenheng mellom antall kromosomer og kompleksiteten til en organisme?

– Det er ingen sammenheng. Den sibirske støren har 240 kromosomer, sterleten har 120, men det er noen ganger ganske vanskelig å skille disse to artene fra hverandre basert på ytre egenskaper. Kvinnelig indisk muntjac har 6 kromosomer, hanner har 7, og deres slektning, den sibirske rådyr, har mer enn 70 (eller rettere sagt, 70 kromosomer av hovedsettet og opptil et dusin ekstra kromosomer). Hos pattedyr gikk utviklingen av kromosombrudd og fusjoner ganske intensivt, og nå ser vi resultatene av denne prosessen, når hver art ofte har karakteristiske trekk ved sin karyotype (sett med kromosomer). Men utvilsomt var den generelle økningen i genomstørrelse et nødvendig skritt i utviklingen av eukaryoter. Samtidig ser det ikke ut til å være særlig viktig hvordan dette genomet er fordelt i individuelle fragmenter.

− Hva er noen vanlige misoppfatninger om kromosomer? Folk blir ofte forvirret: gener, kromosomer, DNA...

− Siden kromosomomorganiseringer forekommer ofte, er folk bekymret for kromosomavvik. Det er kjent at en ekstra kopi av det minste menneskelige kromosomet (kromosom 21) fører til et ganske alvorlig syndrom (Downs syndrom), som har karakteristiske ytre og atferdsmessige trekk. Ekstra eller manglende kjønnskromosomer er også ganske vanlig og kan få alvorlige konsekvenser. Imidlertid har genetikere også beskrevet ganske mange relativt nøytrale mutasjoner assosiert med utseendet til mikrokromosomer, eller ytterligere X- og Y-kromosomer. Jeg tror stigmatiseringen av dette fenomenet skyldes at folk oppfatter normalbegrepet for snevert.

− Hvilke kromosommutasjoner forekommer hos moderne mennesker og hva fører de til?

- De vanligste kromosomavvikene er:

− Klinefelters syndrom (XXY menn) (1 av 500) – karakteristiske ytre tegn, visse helseproblemer (anemi, osteoporose, muskelsvakhet og seksuell dysfunksjon), sterilitet. Det kan være atferdstrekk. Imidlertid kan mange symptomer (unntatt sterilitet) korrigeres ved å administrere testosteron. Ved å bruke moderne reproduktive teknologier er det mulig å få friske barn fra bærere av dette syndromet;

− Downs syndrom (1 av 1000) – karakteristiske ytre tegn, forsinket kognitiv utvikling, kort forventet levealder, kan være fertil;

− trisomi X (XXX kvinner) (1 av 1000) – oftest er det ingen manifestasjoner, fertilitet;

− XYY-syndrom (menn) (1 av 1000) – nesten ingen manifestasjoner, men det kan være atferdsegenskaper og mulige reproduktive problemer;

− Turners syndrom (kvinner med CP) (1 av 1500) – kortvokst og andre utviklingstrekk, normal intelligens, sterilitet;

− balanserte translokasjoner (1 av 1000) – avhenger av typen, i noen tilfeller kan utviklingsdefekter og mental retardasjon observeres og kan påvirke fertiliteten;

− små tilleggskromosomer (1 i 2000) – manifestasjonen avhenger av arvestoffet på kromosomene og varierer fra nøytrale til alvorlige kliniske symptomer;

Perisentrisk inversjon av kromosom 9 forekommer hos 1 % av den menneskelige befolkningen, men denne omorganiseringen regnes som en normal variant.

Er forskjellen i antall kromosomer en hindring for kryssing? Finnes det noen interessante eksempler på kryssing av dyr med forskjellig antall kromosomer?

− Hvis krysningen er intraspesifikk eller mellom nært beslektede arter, kan det hende at forskjellen i antall kromosomer ikke forstyrrer kryssingen, men etterkommerne kan vise seg å være sterile. Det er mange hybrider kjent mellom arter med forskjellig antall kromosomer, for eksempel hester: det finnes alle slags hybrider mellom hester, sebraer og esler, og antallet kromosomer i alle hester er forskjellig, og følgelig er hybridene ofte sterile. Dette utelukker imidlertid ikke muligheten for at balanserte kjønnsceller kan produseres ved en tilfeldighet.

– Hvilke uvanlige ting har blitt oppdaget nylig innen kromosomfeltet?

− Den siste tiden har det vært mange oppdagelser angående strukturen, funksjonen og utviklingen av kromosomer. Jeg liker spesielt godt arbeidet som viste at kjønnskromosomer ble dannet helt uavhengig i ulike grupper av dyr.

– Likevel, er det mulig å krysse en mann med en ape?

– Teoretisk sett er det mulig å få tak i en slik hybrid. Nylig har hybrider av mye mer evolusjonært fjerne pattedyr (hvitt og svart neshorn, alpakka og kamel, og så videre) blitt oppnådd. Den røde ulven i Amerika har lenge vært ansett som en egen art, men har nylig vist seg å være en hybrid mellom en ulv og en coyote. Det er et stort antall kattehybrider kjent.

– Og et helt absurd spørsmål: er det mulig å krysse en hamster med en and?

– Her vil mest sannsynlig ingenting ordne seg, fordi det har samlet seg for mange genetiske forskjeller over hundrevis av millioner år med evolusjon til at bæreren av et så blandet genom skal fungere.

– Er det mulig at en person i fremtiden vil ha færre eller flere kromosomer?

– Ja, dette er fullt mulig. Det er mulig at et par akrosentriske kromosomer vil smelte sammen og en slik mutasjon vil spre seg over hele befolkningen.

− Hvilken populærvitenskapelig litteratur anbefaler du om emnet menneskelig genetikk? Hva med populærvitenskapelige filmer?

− Bøker av biolog Alexander Markov, trebinders «Human Genetics» av Vogel og Motulsky (selv om dette ikke er vitenskapspop, men det er gode referansedata der). Ingenting kommer til tankene fra filmer om menneskelig genetikk... Men Shubins "Inner Fish" er en utmerket film og bok med samme navn om utviklingen av virveldyr.

Arvelighet og variasjon i levende natur eksisterer takket være kromosomer, gener, (DNA). Det lagres og overføres som en kjede av nukleotider som en del av DNA. Hvilken rolle spiller gener i dette fenomenet? Hva er et kromosom med tanke på overføring av arvelige egenskaper? Svar på spørsmål som disse gir innsikt i kodingsprinsipper og genetisk mangfold på planeten vår. Det avhenger i stor grad av hvor mange kromosomer som er inkludert i settet og av rekombinasjonen av disse strukturene.

Fra historien til oppdagelsen av "arvelige partikler"

Ved å studere plante- og dyreceller under et mikroskop, trakk mange botanikere og zoologer på midten av 1800-tallet oppmerksomheten mot de tynneste trådene og de minste ringformede strukturene i kjernen. Oftere enn andre kalles den tyske anatomen Walter Flemming for oppdageren av kromosomer. Det var han som brukte anilinfargestoffer for å behandle kjernefysiske strukturer. Flemming kalte det oppdagede stoffet "kromatin" for dets evne til å farge. Begrepet "kromosomer" ble introdusert i vitenskapelig bruk i 1888 av Heinrich Waldeyer.

Samtidig med Flemming lette belgieren Eduard van Beneden etter svar på spørsmålet om hva et kromosom er. Litt tidligere utførte de tyske biologene Theodor Boveri og Eduard Strassburger en serie eksperimenter som beviste kromosomenes individualitet og konstanten til antallet i forskjellige arter av levende organismer.

Forutsetninger for den kromosomale arvelighetsteorien

Den amerikanske forskeren Walter Sutton fant ut hvor mange kromosomer som finnes i cellekjernen. Forskeren anså disse strukturene for å være bærere av arveenheter, egenskaper ved organismen. Sutton oppdaget at kromosomer består av gener gjennom hvilke egenskaper og funksjoner overføres til avkom fra foreldrene deres. Genetikeren ga i sine publikasjoner beskrivelser av kromosompar og deres bevegelse under delingen av cellekjernen.

Uavhengig av hans amerikanske kollega, ble arbeidet i samme retning utført av Theodore Boveri. Begge forskerne i sine arbeider studerte spørsmålene om overføring av arvelige egenskaper og formulerte hovedbestemmelsene om rollen til kromosomer (1902-1903). Videreutvikling av Boveri-Sutton-teorien fant sted i laboratoriet til nobelprisvinneren Thomas Morgan. Den fremragende amerikanske biologen og hans assistenter etablerte en rekke mønstre i plasseringen av gener på kromosomet og utviklet et cytologisk grunnlag som forklarer mekanismen til lovene til Gregor Mendel, genetikkens grunnlegger.

Kromosomer i en celle

Studiet av strukturen til kromosomer begynte etter oppdagelsen og beskrivelsen av dem på 1800-tallet. Disse kroppene og filamentene finnes i prokaryote organismer (ikke-nukleære) og eukaryote celler (i kjerner). Studier under et mikroskop gjorde det mulig å fastslå hva et kromosom er fra et morfologisk synspunkt. Det er en mobil filamentøs kropp som er synlig i visse faser av cellesyklusen. I interfase er hele volumet av kjernen okkupert av kromatin. I andre perioder kan kromosomer skilles i form av en eller to kromatider.

Disse formasjonene er bedre synlige under celledeling - mitose eller meiose. Oftere kan store kromosomer av en lineær struktur observeres. Hos prokaryoter er de mindre, selv om det finnes unntak. Celler inneholder ofte mer enn én type kromosom, for eksempel mitokondrier og kloroplaster har sine egne små «arvbiter».

Kromosomformer

Hvert kromosom har en individuell struktur og skiller seg fra andre i sine fargetrekk. Når du studerer morfologi, er det viktig å bestemme posisjonen til sentromeren, lengden og plasseringen av armene i forhold til innsnevringen. Settet med kromosomer inkluderer vanligvis følgende former:

• metasentriske, eller like armer, som er preget av en median plassering av sentromeren;
• submetasentriske, eller ulik armer (innsnevringen er forskjøvet mot en av telomerene);
• akrosentrisk, eller stavformet, der sentromeren er plassert nesten ved enden av kromosomet;
• prikket med en vanskelig å definere form.

Funksjoner av kromosomer

Kromosomer består av gener - funksjonelle enheter av arv. Telomerer er endene av kromosomarmene. Disse spesialiserte elementene tjener til å beskytte mot skade og forhindre at fragmenter fester seg sammen. Sentromeren utfører sine oppgaver under kromosomdobling. Den har en kinetochore, og det er til denne spindelstrukturene er festet. Hvert par av kromosomer er individuelle i plasseringen av sentromeren. Spindeltrådene fungerer på en slik måte at ett kromosom av gangen går til dattercellene, ikke begge. Ensartet dobling under deling er gitt av opprinnelsen til replikering. Duplisering av hvert kromosom begynner samtidig på flere slike punkter, noe som fremskynder hele delingsprosessen betydelig.

Rollen til DNA og RNA

Det var mulig å finne ut hva et kromosom er og hvilken funksjon denne kjernestrukturen utfører etter å ha studert dens biokjemiske sammensetning og egenskaper. I eukaryote celler dannes kjernekromosomer av et kondensert stoff - kromatin. I følge analysen inneholder den høymolekylære organiske stoffer:

Nukleinsyrer er direkte involvert i biosyntesen av aminosyrer og proteiner og sikrer overføring av arvelige egenskaper fra generasjon til generasjon. DNA er inneholdt i kjernen til en eukaryot celle, RNA er konsentrert i cytoplasmaet.

Gener

Røntgendiffraksjonsanalyse viste at DNA danner en dobbel helix, hvis kjeder består av nukleotider. De representerer karbohydratet deoksyribose, en fosfatgruppe og en av fire nitrogenholdige baser:

Regioner av spiralformede deoksyribonukleoproteintråder er gener som bærer kodet informasjon om sekvensen av aminosyrer i proteiner eller RNA. Under reproduksjon overføres arvelige egenskaper fra foreldre til avkom i form av gen-alleler. De bestemmer funksjon, vekst og utvikling av en bestemt organisme. Ifølge en rekke forskere utfører de delene av DNA som ikke koder for polypeptider regulatoriske funksjoner. Det menneskelige genomet kan inneholde opptil 30 tusen gener.

Sett med kromosomer

Det totale antallet kromosomer og deres egenskaper er et karakteristisk trekk ved arten. I Drosophila-flua er antallet 8, hos primater - 48, hos mennesker - 46. Dette tallet er konstant for cellene til organismer som tilhører samme art. For alle eukaryoter er det konseptet "diploide kromosomer". Dette er et komplett sett, eller 2n, i motsetning til haploid - halvparten av tallet (n).

Kromosomer i ett par er homologe, identiske i form, struktur, plassering av sentromerer og andre elementer. Homologer har sine egne karakteristiske trekk som skiller dem fra andre kromosomer i settet. Farging med grunnleggende fargestoffer lar deg undersøke og studere de særegne egenskapene til hvert par. er til stede i de somatiske - i de reproduktive (de såkalte gametene). Hos pattedyr og andre levende organismer med et heterogametisk hannkjønn dannes to typer kjønnskromosomer: X-kromosomet og Y. Hannene har et sett med XY, hunnene har et sett med XX.

Menneskelig kromosomsett

Cellene i menneskekroppen inneholder 46 kromosomer. Alle er kombinert til 23 par som utgjør settet. Det er to typer kromosomer: autosomer og kjønnskromosomer. Den første danner 22 par - felles for kvinner og menn. Det som skiller seg fra dem er det 23. paret - kjønnskromosomer, som er ikke-homologe i cellene i den mannlige kroppen.

Genetiske egenskaper er assosiert med kjønn. De overføres av et Y- og et X-kromosom hos menn og to X-kromosomer hos kvinner. Autosomer inneholder resten av informasjonen om arvelige egenskaper. Det finnes teknikker som lar deg individualisere alle 23 parene. De er tydelig å skille på tegningene når de er malt i en bestemt farge. Det er merkbart at det 22. kromosomet i det menneskelige genomet er det minste. Dens DNA, når den strekkes, er 1,5 cm lang og har 48 millioner nitrogenbasepar. Spesielle histonproteiner fra sammensetningen av kromatin utfører kompresjon, hvoretter tråden tar opp tusenvis av ganger mindre plass i cellekjernen. Under et elektronmikroskop ligner histonene i interfasekjernen perler trukket på en DNA-streng.

Genetiske sykdommer

Det er mer enn 3 tusen arvelige sykdommer av ulike typer forårsaket av skader og abnormiteter i kromosomer. Disse inkluderer Downs syndrom. Et barn med en slik genetisk sykdom er preget av forsinkelser i mental og fysisk utvikling. Med cystisk fibrose oppstår en funksjonsfeil i funksjonene til de eksokrine kjertlene. Krenkelse fører til problemer med svette, sekresjon og opphopning av slim i kroppen. Det gjør det vanskelig for lungene å fungere og kan føre til kvelning og død.

Nedsatt fargesyn - fargeblindhet - ufølsomhet for visse deler av fargespekteret. Hemofili fører til svekket blodpropp. Laktoseintoleranse hindrer menneskekroppen i å fordøye melkesukker. På familieplanleggingskontorer kan du finne ut om din disposisjon for en bestemt genetisk sykdom. I store medisinske sentre er det mulig å gjennomgå passende undersøkelse og behandling.

Genterapi er en retning innen moderne medisin, som identifiserer den genetiske årsaken til arvelige sykdommer og eliminerer den. Ved hjelp av de nyeste metodene blir normale gener introdusert i patologiske celler i stedet for skadede. I dette tilfellet lindrer leger pasienten ikke fra symptomene, men fra årsakene som forårsaket sykdommen. Bare korreksjon av somatiske celler utføres foreløpig ikke i massevis på kjønnsceller.

Først, la oss bli enige om terminologi. Menneskelige kromosomer ble endelig talt for litt mer enn et halvt århundre siden - i 1956. Siden da vet vi det somatisk, det vil si ikke kjønnsceller, det er vanligvis 46 av dem - 23 par.

Kromosomer i et par (det ene mottatt fra faren, det andre fra moren) kalles homolog. De inneholder gener som utfører de samme funksjonene, men som ofte er forskjellige i struktur. Unntaket er kjønnskromosomene - X og Y, hvis gensammensetning ikke er helt sammenfallende. Alle andre kromosomer, bortsett fra kjønnskromosomer, kalles autosomer.

Antall sett med homologe kromosomer - ploiditet- i kjønnsceller er det lik en, og i somatiske celler, som regel, to.

B-kromosomer er ennå ikke oppdaget hos mennesker. Men noen ganger dukker det opp et ekstra sett med kromosomer i celler - da snakker de om polyploidi, og hvis antallet ikke er et multiplum av 23 - om aneuploidi. Polyploidi forekommer i visse typer celler og bidrar til deres økte arbeid, mens aneuploidi indikerer vanligvis forstyrrelser i cellens funksjon og fører ofte til dens død.

Vi må dele ærlig

Oftest er feil antall kromosomer en konsekvens av mislykket celledeling. I somatiske celler, etter DNA-duplisering, er mors kromosom og kopien knyttet sammen av kohesinproteiner. Da sitter kinetochore proteinkomplekser på deres sentrale deler, som mikrotubuli senere festes til. Når de deler seg langs mikrotubuli, beveger kinetokorer seg til forskjellige poler i cellen og trekker kromosomer med seg. Hvis kryssbindingene mellom kopier av et kromosom blir ødelagt på forhånd, kan mikrotubuli fra samme pol feste seg til dem, og da vil en av dattercellene få et ekstra kromosom, og den andre vil forbli fratatt.

Meiose går også ofte galt. Problemet er at strukturen til koblede to par homologe kromosomer kan vri seg i rommet eller skilles på feil steder. Resultatet vil igjen være en ujevn fordeling av kromosomene. Noen ganger klarer kjønnscellen å spore dette for ikke å føre defekten videre til arv. De ekstra kromosomene er ofte feilfoldet eller ødelagt, noe som utløser dødsprogrammet. For eksempel, blant sædceller er det et slikt utvalg for kvalitet. Men eggene er ikke så heldige. Alle dannes hos mennesker allerede før fødselen, forbereder seg på deling og fryser deretter. Kromosomene er allerede duplisert, tetrader er dannet, og delingen er forsinket. De lever i denne formen til reproduksjonsperioden. Så modnes eggene etter tur, del for første gang og frys ned igjen. Den andre delingen skjer umiddelbart etter befruktning. Og på dette stadiet er det allerede vanskelig å kontrollere kvaliteten på divisjonen. Og risikoen er større, fordi de fire kromosomene i egget forblir tverrbundet i flere tiår. I løpet av denne tiden akkumuleres skade i kohesiner, og kromosomer kan spontant skilles. Derfor, jo eldre kvinnen er, jo større er sannsynligheten for feil kromosomsegregering i egget.

Aneuploidi i kjønnsceller fører uunngåelig til aneuploidi av embryoet. Dersom et friskt egg med 23 kromosomer blir befruktet av en sædcelle med ekstra eller manglende kromosomer (eller omvendt), vil antall kromosomer i zygoten selvsagt være forskjellig fra 46. Men selv om kjønnscellene er friske, er det ingen garanti for dette. sunn utvikling. I de første dagene etter befruktning deler embryonale celler seg aktivt for raskt å få cellemasse. Tilsynelatende, under raske delinger er det ikke tid til å kontrollere korrektheten av kromosomsegregering, så aneuploide celler kan oppstå. Og hvis det oppstår en feil, avhenger den videre skjebnen til embryoet av divisjonen der det skjedde. Hvis balansen er forstyrret allerede i den første divisjonen av zygoten, vil hele organismen vokse aneuploid. Hvis problemet oppsto senere, bestemmes utfallet av forholdet mellom friske og unormale celler.

Noen av de sistnevnte kan fortsette å dø, og vi vil aldri få vite om deres eksistens. Eller han kan ta del i utviklingen av organismen, og så vil det vise seg mosaikk— forskjellige celler vil bære forskjellig genetisk materiale. Mosaikk forårsaker mye trøbbel for prenatale diagnostikere. For eksempel, hvis det er en risiko for å få et barn med Downs syndrom, fjernes noen ganger en eller flere celler i embryoet (på et tidspunkt da dette ikke burde utgjøre noen fare) og kromosomene i dem telles. Men hvis embryoet er mosaikk, blir denne metoden ikke spesielt effektiv.

Tredje hjul

Alle tilfeller av aneuploidi er logisk delt inn i to grupper: mangel og overskudd av kromosomer. Problemene som oppstår med en mangel er ganske forventet: minus ett kromosom betyr minus hundrevis av gener.

Hvis det homologe kromosomet fungerer normalt, kan cellen slippe unna med bare en utilstrekkelig mengde av proteinene som er kodet der. Men hvis noen av genene som er igjen på det homologe kromosomet ikke fungerer, vil de tilsvarende proteinene ikke vises i cellen i det hele tatt.

Ved et overskudd av kromosomer er ikke alt så åpenbart. Det er flere gener, men her betyr – dessverre – mer ikke bedre.

For det første øker overflødig genetisk materiale belastningen på kjernen: en ekstra DNA-streng må plasseres i kjernen og betjenes av informasjonslesesystemer.

Forskere har oppdaget at hos personer med Downs syndrom, hvis celler bærer et ekstra 21. kromosom, er funksjonen til gener lokalisert på andre kromosomer hovedsakelig forstyrret. Tilsynelatende fører et overskudd av DNA i kjernen til at det ikke er nok proteiner til å støtte funksjonen til kromosomene for alle.

For det andre blir balansen i mengden cellulære proteiner forstyrret. For eksempel, hvis aktivatorproteiner og inhibitorproteiner er ansvarlige for en eller annen prosess i en celle, og deres forhold vanligvis avhenger av eksterne signaler, vil en ekstra dose av det ene eller det andre føre til at cellen slutter å reagere tilstrekkelig på det eksterne signalet. Til slutt har en aneuploid celle økt sjanse for å dø. Når DNA dupliseres før deling, oppstår feil uunngåelig, og proteinene i det cellulære reparasjonssystemet gjenkjenner dem, reparerer dem og begynner å doble seg igjen. Hvis det er for mange kromosomer, så er det ikke nok proteiner, feil akkumuleres og apoptose utløses - programmert celledød. Men selv om cellen ikke dør og deler seg, så vil også resultatet av en slik deling mest sannsynlig være aneuploider.

Du vil leve

Hvis selv innenfor en celle aneuploidi er full av funksjonsfeil og død, så er det ikke overraskende at det ikke er lett for en hel aneuploid organisme å overleve. For øyeblikket er bare tre autosomer kjent - 13, 18 og 21, trisomi som (det vil si et ekstra tredje kromosom i celler) på en eller annen måte er forenlig med livet. Dette skyldes sannsynligvis det faktum at de er de minste og bærer færrest gener. Samtidig lever barn med trisomi på 13. (Patau syndrom) og 18. (Edwards syndrom) kromosomer i beste fall opptil 10 år, og lever oftere mindre enn ett år. Og bare trisomi på det minste kromosomet i genomet, det 21. kromosomet, kjent som Downs syndrom, lar deg leve opptil 60 år.

Personer med generell polyploidi er svært sjeldne. Normalt kan polyploide celler (som ikke bærer to, men fra fire til 128 sett med kromosomer) finnes i menneskekroppen, for eksempel i leveren eller rød benmarg. Dette er vanligvis store celler med forbedret proteinsyntese som ikke krever aktiv deling.

Et ekstra sett med kromosomer kompliserer oppgaven med deres distribusjon blant datterceller, så polyploide embryoer overlever som regel ikke. Likevel er det beskrevet omkring 10 tilfeller der barn med 92 kromosomer (tetraploider) ble født og levde fra flere timer til flere år. Men som i tilfellet med andre kromosomavvik, sakket de etter i utviklingen, inkludert mental utvikling. Imidlertid kommer mange mennesker med genetiske abnormiteter til hjelp for mosaikk. Hvis anomalien allerede har utviklet seg under fragmenteringen av embryoet, kan et visst antall celler forbli sunne. I slike tilfeller reduseres alvorlighetsgraden av symptomene og forventet levealder øker.

Kjønns urettferdighet

Imidlertid er det også kromosomer, hvor økningen i antallet er forenlig med menneskeliv eller til og med går ubemerket. Og disse er overraskende kjønnskromosomer. Årsaken til dette er kjønnsmessig urettferdighet: omtrent halvparten av befolkningen i vår befolkning (jenter) har dobbelt så mange X-kromosomer som andre (gutter). Samtidig tjener X-kromosomene ikke bare til å bestemme kjønn, men bærer også mer enn 800 gener (det vil si dobbelt så mange som det ekstra 21. kromosomet, som forårsaker mye trøbbel for kroppen). Men jenter kommer til hjelp for en naturlig mekanisme for å eliminere ulikhet: et av X-kromosomene er inaktivert, vrir seg og blir til en Barr-kropp. I de fleste tilfeller skjer valget tilfeldig, og som et resultat er mors X-kromosom aktivt i noen celler, og fars X-kromosom er aktivt i andre. Dermed viser alle jenter seg å være mosaikk, fordi forskjellige kopier av gener fungerer i forskjellige celler. Et klassisk eksempel på slik mosaikk er skilpaddekatter: på X-kromosomet deres er det et gen som er ansvarlig for melanin (et pigment som bestemmer blant annet pelsfargen). Ulike kopier fungerer i forskjellige celler, så fargen er flekkete og arves ikke, siden inaktivering skjer tilfeldig.

Som et resultat av inaktivering fungerer alltid bare ett X-kromosom i menneskelige celler. Denne mekanismen lar deg unngå alvorlige problemer med X-trisomi (XXX jenter) og Shereshevsky-Turner syndrom (XO jenter) eller Klinefelter (XXY gutter). Omtrent ett av 400 barn blir født på denne måten, men vitale funksjoner i disse tilfellene er vanligvis ikke vesentlig svekket, og til og med infertilitet forekommer ikke alltid. Det er vanskeligere for de som har mer enn tre kromosomer. Dette betyr vanligvis at kromosomene ikke skilte seg to ganger under dannelsen av kjønnsceller. Tilfeller av tetrasomi (ХХХХ, ХХYY, ХХХY, XYYY) og pentasomi (XXXXX, XXXXY, XXXYY, XXYYY, XYYYY) er sjeldne, noen av dem har blitt beskrevet bare noen få ganger i medisinens historie. Alle disse alternativene er kompatible med livet, og folk lever ofte til en høy alder, med abnormiteter manifestert i unormal skjelettutvikling, kjønnsdefekter og reduserte mentale evner. Vanligvis påvirker ikke det ekstra Y-kromosomet i seg selv kroppens funksjon. Mange menn med XYY genotypen vet ikke engang om deres særegenhet. Dette skyldes det faktum at Y-kromosomet er mye mindre enn X og har nesten ingen gener som påvirker levedyktigheten.

Kjønnskromosomer har en annen interessant funksjon. Mange mutasjoner av gener lokalisert på autosomer fører til abnormiteter i funksjonen til mange vev og organer. Samtidig viser de fleste genmutasjoner på kjønnskromosomer seg kun ved nedsatt mental aktivitet. Det viser seg at kjønnskromosomer i stor grad styrer hjernens utvikling. Basert på dette antar noen forskere at de er ansvarlige for forskjellene (men ikke fullstendig bekreftet) mellom mentale evner til menn og kvinner.

Hvem tjener på å ta feil?

Til tross for at medisin har vært kjent med kromosomavvik i lang tid, fortsetter nylig aneuploidi å tiltrekke seg oppmerksomheten til forskere. Det viste seg at mer enn 80 % av tumorcellene inneholder uvanlig mange kromosomer. På den ene siden kan årsaken til dette være det faktum at proteiner som kontrollerer kvaliteten på delingen er i stand til å bremse den. I tumorceller muterer de samme kontrollproteinene ofte, slik at restriksjoner på deling oppheves og kromosomkontroll fungerer ikke. På den annen side mener forskere at dette kan tjene som en faktor i valg av svulster for å overleve. I følge denne modellen blir tumorceller først polyploide, og deretter, som et resultat av delingsfeil, mister de forskjellige kromosomer eller deler derav. Dette resulterer i en hel populasjon av celler med et bredt utvalg av kromosomavvik. De fleste er ikke levedyktige, men noen kan lykkes ved en tilfeldighet, for eksempel hvis de ved et uhell får ekstra kopier av gener som utløser deling eller mister gener som undertrykker det. Men hvis akkumuleringen av feil under deling stimuleres ytterligere, vil ikke cellene overleve. Virkningen av taxol, et vanlig kreftlegemiddel, er basert på dette prinsippet: det forårsaker systemisk kromosom ikke-disjunksjon i tumorceller, noe som bør utløse deres programmerte død.

Det viser seg at hver enkelt av oss kan være en bærer av ekstra kromosomer, i det minste i individuelle celler. Imidlertid fortsetter moderne vitenskap å utvikle strategier for å håndtere disse uønskede passasjerene. En av dem foreslår å bruke proteiner som er ansvarlige for X-kromosomet og målrette for eksempel mot det ekstra 21. kromosomet til personer med Downs syndrom. Det er rapportert at denne mekanismen ble satt i verk i cellekulturer. Så kanskje, i overskuelig fremtid, vil farlige ekstra kromosomer bli temmet og ufarliggjort.

Omtrent 1 av 150 barn blir født med kromosomavvik. Disse lidelsene er forårsaket av feil i antall eller struktur av kromosomer. Mange barn med kromosomproblemer har psykiske og/eller fysiske fødselsskader. Noen kromosomproblemer fører til slutt til spontanabort eller dødfødsel.

Kromosomer er trådlignende strukturer som finnes i cellene i kroppen vår og inneholder et sett med gener. Mennesker har omtrent 20–25 tusen gener som bestemmer egenskaper som øye- og hårfarge, og er også ansvarlige for vekst og utvikling av hver del av kroppen. Hver person har normalt 46 kromosomer, satt sammen til 23 kromosompar, hvor det ene kromosomet er arvet fra moren, og det andre er arvet fra faren.

Årsaker til kromosomavvik

Kromosomavvik er vanligvis et resultat av en feil som oppstår under modningen av en sæd eller egg. Hvorfor disse feilene oppstår er ennå ikke kjent.

Egg og sædceller inneholder normalt 23 kromosomer. Når de kommer sammen danner de et befruktet egg med 46 kromosomer. Men noen ganger går noe galt under (eller før) befruktning. For eksempel kan et egg eller sæd utvikle seg feil, som et resultat av at de kan ha ekstra kromosomer, eller omvendt kan de mangle kromosomer.

I dette tilfellet er celler med feil antall kromosomer festet til et normalt egg eller sæd, som et resultat av at det resulterende embryoet har kromosomavvik.

Den vanligste typen kromosomavvik kalt trisomi. Dette betyr at i stedet for å ha to kopier av et bestemt kromosom, har en person tre kopier. For eksempel har de tre kopier av kromosom 21.

I de fleste tilfeller overlever ikke et embryo med feil antall kromosomer. I slike tilfeller har kvinnen en spontanabort, vanligvis i de tidlige stadiene. Dette skjer ofte veldig tidlig i svangerskapet, før kvinnen kanskje innser at hun er gravid. Mer enn 50 % av aborter i første trimester er forårsaket av kromosomavvik i embryoet.

Andre feil kan oppstå før befruktning. De kan føre til endringer i strukturen til ett eller flere kromosomer. Personer med strukturelle kromosomavvik har vanligvis et normalt antall kromosomer. Imidlertid kan små biter av et kromosom (eller et helt kromosom) bli slettet, kopiert, reversert, forlagt eller byttet ut med deler av et annet kromosom. Disse strukturelle omorganiseringene har kanskje ikke noen effekt på en person hvis han har alle kromosomene, men de blir ganske enkelt omorganisert. I andre tilfeller kan slike omorganiseringer føre til svangerskapstap eller fødselsskader.

Feil i celledeling kan oppstå like etter befruktning. Dette kan føre til mosaikk, en tilstand der en person har celler med forskjellige genetiske sammensetninger. For eksempel mangler personer med én form for mosaikk, Turners syndrom, et X-kromosom i noen, men ikke alle, celler.

Diagnose av kromosomavvik

Kromosomavvik kan diagnostiseres før babyen er født gjennom prenatal testing, for eksempel fostervannsprøve eller prøvetaking av korionvillus, eller etter fødselen ved hjelp av en blodprøve.

Cellene oppnådd fra disse testene dyrkes i laboratoriet og deretter undersøkes kromosomene deres under et mikroskop. Laboratoriet lager et bilde (karyotype) av alle en persons kromosomer, ordnet i rekkefølge fra størst til minste. En karyotype viser antall, størrelse og form på kromosomer og hjelper leger med å identifisere eventuelle abnormiteter.

Den første prenatale screeningen består av å ta en mors blodprøve i første trimester av svangerskapet (mellom 10 og 13 uker av svangerskapet), samt en spesiell ultralydundersøkelse av baksiden av babyens nakke (den såkalte nakkegjennomskinnelighet).

Den andre prenatale screeningen utføres i andre trimester av svangerskapet og består av en mors blodprøve mellom 16 og 18 uker. Denne screeningen identifiserer graviditeter som har høyere risiko for å ha genetiske lidelser.

Imidlertid kan screeningtester ikke nøyaktig diagnostisere Downs syndrom eller andre. Leger foreslår at kvinner som har unormale screeningstestresultater gjennomgår ytterligere tester - prøvetaking av chorionic villus og fostervannsprøve - for definitivt å diagnostisere eller utelukke disse lidelsene.

De vanligste kromosomavvikene

De første 22 parene av kromosomer kalles autosomer eller somatiske (ikke-kjønn) kromosomer. De vanligste avvikene til disse kromosomene inkluderer:

1. Downs syndrom (trisomi 21) er en av de vanligste kromosomavvikene, diagnostisert hos omtrent 1 av 800 babyer. Personer med Downs syndrom har varierende grad av mental utvikling, karakteristiske ansiktstrekk og ofte medfødte avvik i utviklingen av hjertet og andre problemer.

Moderne utsikter for utvikling av barn med Downs syndrom er mye lysere enn de var før. De fleste av dem har mild til moderat utviklingshemming. Med tidlig innsats og spesialundervisning lærer mange av disse barna å lese og skrive og delta i en rekke aktiviteter fra barndommen av.

Risikoen for Downs syndrom og andre trisomier øker med mors alder. Risikoen for å få et barn med Downs syndrom er omtrent:

• 1 av 1300 – hvis moren er 25 år gammel;
• 1 av 1000 – hvis moren er 30 år gammel;
• 1 av 400 – hvis moren er 35 år gammel;
• 1 av 100 – hvis moren er 40 år gammel;
• 1 av 35 – hvis moren er 45 år.

2. Trisomi 13 og 18 kromosomer – disse trisomiene er vanligvis mer alvorlige enn Downs syndrom, men er heldigvis ganske sjeldne. Omtrent 1 av 16 000 babyer blir født med trisomi 13 (Patau syndrom), og 1 av 5 000 babyer blir født med trisomi 18 (Edwards syndrom). Barn med trisomi 13 og 18 lider vanligvis av alvorlig mental retardasjon og mange fødselsskader. De fleste av disse barna dør før de fyller ett år.

Det siste, 23. kromosomparet er kjønnskromosomene, kalt X-kromosomene og Y-kromosomene Vanligvis har kvinner to X-kromosomer, mens menn har ett X-kromosom og ett Y-kromosom. Kjønnskromosomavvik kan forårsake infertilitet, vekstproblemer og lærings- og atferdsproblemer.

De vanligste kjønnskromosomavvikene inkluderer:

1. Turners syndrom – Denne lidelsen rammer omtrent 1 av 2500 kvinnelige fostre. En jente med Turners syndrom har ett normalt X-kromosom og mangler helt eller delvis et andre X-kromosom. Vanligvis er disse jentene infertile og vil ikke gjennomgå endringene i normal pubertet med mindre de tar syntetiske kjønnshormoner.

Jenter som rammes av Turners syndrom er svært korte, selv om behandling med veksthormon kan bidra til å øke høyden. I tillegg har de en hel rekke helseproblemer, spesielt med hjerte og nyrer. De fleste jenter med Turners syndrom har normal intelligens, selv om de opplever noen lærevansker, spesielt i matematikk og romlig resonnement.

2. Trisomi X-kromosom – Omtrent 1 av 1000 kvinner har et ekstra X-kromosom. Slike kvinner er veldig høye. De har vanligvis ingen fysiske fødselsskader, opplever normal pubertet og er fertile. Slike kvinner har normal intelligens, men kan også ha alvorlige problemer med læring.

Siden slike jenter er friske og har et normalt utseende, vet foreldrene ofte ikke at datteren deres har det. Noen foreldre finner ut at barnet deres har en lignende lidelse hvis moren gjennomgikk en av de invasive prenatale diagnosemetodene (amniocentese eller choriocentese) under svangerskapet.

3. Klinefelters syndrom – Denne lidelsen rammer omtrent 1 av 500 til 1000 gutter. Gutter med Klinefelters syndrom har to (og noen ganger flere) X-kromosomer sammen med ett normalt Y-kromosom. Slike gutter har vanligvis normal intelligens, selv om mange har problemer med å lære. Når slike gutter vokser opp, har de redusert testosteronutskillelse og er infertile.

4. Disomi på Y-kromosomet (XYY) – Omtrent 1 av 1000 menn blir født med ett eller flere ekstra Y-kromosomer. Disse mennene opplever normal pubertet og er ikke infertile. De fleste har normal intelligens, selv om det kan være enkelte lærevansker, atferdsvansker og problemer med tale- og språktilegnelse. Som med trisomi X hos kvinner, vet mange menn og deres foreldre ikke at de har lidelsen før prenatal diagnose.

Mindre vanlige kromosomavvik

Nye metoder for kromosomanalyse kan oppdage bittesmå kromosomavvik som ikke kan sees selv under et kraftig mikroskop. Som et resultat lærer flere og flere foreldre at barnet deres har en genetisk abnormitet.

Noen av disse uvanlige og sjeldne anomaliene inkluderer:

• Sletting - fravær av en liten del av et kromosom;
• Mikrodelesjon - fravær av et veldig lite antall kromosomer, kanskje bare ett gen mangler;
• Translokasjon - en del av ett kromosom går sammen med et annet kromosom;
• Inversjon - en del av kromosomet hoppes over, og rekkefølgen på genene er reversert;
• Duplisering (duplisering) - en del av kromosomet dupliseres, noe som fører til dannelse av ytterligere genetisk materiale;
• Ringkromosom - Når genetisk materiale fjernes fra begge ender av kromosomet og de nye endene går sammen for å danne en ring.

Noen kromosomale patologier er så sjeldne at bare ett eller noen få tilfeller er kjent for vitenskapen. Noen abnormiteter (for eksempel noen translokasjoner og inversjoner) kan ikke ha noen effekt på en persons helse hvis ikke-genetisk materiale mangler.

Noen uvanlige lidelser kan være forårsaket av små kromosomale delesjoner. Eksempler er:

• Cry Cat syndrom (sletting på kromosom 5) - syke barn i spedbarnsalderen kjennetegnes ved et høyt rop, som om en katt skriker. De har betydelige problemer i fysisk og intellektuell utvikling. Omtrent 1 av 20–50 tusen babyer blir født med denne sykdommen;
• Prader-Will syndromOg (sletting på kromosom 15) - syke barn har avvik i mental utvikling og læring, kortvokst og atferdsproblemer. De fleste av disse barna utvikler ekstrem fedme. Omtrent 1 av 10–25 tusen babyer blir født med denne sykdommen;
• DiGeorge syndrom (sletting av kromosom 22 eller 22q11-sletting) – Omtrent 1 av 4000 babyer blir født med en sletting i en bestemt del av kromosom 22. Denne slettingen forårsaker en rekke problemer som kan inkludere hjertefeil, leppe/ganespalte (ganespalte og leppespalte), immunsystemforstyrrelser, unormale ansiktstrekk og læringsproblemer;
• Wolf-Hirschhorn syndrom (sletting på kromosom 4) – denne lidelsen er preget av mental retardasjon, hjertefeil, dårlig muskeltonus, anfall og andre problemer. Denne tilstanden rammer omtrent 1 av 50 000 babyer.

Med unntak av personer med DiGeorge syndrom, er personer med de ovennevnte syndromene infertile. Når det gjelder personer med DiGeorge syndrom, arves denne patologien med 50 % ved hver graviditet.

Nye metoder for kromosomanalyse kan noen ganger finne ut hvor genetisk materiale mangler, eller hvor et ekstra gen er tilstede. Hvis legen vet nøyaktig hvor den skyldige er kromosomavvik, kan han vurdere det fulle omfanget av dets innflytelse på barnet og gi en omtrentlig prognose for utviklingen til dette barnet i fremtiden. Ofte hjelper dette foreldre med å bestemme seg for å fortsette svangerskapet og forberede seg på forhånd for fødselen av en baby som er litt annerledes enn alle andre.