32 kromosomer. Mänskliga kromosomer

Kromosomär en trådliknande struktur innehållande DNA i cellkärnan, som bär gener, ärftlighetsenheter, ordnade i linjär ordning. Människan har 22 par vanliga kromosomer och ett par könskromosomer. Förutom gener innehåller kromosomerna även regulatoriska element och nukleotidsekvenser. De innehåller DNA-bindande proteiner som kontrollerar DNA-funktioner. Intressant nog kommer ordet "kromosom" från det grekiska ordet "krom", som betyder "färg". Kromosomer fick detta namn eftersom de har förmågan att färgas i olika toner. Kromosomernas struktur och natur varierar från organism till organism. Mänskliga kromosomer har alltid varit föremål för ständigt intresse för forskare som arbetar inom genetikområdet. Det stora utbudet av faktorer som bestäms av mänskliga kromosomer, de abnormiteter som de är ansvariga för och deras komplexa natur har alltid uppmärksammats av många forskare.

Intressanta fakta om mänskliga kromosomer

Mänskliga celler innehåller 23 par nukleära kromosomer. Kromosomer är uppbyggda av DNA-molekyler som innehåller gener. Den kromosomala DNA-molekylen innehåller tre nukleotidsekvenser som krävs för replikering. När kromosomerna färgas blir den bandade strukturen av mitotiska kromosomer uppenbar. Varje remsa innehåller många DNA-nukleotidpar.

Människor är en sexuellt reproducerande art med diploida somatiska celler som innehåller två uppsättningar kromosomer. En uppsättning ärvs från mamman, medan den andra ärvs från pappan. Reproduktiva celler har, till skillnad från kroppsceller, en uppsättning kromosomer. Korsning mellan kromosomer leder till skapandet av nya kromosomer. Nya kromosomer ärvs inte från någon av föräldrarna. Detta förklarar det faktum att inte alla av oss uppvisar egenskaper som vi får direkt från en av våra föräldrar.

Autosomala kromosomer tilldelas nummer från 1 till 22 i fallande ordning när deras storlek minskar. Varje person har två uppsättningar av 22 kromosomer, en X-kromosom från mamman och en X- eller Y-kromosom från pappan.

En abnormitet i innehållet i en cells kromosomer kan orsaka vissa genetiska störningar hos människor. Kromosomavvikelser hos människor är ofta ansvariga för uppkomsten av genetiska sjukdomar hos deras barn. De som har kromosomavvikelser är ofta bara bärare av sjukdomen, medan deras barn utvecklar sjukdomen.

Kromosomavvikelser (strukturella förändringar i kromosomerna) orsakas av olika faktorer, nämligen deletion eller duplicering av en del av en kromosom, inversion, vilket är en förändring i en kromosoms riktning till motsatt, eller translokation, där en del av en kromosom är slits av och fästs vid en annan kromosom.

En extra kopia av kromosom 21 är ansvarig för en mycket välkänd genetisk störning som kallas Downs syndrom.

Trisomi 18 resulterar i Edwards syndrom, vilket kan orsaka dödsfall i spädbarnsåldern.

Borttagning av en del av den femte kromosomen resulterar i en genetisk störning som kallas Cri-Cat Syndrome. Människor som drabbas av denna sjukdom har ofta mental retardation och deras gråt i barndomen liknar en katts.

Störningar orsakade av könskromosomavvikelser inkluderar Turners syndrom, där kvinnliga sexuella egenskaper är närvarande men kännetecknas av underutveckling, såväl som XXX syndrom hos flickor och XXY syndrom hos pojkar, som orsakar dyslexi hos drabbade individer.

Kromosomer upptäcktes först i växtceller. Van Benedens monografi om befruktade spolmaskägg ledde till ytterligare forskning. August Weissman visade senare att könslinjen var skild från soma och upptäckte att cellkärnor innehöll ärftligt material. Han föreslog också att befruktning leder till bildandet av en ny kombination av kromosomer.

Dessa upptäckter blev hörnstenar inom genetikområdet. Forskare har redan samlat på sig en betydande mängd kunskap om mänskliga kromosomer och gener, men mycket återstår att upptäcka.

Video

​Vilka mutationer, förutom Downs syndrom, hotar oss? Är det möjligt att korsa en man med en apa? Och vad kommer att hända med vårt arvsmassa i framtiden? Redaktören för portalen ANTHROPOGENES.RU pratade om kromosomer med en genetiker, chef. labb. jämförande genomik SB RAS Vladimir Trifonov.

− Kan du på ett enkelt språk förklara vad en kromosom är?

− En kromosom är ett fragment av genomet från vilken organism som helst (DNA) i komplex med proteiner. Om i bakterier hela genomet vanligtvis är en kromosom, så är genomet i komplexa organismer med en uttalad kärna (eukaryoter) vanligtvis fragmenterat, och komplex av långa fragment av DNA och protein är tydligt synliga i ett ljusmikroskop under celldelningen. Det är därför kromosomer som färgbara strukturer ("chroma" - färg på grekiska) beskrevs i slutet av 1800-talet.

− Finns det något samband mellan antalet kromosomer och en organisms komplexitet?

– Det finns inget samband. Den sibiriska stören har 240 kromosomer, sterleten har 120, men det är ibland ganska svårt att skilja dessa två arter från varandra utifrån yttre egenskaper. Indisk muntjac hona har 6 kromosomer, hanar har 7, och deras släkting, den sibiriska rådjuren, har mer än 70 (eller snarare, 70 kromosomer i huvuduppsättningen och upp till ett dussin ytterligare kromosomer). Hos däggdjur fortskred utvecklingen av kromosombrott och fusioner ganska intensivt, och nu ser vi resultaten av denna process, när varje art ofta har karakteristiska egenskaper för sin karyotyp (uppsättning kromosomer). Men utan tvekan var den allmänna ökningen av genomstorlek ett nödvändigt steg i utvecklingen av eukaryoter. Samtidigt verkar det inte vara särskilt viktigt hur detta genom fördelas i enskilda fragment.

− Vilka är några vanliga missuppfattningar om kromosomer? Människor blir ofta förvirrade: gener, kromosomer, DNA...

− Eftersom kromosomförändringar förekommer ofta har människor oro över kromosomavvikelser. Det är känt att en extra kopia av den minsta mänskliga kromosomen (kromosom 21) leder till ett ganska allvarligt syndrom (Downs syndrom), som har karakteristiska yttre och beteendemässiga egenskaper. Extra eller saknade könskromosomer är också ganska vanliga och kan få allvarliga konsekvenser. Men genetiker har också beskrivit en hel del relativt neutrala mutationer associerade med uppkomsten av mikrokromosomer, eller ytterligare X- och Y-kromosomer. Jag tror att stigmatiseringen av detta fenomen beror på att människor uppfattar begreppet normal för snävt.

− Vilka kromosomala mutationer förekommer hos moderna människor och vad leder de till?

− De vanligaste kromosomavvikelserna är:

− Klinefelters syndrom (XXY män) (1 av 500) – karakteristiska yttre tecken, vissa hälsoproblem (anemi, osteoporos, muskelsvaghet och sexuell dysfunktion), sterilitet. Det kan finnas beteendeegenskaper. Men många symtom (förutom sterilitet) kan korrigeras genom att administrera testosteron. Med hjälp av modern reproduktionsteknik är det möjligt att få friska barn från bärare av detta syndrom;

− Downs syndrom (1 av 1000) – karakteristiska yttre tecken, försenad kognitiv utveckling, kort förväntad livslängd, kan vara fertila;

− trisomi X (XXX kvinnor) (1 av 1000) – oftast finns inga manifestationer, fertilitet;

− XYY-syndrom (män) (1 av 1000) – nästan inga manifestationer, men det kan finnas beteendeegenskaper och möjliga reproduktionsproblem;

− Turners syndrom (kvinnor med CP) (1 av 1500) – kortväxthet och andra utvecklingsdrag, normal intelligens, sterilitet;

− balanserade translokationer (1 av 1000) – beror på typen, i vissa fall kan utvecklingsdefekter och mental retardation observeras och kan påverka fertiliteten;

− små ytterligare kromosomer (1 år 2000) – manifestationen beror på det genetiska materialet på kromosomerna och varierar från neutrala till allvarliga kliniska symtom;

Pericentrisk inversion av kromosom 9 förekommer hos 1% av den mänskliga befolkningen, men denna omarrangemang anses vara en normal variant.

Är skillnaden i antalet kromosomer ett hinder för korsning? Finns det några intressanta exempel på korsning av djur med olika antal kromosomer?

− Om korsningen är intraspecifik eller mellan närbesläktade arter, kan skillnaden i antalet kromosomer inte störa korsningen, men ättlingarna kan visa sig vara sterila. Det finns många kända hybrider mellan arter med olika antal kromosomer, till exempel hästdjur: det finns alla typer av hybrider mellan hästar, zebror och åsnor, och antalet kromosomer hos alla hästdjur är olika och följaktligen är hybriderna ofta steril. Detta utesluter dock inte möjligheten att balanserade könsceller kan skapas av en slump.

- Vilka ovanliga saker har upptäckts nyligen inom området kromosomer?

− På senare tid har det gjorts många upptäckter angående kromosomernas struktur, funktion och utveckling. Jag gillar särskilt arbetet som visade att könskromosomer bildades helt oberoende i olika grupper av djur.

– Ändå, är det möjligt att korsa en man med en apa?

– Teoretiskt går det att få fram en sådan hybrid. Nyligen har hybrider av mycket mer evolutionärt avlägsna däggdjur (vit och svart noshörning, alpacka och kamel, och så vidare) erhållits. Den röda vargen i Amerika har länge ansetts vara en separat art, men har nyligen visat sig vara en hybrid mellan en varg och en prärievarg. Det finns ett stort antal katthybrider kända.

– Och en helt absurd fråga: är det möjligt att korsa en hamster med en anka?

– Här kommer med största sannolikhet ingenting att lösa sig, eftersom för många genetiska skillnader har ackumulerats under hundratals miljoner år av evolution för att bäraren av ett sådant blandat genom ska fungera.

– Är det möjligt att en person i framtiden kommer att ha färre eller fler kromosomer?

– Ja, det här är fullt möjligt. Det är möjligt att ett par akrocentriska kromosomer kommer att smälta samman och en sådan mutation kommer att spridas över hela befolkningen.

− Vilken populärvetenskaplig litteratur rekommenderar du om ämnet mänsklig genetik? Hur är det med populärvetenskapliga filmer?

− Böcker av biologen Alexander Markov, trevolymen "Human Genetics" av Vogel och Motulsky (även om detta inte är science-pop, men det finns bra referensdata där). Ingenting kommer att tänka på från filmer om mänsklig genetik... Men Shubins "Inner Fish" är en utmärkt film och bok med samma namn om utvecklingen av ryggradsdjur.

Ärftlighet och variation i levande natur existerar tack vare kromosomer, gener, (DNA). Det lagras och överförs som en kedja av nukleotider som en del av DNA. Vilken roll spelar gener i detta fenomen? Vad är en kromosom med tanke på överföring av ärftliga egenskaper? Svar på frågor som dessa ger insikt i kodningsprinciper och genetisk mångfald på vår planet. Det beror till stor del på hur många kromosomer som ingår i uppsättningen och på rekombinationen av dessa strukturer.

Från historien om upptäckten av "ärftlighetspartiklar"

Genom att studera växt- och djurceller i mikroskop uppmärksammade många botaniker och zoologer i mitten av 1800-talet de tunnaste trådarna och de minsta ringformade strukturerna i kärnan. Oftare än andra kallas den tyske anatomen Walter Flemming för upptäckaren av kromosomerna. Det var han som använde anilinfärgämnen för att behandla nukleära strukturer. Flemming kallade det upptäckta ämnet "kromatin" för dess förmåga att färga. Termen "kromosomer" introducerades i vetenskaplig användning 1888 av Heinrich Waldeyer.

Samtidigt som Flemming letade belgaren Eduard van Beneden efter svar på frågan om vad en kromosom är. Lite tidigare genomförde tyska biologer Theodor Boveri och Eduard Strassburger en serie experiment som bevisade kromosomernas individualitet och konstanten av deras antal i olika arter av levande organismer.

Förutsättningar för den kromosomala teorin om ärftlighet

Den amerikanske forskaren Walter Sutton fick reda på hur många kromosomer som finns i cellkärnan. Forskaren ansåg att dessa strukturer var bärare av ärftlighetsenheter, organismens egenskaper. Sutton upptäckte att kromosomer består av gener genom vilka egenskaper och funktioner överförs till avkommor från deras föräldrar. Genetikern gav i sina publikationer beskrivningar av kromosompar och deras rörelser under delningen av cellkärnan.

Oavsett hans amerikanska kollega utfördes arbetet i samma riktning av Theodore Boveri. Båda forskarna i sina arbeten studerade frågorna om överföring av ärftliga egenskaper och formulerade huvudbestämmelserna om kromosomernas roll (1902-1903). Ytterligare utveckling av Boveri-Sutton-teorin ägde rum i Nobelpristagaren Thomas Morgans laboratorium. Den enastående amerikanske biologen och hans assistenter etablerade ett antal mönster i placeringen av gener på kromosomen och utvecklade en cytologisk grund som förklarar mekanismen för lagarna hos Gregor Mendel, genetikens grundare.

Kromosomer i en cell

Studiet av kromosomernas struktur började efter deras upptäckt och beskrivning på 1800-talet. Dessa kroppar och filament finns i prokaryota organismer (icke-nukleära) och eukaryota celler (i kärnor). Studier under ett mikroskop gjorde det möjligt att fastställa vad en kromosom är ur en morfologisk synvinkel. Det är en rörlig filamentös kropp som är synlig under vissa faser av cellcykeln. I interfas upptas hela kärnans volym av kromatin. Under andra perioder är kromosomerna urskiljbara i form av en eller två kromatider.

Dessa formationer är bättre synliga under celldelning - mitos eller meios. Oftare kan stora kromosomer med linjär struktur observeras. Hos prokaryoter är de mindre, även om det finns undantag. Celler innehåller ofta mer än en typ av kromosom, till exempel mitokondrier och kloroplaster har sina egna små "arvsbitar".

Kromosomformer

Varje kromosom har en individuell struktur och skiljer sig från andra i sina färgegenskaper. När man studerar morfologi är det viktigt att bestämma centromerens position, armarnas längd och placering i förhållande till förträngningen. Uppsättningen av kromosomer inkluderar vanligtvis följande former:

• metacentriska, eller lika stora armar, som kännetecknas av en medianplacering av centromeren;
• submetacentriska eller ojämlika armar (förträngningen förskjuts mot en av telomererna);
• akrocentrisk, eller stavformad, i vilken centromeren är belägen nästan i änden av kromosomen;
• prickad med en svårdefinierbar form.

Funktioner av kromosomer

Kromosomer består av gener - funktionella enheter av ärftlighet. Telomerer är ändarna på kromosomarmarna. Dessa specialiserade element tjänar till att skydda mot skador och förhindra att fragment klibbar ihop. Centromeren utför sina uppgifter under kromosomfördubbling. Den har en kinetokor, och det är till denna som spindelstrukturerna är fästa. Varje par av kromosomer är individuellt i centromerens läge. Spindeltrådarna fungerar på så sätt att en kromosom i taget går till dottercellerna, inte båda. Enhetlig dubblering under delning tillhandahålls av replikationsursprunget. Duplicering av varje kromosom börjar samtidigt vid flera sådana punkter, vilket avsevärt påskyndar hela delningsprocessen.

Rollen för DNA och RNA

Det var möjligt att ta reda på vad en kromosom är och vilken funktion denna kärnstruktur har efter att ha studerat dess biokemiska sammansättning och egenskaper. I eukaryota celler bildas nukleära kromosomer av ett kondenserat ämne - kromatin. Enligt analysen innehåller den högmolekylära organiska ämnen:

Nukleinsyror är direkt involverade i biosyntesen av aminosyror och proteiner och säkerställer överföringen av ärftliga egenskaper från generation till generation. DNA finns i kärnan i en eukaryot cell, RNA är koncentrerat i cytoplasman.

Gener

Röntgendiffraktionsanalys visade att DNA bildar en dubbelhelix, vars kedjor består av nukleotider. De representerar kolhydratet deoxiribos, en fosfatgrupp och en av fyra kvävehaltiga baser:

Regioner av spiralformade deoxiribonukleoproteinsträngar är gener som bär kodad information om sekvensen av aminosyror i proteiner eller RNA. Under reproduktion överförs ärftliga egenskaper från föräldrar till avkomma i form av genalleler. De bestämmer funktionen, tillväxten och utvecklingen av en viss organism. Enligt ett antal forskare utför de sektioner av DNA som inte kodar för polypeptider regulatoriska funktioner. Det mänskliga genomet kan innehålla upp till 30 tusen gener.

Uppsättning av kromosomer

Det totala antalet kromosomer och deras egenskaper är ett karakteristiskt drag för arten. I Drosophila-flugan är deras antal 8, hos primater - 48, hos människor - 46. Detta antal är konstant för cellerna hos organismer som tillhör samma art. För alla eukaryoter finns begreppet "diploida kromosomer". Detta är en komplett uppsättning, eller 2n, i motsats till haploid - halva talet (n).

Kromosomer i ett par är homologa, identiska i form, struktur, placering av centromerer och andra element. Homologer har sina egna karakteristiska egenskaper som skiljer dem från andra kromosomer i uppsättningen. Färgning med grundläggande färgämnen gör att du kan undersöka och studera de särdrag som varje par har. finns i de somatiska - i de reproduktiva (de så kallade könscellerna). Hos däggdjur och andra levande organismer med ett heterogametiskt manligt kön bildas två typer av könskromosomer: X-kromosomen och Y. Hanar har en uppsättning av XY, honor har en uppsättning av XX.

Mänsklig kromosomuppsättning

Människokroppens celler innehåller 46 kromosomer. Alla är kombinerade till 23 par som utgör setet. Det finns två typer av kromosomer: autosomer och könskromosomer. Den första bildar 22 par - vanligt för kvinnor och män. Det som skiljer sig från dem är det 23:e paret - könskromosomer, som är icke-homologa i cellerna i den manliga kroppen.

Genetiska egenskaper är förknippade med kön. De överförs av en Y- och en X-kromosom hos män och två X-kromosomer hos kvinnor. Autosomer innehåller resten av informationen om ärftliga egenskaper. Det finns tekniker som gör att du kan individualisera alla 23 par. De är tydligt urskiljbara på ritningarna när de är målade i en viss färg. Det märks att den 22:a kromosomen i det mänskliga genomet är den minsta. Dess DNA, när det sträcks, är 1,5 cm långt och har 48 miljoner kvävebaspar. Särskilda histonproteiner från sammansättningen av kromatin utför kompression, varefter tråden tar upp tusentals gånger mindre plats i cellkärnan. Under ett elektronmikroskop liknar histonerna i interfaskärnan pärlor uppträdda på en DNA-sträng.

Genetiska sjukdomar

Det finns mer än 3 tusen ärftliga sjukdomar av olika slag orsakade av skador och avvikelser i kromosomerna. Dessa inkluderar Downs syndrom. Ett barn med en sådan genetisk sjukdom kännetecknas av förseningar i mental och fysisk utveckling. Med cystisk fibros uppstår ett fel i de exokrina körtlarnas funktioner. Överträdelse leder till problem med svettning, utsöndring och ansamling av slem i kroppen. Det gör det svårt för lungorna att fungera och kan leda till kvävning och död.

Färgsynsnedsättning - färgblindhet - okänslighet för vissa delar av färgspektrat. Blödarsjuka leder till försvagad blodpropp. Laktosintolerans hindrar människokroppen från att smälta mjölksocker. På familjeplaneringskontor kan du ta reda på din anlag för en viss genetisk sjukdom. På stora vårdcentraler är det möjligt att genomgå lämplig undersökning och behandling.

Genterapi är en riktning för modern medicin, som identifierar den genetiska orsaken till ärftliga sjukdomar och eliminerar den. Med de senaste metoderna introduceras normala gener i patologiska celler istället för skadade. I det här fallet lindrar läkare patienten inte från symptomen, utan från orsakerna som orsakade sjukdomen. Endast korrigering av somatiska celler utförs genterapimetoder som ännu inte tillämpas massvis på könsceller.

Låt oss först komma överens om terminologin. Människans kromosomer räknades slutligen för lite mer än ett halvt sekel sedan - 1956. Sedan dess vet vi det somatisk, det vill säga inte könsceller, det finns vanligtvis 46 av dem - 23 par.

Kromosomer i ett par (den ena fick från pappan, den andra från mamman) kallas homolog. De innehåller gener som utför samma funktioner, men som ofta skiljer sig i struktur. Undantaget är könskromosomerna - X och Y, vars gensammansättning inte helt sammanfaller. Alla andra kromosomer, förutom könskromosomer, kallas autosomer.

Antal uppsättningar homologa kromosomer - ploidig- i könsceller är det lika med en och i somatiska celler som regel två.

B-kromosomer har ännu inte upptäckts hos människor. Men ibland dyker det upp ytterligare en uppsättning kromosomer i celler - då pratar de om polyploidi, och om deras antal inte är en multipel av 23 - om aneuploidi. Polyploidi förekommer i vissa typer av celler och bidrar till deras ökade arbete, medan aneuploidi indikerar vanligtvis störningar i cellens funktion och leder ofta till dess död.

Vi måste dela ärligt

Oftast är ett felaktigt antal kromosomer en följd av misslyckad celldelning. I somatiska celler, efter DNA-duplicering, är moderns kromosom och dess kopia sammanlänkade av kohesinproteiner. Sedan sitter kinetochoreproteinkomplex på sina centrala delar, till vilka mikrotubuli senare fästs. När de delar sig längs mikrotubuli, flyttar kinetokorerna till olika poler i cellen och drar kromosomerna med dem. Om tvärbindningarna mellan kopior av en kromosom förstörs i förväg, kan mikrotubuli från samma pol fästa vid dem, och då kommer en av dottercellerna att få en extra kromosom, och den andra kommer att förbli berövad.

Meios blir också ofta fel. Problemet är att strukturen hos sammanlänkade två par homologa kromosomer kan vrida sig i rymden eller separera på fel ställen. Resultatet blir återigen en ojämn fördelning av kromosomerna. Ibland lyckas könscellen spåra detta för att inte föra defekten vidare till arv. De extra kromosomerna är ofta felvikta eller trasiga, vilket utlöser dödsprogrammet. Till exempel, bland spermier finns ett sådant urval för kvalitet. Men äggen är inte så lyckliga. Alla av dem bildas hos människor redan före födseln, förbereder sig för delning och fryser sedan. Kromosomerna har redan duplicerats, tetrader har bildats och delningen har fördröjts. De lever i denna form fram till reproduktionsperioden. Sedan mognar äggen i tur och ordning, dela för första gången och frys in igen. Den andra uppdelningen sker omedelbart efter befruktningen. Och i detta skede är det redan svårt att kontrollera kvaliteten på uppdelningen. Och riskerna är större, eftersom de fyra kromosomerna i ägget förblir tvärbundna i årtionden. Under denna tid ackumuleras skador i kohesiner, och kromosomer kan spontant separera. Därför, ju äldre kvinnan är, desto större är sannolikheten för felaktig kromosomsegregation i ägget.

Aneuploidi i könsceller leder oundvikligen till aneuploidi hos embryot. Om ett friskt ägg med 23 kromosomer befruktas av en spermie med extra eller saknade kromosomer (eller vice versa) kommer uppenbarligen antalet kromosomer i zygoten att skilja sig från 46. Men även om könscellerna är friska, garanterar inte detta. sund utveckling. Under de första dagarna efter befruktningen delar sig embryonala celler aktivt för att snabbt få cellmassa. Tydligen, under snabba divisioner finns det ingen tid att kontrollera korrektheten av kromosomsegregeringen, så aneuploida celler kan uppstå. Och om ett fel inträffar, beror embryots vidare öde på divisionen där det hände. Om balansen störs redan i den första uppdelningen av zygoten, kommer hela organismen att växa aneuploid. Om problemet uppstod senare, bestäms resultatet av förhållandet mellan friska och onormala celler.

Några av de senare kan fortsätta att dö, och vi kommer aldrig att få veta om deras existens. Eller så kan han delta i utvecklingen av organismen, och då kommer det att visa sig mosaik— olika celler kommer att bära olika genetiskt material. Mosaicism orsakar mycket problem för prenatala diagnostiker. Om det till exempel finns risk för att få ett barn med Downs syndrom, avlägsnas ibland en eller flera celler i embryot (i ett skede då detta inte borde utgöra någon fara) och kromosomerna i dem räknas. Men om embryot är mosaik, blir denna metod inte särskilt effektiv.

Tredje hjulet

Alla fall av aneuploidi är logiskt indelade i två grupper: brist och överskott av kromosomer. Problemen som uppstår med en brist är ganska förväntade: minus en kromosom betyder minus hundratals gener.

Om den homologa kromosomen fungerar normalt, kan cellen komma undan med endast en otillräcklig mängd av de proteiner som kodas där. Men om några av generna som finns kvar på den homologa kromosomen inte fungerar, kommer motsvarande proteiner inte att visas i cellen alls.

Vid ett överskott av kromosomer är allt inte så uppenbart. Det finns fler gener, men här betyder – tyvärr – fler inte bättre.

För det första ökar överskottet av genetiskt material belastningen på kärnan: ytterligare en DNA-sträng måste placeras i kärnan och betjänas av informationsavläsningssystem.

Forskare har upptäckt att hos personer med Downs syndrom, vars celler bär en extra 21:a kromosom, störs funktionen hos gener som finns på andra kromosomer huvudsakligen. Tydligen leder ett överskott av DNA i kärnan till att det inte finns tillräckligt med proteiner för att stödja kromosomernas funktion för alla.

För det andra störs balansen i mängden cellulära proteiner. Till exempel, om aktivatorproteiner och inhibitorproteiner är ansvariga för någon process i en cell, och deras förhållande vanligtvis beror på externa signaler, så kommer en ytterligare dos av det ena eller det andra att få cellen att sluta svara adekvat på den externa signalen. Slutligen har en aneuploid cell en ökad chans att dö. När DNA dupliceras före delning uppstår oundvikligen fel, och proteinerna i det cellulära reparationssystemet känner igen dem, reparerar dem och börjar fördubblas igen. Om det finns för många kromosomer, då finns det inte tillräckligt med proteiner, fel ackumuleras och apoptos utlöses - programmerad celldöd. Men även om cellen inte dör och delar sig, så blir resultatet av en sådan delning också med största sannolikhet aneuploider.

Du kommer att leva

Om även inom en cell aneuploidi är fylld med funktionsfel och död, så är det inte förvånande att det inte är lätt för en hel aneuploid organism att överleva. För närvarande är endast tre autosomer kända - 13, 18 och 21, trisomi för vilken (det vill säga en extra tredje kromosom i celler) på något sätt är kompatibel med livet. Detta beror sannolikt på att de är de minsta och bär på minst gener. Samtidigt lever barn med trisomi på 13:e (Pataus syndrom) och 18:e (Edwards syndrom) kromosomerna i bästa fall upp till 10 år, och lever oftare mindre än ett år. Och bara trisomi på den minsta kromosomen i arvsmassan, den 21:a kromosomen, känd som Downs syndrom, låter dig leva upp till 60 år.

Personer med allmän polyploidi är mycket sällsynta. Normalt kan polyploida celler (som inte bär två, utan från fyra till 128 uppsättningar kromosomer) hittas i människokroppen, till exempel i levern eller röd benmärg. Dessa är vanligtvis stora celler med förstärkt proteinsyntes som inte kräver aktiv delning.

En ytterligare uppsättning kromosomer komplicerar uppgiften att fördela dem bland dotterceller, så polyploida embryon överlever som regel inte. Ändå har ett tiotal fall beskrivits där barn med 92 kromosomer (tetraploider) föddes och levde från flera timmar till flera år. Men, liksom i fallet med andra kromosomavvikelser, släpade de efter i utvecklingen, inklusive mental utveckling. Men många människor med genetiska avvikelser kommer till hjälp av mosaicism. Om anomin redan har utvecklats under fragmenteringen av embryot, kan ett visst antal celler förbli friska. I sådana fall minskar symtomens svårighetsgrad och livslängden ökar.

Könsmässiga orättvisor

Men det finns också kromosomer, vars ökning av antalet är förenlig med mänskligt liv eller till och med går obemärkt förbi. Och dessa är överraskande nog könskromosomer. Anledningen till detta är könsmässig orättvisa: ungefär hälften av människorna i vår befolkning (flickor) har dubbelt så många X-kromosomer som andra (pojkar). Samtidigt tjänar X-kromosomerna inte bara till att bestämma kön, utan bär också på mer än 800 gener (det vill säga dubbelt så många som den extra 21:a kromosomen, vilket orsakar mycket besvär för kroppen). Men flickor kommer till hjälp av en naturlig mekanism för att eliminera ojämlikhet: en av X-kromosomerna inaktiveras, vrider sig och förvandlas till en Barr-kropp. I de flesta fall sker valet slumpmässigt, och som ett resultat av detta är moderns X-kromosom aktiv i vissa celler och faderns X-kromosom är aktiv i andra. Alla tjejer visar sig alltså vara mosaik, eftersom olika kopior av gener fungerar i olika celler. Ett klassiskt exempel på sådan mosaik är sköldpaddskatter: på deras X-kromosom finns en gen som ansvarar för melanin (ett pigment som bestämmer bland annat pälsfärgen). Olika kopior fungerar i olika celler, så färgen är fläckig och ärvs inte, eftersom inaktivering sker slumpmässigt.

Som ett resultat av inaktivering fungerar alltid endast en X-kromosom i mänskliga celler. Denna mekanism låter dig undvika allvarliga problem med X-trisomi (XXX flickor) och Shereshevsky-Turners syndrom (XO flickor) eller Klinefelter (XXY pojkar). Ungefär vart 400 barn föds på detta sätt, men vitala funktioner i dessa fall är vanligtvis inte märkbart försämrade, och även infertilitet uppstår inte alltid. Det är svårare för dem som har fler än tre kromosomer. Detta innebär vanligtvis att kromosomerna inte separerade två gånger under bildandet av könsceller. Fall av tetrasomi (ХХХХ, ХХYY, ХХХY, XYYY) och pentasomi (XXXXX, XXXXY, XXXYY, XXYYY, XYYYY) är sällsynta, några av dem har beskrivits endast ett fåtal gånger i medicinens historia. Alla dessa alternativ är kompatibla med livet, och människor lever ofta till en hög ålder, med avvikelser som manifesteras i onormal skelettutveckling, könsdefekter och minskade mentala förmågor. Vanligtvis påverkar den ytterligare Y-kromosomen i sig inte nämnvärt kroppens funktion. Många män med genotypen XYY vet inte ens om deras egenhet. Detta beror på att Y-kromosomen är mycket mindre än X och har nästan inga gener som påverkar livsdugligheten.

Sexkromosomer har en annan intressant egenskap. Många mutationer av gener som finns på autosomer leder till abnormiteter i funktionen hos många vävnader och organ. Samtidigt visar de flesta genmutationer på könskromosomer sig endast i nedsatt mental aktivitet. Det visar sig att könskromosomer till stor del styr hjärnans utveckling. Baserat på detta antar vissa forskare att de är ansvariga för skillnaderna (dock inte helt bekräftade) mellan mäns och kvinnors mentala förmågor.

Vem tjänar på att ha fel?

Trots det faktum att medicin har varit bekant med kromosomavvikelser under lång tid, fortsätter aneuploidi nyligen att locka forskarnas uppmärksamhet. Det visade sig att mer än 80 % av tumörcellerna innehåller ovanligt många kromosomer. Å ena sidan kan orsaken till detta vara det faktum att proteiner som kontrollerar kvaliteten på delning kan bromsa den. I tumörceller muterar samma kontrollproteiner ofta, så restriktioner för delning hävs och kromosomkontroll fungerar inte. Å andra sidan tror forskare att detta kan fungera som en faktor i valet av tumörer för överlevnad. Enligt denna modell blir tumörceller först polyploida, och sedan, som ett resultat av delningsfel, förlorar de olika kromosomer eller delar därav. Detta resulterar i en hel population av celler med en mängd olika kromosomavvikelser. De flesta är inte livskraftiga, men vissa kan lyckas av en slump, till exempel om de av misstag får extra kopior av gener som utlöser delning eller förlorar gener som undertrycker den. Men om ackumuleringen av fel under delning stimuleras ytterligare kommer cellerna inte att överleva. Verkan av taxol, ett vanligt cancerläkemedel, är baserad på denna princip: det orsakar systemisk kromosomnondisjunktion i tumörceller, vilket bör utlösa deras programmerade död.

Det visar sig att var och en av oss kan vara bärare av extra kromosomer, åtminstone i enskilda celler. Men modern vetenskap fortsätter att utveckla strategier för att hantera dessa oönskade passagerare. En av dem föreslår att man använder proteiner som är ansvariga för X-kromosomen och riktar sig till exempel mot den extra 21:a kromosomen hos personer med Downs syndrom. Det rapporteras att denna mekanism sattes i funktion i cellkulturer. Så kanske, inom en överskådlig framtid, kommer farliga extrakromosomer att tämjas och oskadliggöras.

Ungefär 1 av 150 barn föds med kromosomavvikelse. Dessa störningar orsakas av fel i antalet eller strukturen av kromosomer. Många barn med kromosomproblem har psykiska och/eller fysiska fosterskador. Vissa kromosomproblem leder i slutändan till missfall eller dödfödsel.

Kromosomer är trådliknande strukturer som finns i cellerna i vår kropp och som innehåller en uppsättning gener. Människan har cirka 20–25 tusen gener som bestämmer egenskaper som ögon- och hårfärg, och är också ansvariga för tillväxten och utvecklingen av varje del av kroppen. Varje person har normalt 46 kromosomer, sammansatta i 23 kromosompar, där en kromosom ärvs från modern och den andra ärvs från fadern.

Orsaker till kromosomavvikelser

Kromosomavvikelser är vanligtvis resultatet av ett fel som uppstår under mognaden av en spermie eller ett ägg. Varför dessa fel uppstår är ännu inte känt.

Ägg och spermier innehåller normalt 23 kromosomer. När de kommer samman bildar de ett befruktat ägg med 46 kromosomer. Men ibland går något fel under (eller före) befruktningen. Till exempel kan ett ägg eller en spermie utvecklas felaktigt, som ett resultat av vilket de kan ha extra kromosomer, eller omvänt kan de sakna kromosomer.

I det här fallet är celler med fel antal kromosomer fästa vid ett normalt ägg eller sperma, vilket resulterar i att det resulterande embryot har kromosomavvikelser.

Den vanligaste typen kromosomavvikelse kallas trisomi. Det betyder att istället för att ha två kopior av en viss kromosom, har en person tre kopior. Till exempel har de tre kopior av kromosom 21.

I de flesta fall överlever inte ett embryo med fel antal kromosomer. I sådana fall får kvinnan ett missfall, vanligtvis i tidiga skeden. Detta inträffar ofta mycket tidigt i graviditeten, innan kvinnan ens inser att hon är gravid. Mer än 50 % av missfallen under den första trimestern orsakas av kromosomavvikelser i embryot.

Andra fel kan uppstå före befruktningen. De kan leda till förändringar i strukturen hos en eller flera kromosomer. Personer med strukturella kromosomavvikelser har vanligtvis ett normalt antal kromosomer. Men små bitar av en kromosom (eller en hel kromosom) kan raderas, kopieras, vändas, förläggas eller bytas ut mot en del av en annan kromosom. Dessa strukturella omarrangemang kanske inte har någon effekt på en person om han har alla kromosomerna, men de är helt enkelt omarrangerade. I andra fall kan sådana omarrangemang leda till graviditetsförlust eller fosterskador.

Fel i celldelningen kan uppstå strax efter befruktningen. Detta kan leda till mosaicism, ett tillstånd där en person har celler med olika genetiska sammansättningar. Till exempel, personer med en form av mosaicism, Turners syndrom, saknar en X-kromosom i vissa, men inte alla, celler.

Diagnos av kromosomavvikelser

Kromosomavvikelser kan diagnostiseras innan barnet föds genom prenatal testning, såsom fostervattenprov eller chorionic villus provtagning, eller efter födseln med hjälp av ett blodprov.

Cellerna som erhålls från dessa tester odlas i laboratoriet och sedan undersöks deras kromosomer i mikroskop. Laboratoriet gör en bild (karyotyp) av alla en persons kromosomer, ordnade i ordning från största till minsta. En karyotyp visar antalet, storleken och formen på kromosomerna och hjälper läkare att identifiera eventuella avvikelser.

Den första prenatala screeningen består av att ta ett moderns blodprov under graviditetens första trimester (mellan 10 och 13 graviditetsveckor), samt en speciell ultraljudsundersökning av barnets nacke (den så kallade nackgenomskinligheten).

Den andra prenatala screeningen utförs under graviditetens andra trimester och består av ett moderns blodprov mellan 16 och 18 veckor. Denna screening identifierar graviditeter som löper högre risk att ha genetiska störningar.

Men screeningtest kan inte korrekt diagnostisera Downs syndrom eller andra. Läkare föreslår att kvinnor som har onormala screeningtestresultat genomgår ytterligare tester - chorionic villus provtagning och fostervattenprov - för att definitivt diagnostisera eller utesluta dessa störningar.

De vanligaste kromosomavvikelserna

De första 22 paren av kromosomer kallas autosomer eller somatiska (icke-könade) kromosomer. De vanligaste avvikelserna hos dessa kromosomer inkluderar:

1. Downs syndrom (trisomi 21) är en av de vanligaste kromosomavvikelserna, diagnostiserad hos cirka 1 av 800 barn. Personer med Downs syndrom har varierande grad av mental utveckling, karakteristiska ansiktsdrag och ofta medfödda avvikelser i utvecklingen av hjärtat och andra problem.

Moderna utsikter för utveckling av barn med Downs syndrom är mycket ljusare än de var tidigare. De flesta av dem har lindriga till måttliga intellektuella funktionsnedsättningar. Med tidiga insatser och specialundervisning lär sig många av dessa barn att läsa och skriva och delta i en mängd olika aktiviteter från barndomen och framåt.

Risken för Downs syndrom och andra trisomier ökar med moderns ålder. Risken att få ett barn med Downs syndrom är ungefär:

• 1 av 1300 – om modern är 25 år gammal;
• 1 av 1000 – om mamman är 30 år gammal;
• 1 av 400 – om mamman är 35 år gammal;
• 1 av 100 – om mamman är 40 år gammal;
• 1 av 35 – om mamman är 45 år.

2. Trisomi 13 och 18 kromosomer – dessa trisomier är vanligtvis allvarligare än Downs syndrom, men är lyckligtvis ganska sällsynta. Ungefär 1 av 16 000 barn föds med trisomi 13 (Pataus syndrom) och 1 av 5 000 barn föds med trisomi 18 (Edwards syndrom). Barn med trisomi 13 och 18 lider vanligtvis av svår mental retardation och många fosterskador. De flesta av dessa barn dör före ett års ålder.

Det sista, 23:e kromosomparet är könskromosomerna, kallade X-kromosomerna och Y-kromosomerna Vanligtvis har kvinnor två X-kromosomer, medan män har en X-kromosom och en Y-kromosom. Könskromosomavvikelser kan orsaka infertilitet, tillväxtproblem och inlärnings- och beteendeproblem.

De vanligaste könskromosomavvikelserna inkluderar:

1. Turnersyndrom – Denna sjukdom drabbar ungefär 1 av 2 500 kvinnliga foster. En flicka med Turners syndrom har en normal X-kromosom och saknar helt eller delvis en andra X-kromosom. Vanligtvis är dessa flickor infertila och kommer inte att genomgå förändringar av normal pubertet om de inte tar syntetiska könshormoner.

Flickor som drabbas av Turners syndrom är mycket korta, även om behandling med tillväxthormon kan bidra till att öka längden. Dessutom har de en hel rad hälsoproblem, särskilt med hjärtat och njurarna. De flesta flickor med Turners syndrom har normal intelligens, även om de upplever vissa inlärningssvårigheter, särskilt i matematik och rumsliga resonemang.

2. Trisomi X-kromosom – Cirka 1 av 1000 kvinnor har en extra X-kromosom. Sådana kvinnor är väldigt långa. De har vanligtvis inga fysiska fosterskador, upplever normal pubertet och är fertila. Sådana kvinnor har normal intelligens, men kan också ha allvarliga problem med inlärningen.

Eftersom sådana tjejer är friska och har ett normalt utseende vet deras föräldrar ofta inte att deras dotter har det. Vissa föräldrar får reda på att deras barn har en liknande störning om mamman genomgick en av de invasiva prenatala diagnostiska metoderna (fostervattenprov eller choriocentesis) under graviditeten.

3. Klinefelters syndrom – Denna sjukdom drabbar cirka 1 av 500 till 1 000 pojkar. Pojkar med Klinefelters syndrom har två (och ibland fler) X-kromosomer tillsammans med en normal Y-kromosom. Sådana pojkar har vanligtvis normal intelligens, även om många har problem med att lära sig. När sådana pojkar växer upp har de minskad testosteronutsöndring och är infertila.

4. Disomi på Y-kromosomen (XYY) – Cirka 1 av 1 000 män föds med en eller flera extra Y-kromosomer. Dessa män upplever normal pubertet och är inte infertila. De flesta har normal intelligens, även om det kan förekomma vissa inlärningssvårigheter, beteendesvårigheter och problem med tal- och språkinlärning. Som med trisomi X hos kvinnor vet många män och deras föräldrar inte att de har sjukdomen förrän prenatal diagnos.

Mindre vanliga kromosomavvikelser

Nya metoder för kromosomanalys kan upptäcka små kromosomavvikelser som inte kan ses ens under ett kraftfullt mikroskop. Som ett resultat lär fler och fler föräldrar att deras barn har en genetisk avvikelse.

Några av dessa ovanliga och sällsynta anomalier inkluderar:

• Deletion – frånvaro av en liten del av en kromosom;
• Mikrodeletion - frånvaron av ett mycket litet antal kromosomer, kanske bara en gen saknas;
• Translokation - en del av en kromosom förenar en annan kromosom;
• Inversion - en del av kromosomen hoppas över, och ordningen på generna är omvänd;
• Duplicering (duplicering) - en del av kromosomen dupliceras, vilket leder till bildandet av ytterligare genetiskt material;
• Ringkromosom - När genetiskt material avlägsnas från båda ändarna av kromosomen och de nya ändarna förenas för att bilda en ring.

Vissa kromosomala patologier är så sällsynta att endast ett eller ett fåtal fall är kända för vetenskapen. Vissa avvikelser (till exempel vissa translokationer och inversioner) kan inte ha någon effekt på en persons hälsa om icke-genetiskt material saknas.

Vissa ovanliga störningar kan orsakas av små kromosomala deletioner. Exempel är:

• Cry Cat syndrom (deletion på kromosom 5) - sjuka barn i spädbarnsåldern kännetecknas av ett högt rop, som om en katt skriker. De har betydande problem i fysisk och intellektuell utveckling. Ungefär 1 av 20–50 tusen barn föds med denna sjukdom;
• Prader-Wills syndromOch (deletion på kromosom 15) - sjuka barn har avvikelser i mental utveckling och inlärning, kortväxthet och beteendeproblem. De flesta av dessa barn utvecklar extrem fetma. Ungefär 1 av 10–25 tusen barn föds med denna sjukdom;
• DiGeorges syndrom (deletion av kromosom 22 eller deletion av 22q11) – Cirka 1 av 4 000 barn föds med en deletion i en specifik del av kromosom 22. Denna radering orsakar en mängd olika problem som kan inkludera hjärtfel, läpp/gomspalt (gomspalt och läppspalt), immunsystemstörningar, onormala ansiktsdrag och inlärningsproblem;
• Wolf-Hirschhorns syndrom (deletion på kromosom 4) – denna störning kännetecknas av mental retardation, hjärtfel, dålig muskeltonus, kramper och andra problem. Detta tillstånd drabbar cirka 1 av 50 000 barn.

Med undantag för personer med DiGeorges syndrom är personer med ovanstående syndrom infertila. När det gäller personer med DiGeorges syndrom ärvs denna patologi med 50 % vid varje graviditet.

Nya metoder för kromosomanalys kan ibland peka ut var genetiskt material saknas, eller var en extra gen finns. Om läkaren vet exakt var den skyldige är kromosomavvikelse, kan han bedöma den fulla omfattningen av dess inflytande på barnet och ge en ungefärlig prognos för utvecklingen av detta barn i framtiden. Ofta hjälper detta föräldrar att besluta sig för att fortsätta graviditeten och förbereda sig i förväg för födelsen av ett barn som är lite annorlunda än alla andra.