32 хромосоми. Хромосоми людини

Хромосома- це містить ниткоподібна структура ДНК в клітинному ядрі, яка несе в собі гени, одиниці спадковості, розташовані в лінійному порядку. У людини є 22 пари звичайних хромосом і одна пара статевих хромосом. Крім генів хромосоми також містять регуляторні елементи та нуклеотидні послідовності. Вони містять ДНК-зв'язуючі білки, які контролюють функції ДНК. Цікаво, що слово "хромосома" походить від грецького слова "chrome", що означає "колір". Хромосоми отримали таку назву через те, що мають особливість забарвлюватись у різні тони. Структура та природа хромосом відрізняються від організму до організму. Людські хромосоми завжди були предметом постійного інтересу дослідників, які працюють у галузі генетики. Широке коло факторів, що визначаються людськими хромосомами, аномалії, за які вони відповідальні, та їхня складна природа завжди привертали увагу багатьох учених.

Цікаві факти про людські хромосоми

У людських клітинах міститься 23 пари ядерних хромосом. Хромосоми складаються з молекул ДНК, які містять гени. Хромосомна молекула ДНК містить три нуклеотидні послідовності, потрібні для реплікації. При фарбуванні хромосом стає очевидною смугаста структура мітотичних хромосом. Кожна смужка містить численні нуклеотидні пари ДНК.

Людина - це біологічний вид, що розмножується статевим шляхом і має диплоїдні соматичні клітини, що містять два набори хромосом. Один набір успадковується від матері, тоді як інший – від батька. Репродуктивні кліті, на відміну клітин тіла, мають один набір хромосом. Кросинговер (перехрест) між хромосомами призводить до створення нових хромосом. Нові хромосоми не успадковуються від одного з батьків. Це спричиняє той факт, що не у всіх у нас виявляються риси, які ми отримуємо безпосередньо від одного з наших батьків.

Аутосомним хромосомам присвоєно номери від 1 до 22 у порядку зменшення зменшення зменшення їх розміру. Кожна людина має два набори з 22-х хромосом, X-хромосома від матері та X- або Y-хромосома від батька.

Аномалія у вмісті хромосом клітини може викликати у людей певні генетичні порушення. Хромосомні аномалії у людей часто виявляються відповідальними за появу генетичних захворювань у дітей. Ті у кого є хромосомні аномалії, найчастіше є лише носіями захворювання, тоді як у їхніх дітей це захворювання проявляється.

Хромосомні аберації (структурні зміни хромосом) бувають викликані різними факторами, а саме делецією або дуплікацією частини хромосоми, інверсією, що є зміною напрямку хромосоми на протилежне, або транслокацією, при якій відбувається відрив частини хромосоми і приєднання її до іншої хромосоми.

Зайва копія хромосоми 21 відповідальна за добре відоме генетичне захворювання під назвою синдром Дауна.

Трисомія хромосоми 18 призводить до синдрому Едвардса, який може викликати смерть у дитячому віці.

Делеція частини п'ятої хромосоми призводить до генетичного порушення, відомого як синдром котячого крику. У людей, уражених цим захворюванням, найчастіше спостерігається затримка в розумовому розвитку, які плач у дитячому віці нагадує котячий крик.

Порушення, зумовлені аномаліями статевих хромосом, включають синдром Тернера, при якому жіночі статеві ознаки присутні, але характеризуються недорозвиненістю, а також синдром XXX у дівчаток та синдром XXY у хлопчиків, які викликають дислексію у уражених ними індивідуумів.

Вперше хромосоми було виявлено у клітинах рослин. Монографія Ван Бенедена, присвячена заплідненим яйцям аскарид, призвела до подальших досліджень. Пізніше Август Вайсман показав, що зародкова лінія відрізняється від соми і виявив, що клітинні ядра містять спадковий матеріал. Він також припустив, що фертилізація призводить до формування нової комбінації хромосом.

Ці відкриття стали наріжним камінням у галузі генетики. Дослідники вже накопичили досить значну кількість знань про людські хромосоми та гени, проте багато що ще тільки потрібно виявити.

Відео

​Які мутації, окрім синдрому Дауна, нам загрожують? Чи можливо схрестити людину з мавпою? І що станеться із нашим геномом у майбутньому? Редактор порталу АНТРОПОГЕНЕЗ.РУ поговорив про хромосоми з генетиком, зав. лаб. порівняльної геноміки СО РАН Володимиром Тріфоновим.

− Чи можете пояснити простою мовою, що таке хромосома?

− Хромосома – це фрагмент геному будь-якого організму (ДНК) у комплексі з білками. Якщо у бактерій зазвичай весь геном – це одна хромосома, то у складних організмів із вираженим ядром (еукаріотів) зазвичай геном фрагментований, і комплекси довгих фрагментів ДНК та білка виразно видно у світловий мікроскоп при розподілі клітини. Саме тому хромосоми як структури, що фарбуються («хрому» - колір по-грецьки) були описані ще в кінці XIX століття.

− Чи є якийсь зв'язок між кількістю хромосом та складністю організму?

− Ніякого зв'язку немає. У сибірського осетра 240 хромосом, у стерляді - 120, але відрізнити ці два види між собою іноді досить складно за зовнішніми ознаками. У самок індійського мунтжака 6 хромосом, у самців - 7, а у їхнього родича - сибірської косулі їх більше 70 (вірніше, 70 хромосом основного набору і ще до десятка додаткових хромосом). У ссавців еволюція розривів і злиття хромосом йшла досить інтенсивно і зараз ми спостерігаємо результати цього процесу, коли найчастіше кожен вид має характерні особливості каріотипу (набору хромосом). Але, безсумнівно, загальне збільшення обсягу геному було необхідним етапом еволюції еукаріотів. При цьому як цей геном розподіляється по окремих фрагментах начебто не дуже важливо.

− Які існують поширені помилки щодо хромосом? Народ часто плутається: гени, хромосоми, ДНК…

− Оскільки дійсно часто виникають хромосомні перебудови, то люди мають побоювання щодо хромосомних аномалій. Відомо, що зайва копія найдрібнішої хромосоми людини (хромосоми 21) призводить до досить серйозного синдрому (синдром Дауна), що має характерні зовнішні та поведінкові особливості. Зайві статеві хромосоми або їх недолік також часто зустрічаються і можуть мати серйозні наслідки. Однак генетиками описано і досить щодо нейтральних мутацій, пов'язаних з появою мікрохромосом, або додаткових Х і Y хромосом. Думаю, стигматизація цього явища пов'язана з тим, що люди вузько сприймають поняття норми.

− Які хромосомні мутації зустрічаються у сучасної людини і до чого вони призводять?

− Найчастіші хромосомні аномалії − це:

− синдром Кляйнфельтера (чоловіки XXY) (1 на 500) – характерні зовнішні ознаки, певні проблеми зі здоров'ям (анемія, остеопороз, м'язова слабкість та порушення статевої функції), стерильність. Можуть бути поведінкові особливості. Однак багато симптомів (крім стерильності) можна коригувати введенням тестостерону. З використанням сучасних репродуктивних технологій можна одержувати здорових дітей від носіїв цього синдрому;

− синдром Дауна (1 на 1000) – характерні зовнішні ознаки, уповільнений когнітивний розвиток, коротка тривалість життя, можуть бути фертильними;

− трисомія по Х (жінки ХХХ) (1 на 1000) – найчастіше немає жодних проявів, фертильність;

− синдром XYY (чоловіки) (1 на 1000) – майже немає проявів, але можуть бути особливості поведінки та можливі репродуктивні проблеми;

− синдром Тернера (жінки ХО) (1 на 1500) – низькорослість та інші особливості розвитку, нормальний інтелект, стерильність;

− збалансовані транслокації (1 на 1000) – залежить від типу, у деяких випадках можуть спостерігатися вади розвитку та розумова відсталість, можуть позначатися на фертильності;

− дрібні додаткові хромосоми (1 на 2000) – прояв залежить від генетичного матеріалу на хромосомах та варіює від нейтрального до серйозних клінічних симптомів;

У 1% популяції людини зустрічається перицентрична інверсія хромосоми 9, але це перебудова сприймається як варіант норми.

Чи є різниця серед хромосом перешкодою до схрещування? А чи є цікаві приклади схрещування тварин із різним числом хромосом?

− Якщо схрещування внутрішньовидове або між близькими видами, то різниця в числі хромосом може не заважати схрещуватися, проте нащадки можуть виявитися стерильними. Відомо дуже багато гібридів між видами з різним числом хромосом, наприклад у кінських: є всі варіанти гібридів між кіньми, зебрами і ослами, причому число хромосом у всіх кінських різне і, відповідно, гібриди часто стерильні. Однак це не виключає, що випадково можуть утворюватися збалансовані гамети.

- Що незвичайного у сфері хромосом було відкрито останнім часом?

− Останнім часом було багато відкриттів щодо структури, функціонування та еволюції хромосом. Мені особливо подобаються роботи, які показали, що статеві хромосоми утворювалися у різних групах тварин абсолютно незалежно.

− А все-таки, чи можна схрестити людину з мавпою?

− Теоретично отримати такого гібрида можна. Останнім часом отримані гібриди набагато більш еволюційно далеких ссавців (білого та чорного носорога, альпаки та верблюда тощо). Рудий вовк в Америці довго вважався окремим видом, але нещодавно було доведено, що він є гібридом між вовком і койотом. Відомо величезна кількість гібридів котячих.

− І зовсім абсурдне питання: чи можна схрестити хом'яка з качкою?

− Ось тут швидше за все нічого не вийде, бо генетичних відмінностей за сотні мільйонів років еволюції накопичилося дуже багато, щоб носій такого змішаного геному міг функціонувати.

- Можливо, що в майбутньому у людини буде менше чи більше хромосом?

− Так, це цілком можливо. Не виключено, що зіллється пара акроцентричних хромосом і така мутація пошириться на всю популяцію.

− Яку науково-популярну літературу ви порадите з теми генетики людини? А науково-популярні фільми?

− Книги біолога Олександра Маркова, тритомник «Генетика людини» Фогеля та Мотульського (щоправда, це не наук-поп, але там гарні довідкові дані). З фільмів про генетику людини нічого не спадає на думку… Але ось «Внутрішня риба» Шубіна – чудовий фільм та однойменна книга про еволюцію хребетних.

Спадковість та мінливість у живій природі існують завдяки хромосомам, генам, (ДНК). Зберігається і передається у вигляді ланцюжка нуклеотидів у складі ДНК. Яка роль цьому явище належить генам? Що таке хромосома з погляду передачі спадкових ознак? Відповіді на такі питання дозволяють розібратися в принципах кодування та генетичному розмаїтті на нашій планеті. Певною мірою воно залежить від цього, скільки хромосом входить у набір, від рекомбінації цих структур.

З історії відкриття «часток спадковості»

Вивчаючи під мікроскопом клітини рослин і тварин, багато ботаніків і зоологів ще в середині XIX століття звернули увагу на найтонші нитки і найдрібніші кільцеподібні структури в ядрі. Найчастіше першовідкривачем хромосом називають німецького анатома Вальтера Флеммінга. Саме він застосував анілінові барвники для обробки ядерних структур. Виявлену речовину Флемінг назвав "хроматином" за його здатність до фарбування. Термін «хромосоми» у 1888 році ввів у науковий обіг Генріх Вальдейєр.

Одночасно з Флеммінг шукав відповідь на питання про те, що таке хромосома, бельгієць Едуард ван Бенеден. Трохи раніше німецькі біологи Теодор Бовері та Едуард Страсбургер провели серію експериментів, що доводять індивідуальність хромосом, сталість їхньої кількості у різних видів живих організмів.

Передумови хромосомної теорії спадковості

Американський дослідник Уолтер Саттон з'ясував, що хромосом міститься в клітинному ядрі. Вчений вважав ці структури носіями одиниць спадковості, ознак організму. Саттон виявив, що хромосоми складаються з генів, за допомогою яких нащадкам від батьків передаються властивості та функції. Генетик у своїх публікаціях дав описи хромосомних пар, їхнього руху в процесі поділу клітинного ядра.

Незалежно від американського колеги, роботи у тому ж напрямі вів Теодор Бовері. Обидва дослідники у своїх працях вивчали питання передачі спадкових ознак, сформулювали основні положення ролі хромосом (1902-1903). Подальша розробка теорії Бовері-Саттона відбувалася у лабораторії нобелівського лауреата Томаса Моргана. Видатний американський біолог та його помічники встановили низку закономірностей розміщення генів у хромосомі, розробили цитологічну базу, яка пояснювала б механізм законів Грегора Менделя — батька-засновника генетики.

Хромосоми у клітці

Дослідження будови хромосом почалося після їх відкриття та опису у XIX столітті. Ці тільця та нитки містяться в прокаріотичних організмах (без'ядерних) та еукаріотичних клітинах (у ядрах). Вивчення під мікроскопом дозволило встановити, що таке хромосома з морфологічного погляду. Це рухливе ниткоподібне тільце, яке помітне у певні фази клітинного циклу. В інтерфазі весь обсяг ядра займає хроматин. У інші періоди помітні хромосоми як однієї чи двох хроматид.

Найкраще видно ці утворення під час клітинних поділів — мітозу або мейозу. Найчастіше можна спостерігати великі хромосоми лінійної будови. У прокаріотів вони менші, хоча є винятки. Клітини часто включають більше одного типу хромосом, наприклад, свої власні невеликі «частинки спадковості» є в мітохондріях і хлоропластах.

Форми хромосом

Кожна хромосома має індивідуальну будову, відрізняється від інших особливостями фарбування. При вивченні морфології важливо визначити положення центроміру, довжину та розміщення плечей щодо перетяжки. У набір хромосом зазвичай входять такі форми:

• метацентричні, або рівноплечі, для яких характерне серединне розташування центроміру;
• субметацентричні, або нерівноплечі (перетяжка зміщена у бік одного з теломерів);
• акроцентричні, або паличкоподібні, в них центромір знаходиться практично на кінці хромосоми;
• точкові з формою, що важко піддається визначенню.

Функції хромосом

Хромосоми складаються з генів – функціональних одиниць спадковості. Теломери - кінці плечей хромосоми. Ці спеціалізовані елементи служать захисту від пошкодження, перешкоджають злипання фрагментів. Центромера виконує свої завдання під час подвоєння хромосом. На ній є кінетохор, саме до нього кріпляться структури веретена поділу. Кожна пара хромосом індивідуальна за місцем розташування центроміру. Нитки веретена поділу працюють таким чином, що дочірні клітини відходить по одній хромосомі, а не обидві. Рівномірне подвоєння у процесі розподілу забезпечують точки початку реплікації. Дуплікація кожної хромосоми починається одночасно у кількох таких точках, що помітно прискорює весь процес розподілу.

Роль ДНК та РНК

З'ясувати, що таке хромосома, яку функцію виконує ця ядерна структура, вдалося після вивчення її біохімічного складу та властивостей. В еукаріотичних клітинах ядерні хромосоми утворені конденсованою речовиною - хроматином. За даними аналізу, до його складу входять високомолекулярні органічні речовини:

Нуклеїнові кислоти беруть безпосередньо участь у біосинтезі амінокислот і білків, забезпечують передачу спадкових ознак з покоління в покоління. ДНК міститься в ядрі еукаріотичної клітини, РНК зосереджена у цитоплазмі.

Гени

Рентгеноструктурний аналіз показав, що ДНК утворює подвійну спіраль, ланцюги якої складаються з нуклеотидів. Вони являють собою вуглевод дезоксирибозу, фосфатну групу та одну з чотирьох азотистих основ:

Ділянки спіралеподібних дезоксирибонуклеопротеїдних ниток - це гени, що несуть закодовану інформацію про послідовність амінокислот у білках або РНК. При розмноженні спадкові ознаки батьків нащадкам передаються як алелей генів. Вони визначають функціонування, зростання та розвиток конкретного організму. На думку ряду дослідників, ті ділянки ДНК, які не кодують поліпептиди, виконують регулюючі функції. Геном людини може налічувати до 30 тис. генів.

Набір хромосом

Загальна кількість хромосом, їх особливості характерна ознака виду. У мухи-дрозофіли їх кількість – 8, у приматів – 48, у людини – 46. Це число є постійним для клітин організмів, які належать до одного виду. Для всіх еукаріотів існує поняття «диплоїдні хромосоми». Це повний набір, або 2n, на відміну від гаплоїдної половинної кількості (n).

Хромосоми у складі однієї пари гомологічні, однакові за формою, будовою, місцезнаходженням центромір та інших елементів. Гомологи мають свої характерні риси, які їх відрізняють від інших хромосом у наборі. Фарбування основними барвниками дозволяє розглянути, вивчити риси кожної пари. присутній у соматичних — у статевих (так званих гаметах). У ссавців та інших живих організмів з гетерогаметною чоловічою статтю формуються два види статевих хромосом: Х-хромосома та Y. Самці мають набір XY, самки — XX.

Хромосомний набір людини

Клітини людини містять 46 хромосом. Всі вони об'єднуються в 23 пари, що становлять набір. Є два типи хромосом: аутосоми та статеві. Перші утворюють 22 пари - загальні для жінок та чоловіків. Від них відрізняється 23 пара - статеві хромосоми, які в клітинах чоловічого організму є негомологічними.

Генетичні риси пов'язані зі статевою приналежністю. Для їх передачі служать Y та Х-хромосома у чоловіків, дві X у жінок. Автосоми містять частину інформації про спадкові ознаки. Існують методики, що дозволяють індивідуалізувати усі 23 пари. Вони добре помітні на малюнках, коли забарвлені у певний колір. Помітно, що 22 хромосома в геномі людини - найменша. Її ДНК у розтягнутому стані має довжину 1,5 см та налічує 48 млн пар азотистих основ. Спеціальні білки гістони зі складу хроматину виконують стискування, після чого нитка займає в тисячі разів менше місця в ядрі клітини. Під електронним мікроскопом гістони в інтерфазному ядрі нагадують намисто, нанизані на нитку ДНК.

Генетичні захворювання

Існує понад 3 тис. спадкових хвороб різного типу, зумовлених ушкодженнями та порушеннями у хромосомах. До них належить синдром Дауна. Для дитини з таким генетичним захворюванням характерне відставання у розумовому та фізичному розвитку. При муковісцидозі відбувається збій у функціях залоз зовнішньої секреції. Порушення веде до проблем з потовиділенням, виділення та накопичення слизу в організмі. Вона ускладнює роботу легень, може призвести до задухи і смерті.

Порушення колірного зору - дальтонізм - несприйнятливість до деяких частин кольору. Гемофілія призводить до послаблення згортання крові. Непереносимість лактози не дозволяє організму людини засвоювати молочний цукор. У кабінетах планування сім'ї можна дізнатися про схильність до того чи іншого генетичного захворювання. У великих медичних центрах є можливість пройти відповідне обстеження та лікування.

Генотерапія - напрям сучасної медицини, з'ясування генетичної причини спадкових захворювань та її усунення. За допомогою нових методів у патологічні клітини замість порушених вводять нормальні гени. У такому разі лікарі позбавляють хворого не від симптомів, а причин, що викликали захворювання. Проводиться тільки корекція соматичних клітин, методи генної терапії поки що не застосовуються масово по відношенню до статевих клітин.

Спочатку домовимося про термінологію. Остаточно людські хромосоми вважали трохи більше півстоліття тому — 1956 року. З того часу ми знаємо, що в соматичнихтобто не статевих клітинах, їх зазвичай 46 штук - 23 пари.

Хромосоми в парі (одна отримана від батька, інша - від матері) називають гомологічними. Там розташовані гени, виконують однакові функції, проте нерідко різняться за будовою. Виняток становлять статеві хромосоми - Х та Y, генний склад яких збігається не повністю. Всі інші хромосоми, окрім статевих, називають аутосомами.

Кількість наборів гомологічних хромосом плоїдність- У статевих клітинах одно одному, а в соматичних, як правило, двом.

Людина досі В-хромосоми виявлено не були. Зате іноді в клітинах виникає додатковий набір хромосом - тоді говорять про поліплоїдії, а якщо їх число не кратне 23 - про анеуплоїдію. Поліплоїдія зустрічається в окремих типів клітин і сприяє їх посиленій роботі, тоді як анеуплоїдіязазвичай свідчить про порушення у роботі клітини та нерідко призводить до її загибелі.

Ділитись треба чесно

Найчастіше неправильна кількість хромосом є наслідком невдалого поділу клітин. У соматичних клітинах після подвоєння ДНК материнська хромосома та її копія виявляються зчеплені разом білками когезинами. Потім на їх центральні частини сідають білкові комплекси кінетохори, до яких пізніше прикріплюються мікротрубочки. При розподілі мікротрубочками кінетохори роз'їжджаються до різних полюсів клітини і тягнуть за собою хромосоми. Якщо зшивки між копіями хромосоми руйнуються раніше часу, то до них можуть прикріпитися мікротрубочки від того самого полюса, і тоді одна з дочірніх клітин отримає зайву хромосому, а друга залишиться обділеною.

Мейоз теж часто проходить з помилками. Проблема в тому, що конструкція із зчеплених двох пар гомологічних хромосом може перекручуватись у просторі або розділятися у неналежних місцях. Результатом знову буде нерівномірний розподіл хромосом. Іноді статевій клітині вдається це відстежити, ніж передавати дефект у спадок. Зайві хромосоми часто неправильно укладені чи розірвані, що запускає програму загибелі. Наприклад, серед сперматозоїдів діє такий відбір за якістю. А ось яйцеклітин пощастило менше. Всі вони у людини утворюються ще до народження, готуються до поділу, а потім завмирають. Хромосоми вже подвоєні, зошити утворені, а поділ відкладено. У такому вигляді вони мешкають до репродуктивного періоду. Далі яйцеклітини по черзі дозрівають, діляться вперше і знову завмирають. Другий поділ відбувається вже відразу після запліднення. І на цьому етапі проконтролювати якість поділу вже складно. А ризики більші, адже чотири хромосоми в яйцеклітині залишаються пошитими протягом десятків років. За цей час у когезинах накопичуються поломки і хромосоми можуть спонтанно розділятися. Тому чим старша жінка, тим більша ймовірність неправильного розходження хромосом у яйцеклітині.

Анеуплоїдія у статевих клітинах неминуче веде до анеуплоїдії зародка. При заплідненні здорової яйцеклітини з 23 хромосомами сперматозоїдом із зайвою або недостатньою хромосомами (або навпаки) число хромосом у зиготи, очевидно, буде відмінно від 46. Але навіть якщо статеві клітини здорові, це не дає гарантій здорового розвитку. У перші дні після запліднення клітини зародка активно діляться, щоб швидко набрати клітинну масу. Зважаючи на все, у ході швидких поділів немає часу перевіряти коректність розбіжності хромосом, тому можуть виникнути анеуплоїдні клітини. І якщо станеться помилка, то подальша доля зародка залежить від того, в якому розподілі це сталося. Якщо рівновага порушена вже в першому розподілі зиготи, то весь організм виросте анеуплоїдним. Якщо ж проблема виникла пізніше, то результат визначається співвідношенням здорових та аномальних клітин.

Частина останніх може далі загинути, і ми ніколи не дізнаємося про їхнє існування. А може взяти участь у розвитку організму, і тоді він вийде мозаїчним- Різні клітини будуть нести різний генетичний матеріал. Мозаїцизм завдає чимало клопоту пренатальним діагностам. Наприклад, при ризику народження дитини з синдромом Дауна іноді витягують одну або кілька клітин зародка (на тій стадії, коли це не повинно становити небезпеки) і вважають у них хромосоми. Але якщо зародок мозаїчний, такий метод стає не особливо ефективним.

Третій зайвий

Всі випадки анеуплоїдії логічно поділяються на дві групи: нестача та надлишок хромосом. Проблеми, що виникають за нестачі, цілком очікувані: мінус одна хромосома означає мінус сотні генів.

Якщо гомологічна хромосома працює нормально, то клітина може позбутися лише недостатньою кількістю закодованих там білків. Але якщо серед генів, що залишилися на гомологічній хромосомі, якісь не працюють, то відповідних білків у клітці не з'явиться зовсім.

У разі надлишку хромосом все не так очевидно. Генів стає більше, але тут, на жаль, більше не означає краще.

По-перше, зайвий генетичний матеріал збільшує навантаження на ядро: додаткову нитку ДНК потрібно розмістити в ядрі та обслужити системами зчитування інформації.

Вчені виявили, що у людей з синдромом Дауна, чиї клітини несуть додаткову 21 хромосому, в основному порушується робота генів, що знаходяться на інших хромосомах. Мабуть, надлишок ДНК у ядрі призводить до того, що білків, які підтримують роботу хромосом, не вистачає на всіх.

По-друге, порушується баланс кількості клітинних білків. Наприклад, якщо за якийсь процес у клітині відповідають білки-активатори та білки-інгібітори та їх співвідношення зазвичай залежить від зовнішніх сигналів, то додаткова доза тих чи інших призведе до того, що клітина перестане адекватно реагувати на зовнішній сигнал. І нарешті, у анеуплоїдної клітини зростають шанси загинути. При подвоєнні ДНК перед поділом неминуче виникають помилки, клітинні білки системи репарації їх розпізнають, чинять і запускають подвоєння знову. Якщо хромосом занадто багато, то білків не вистачає, помилки накопичуються і запускається апоптоз — загибель клітини, що програмується. Але навіть якщо клітина не гине і ділиться, то результатом такого поділу теж, швидше за все, стануть анеуплоїди.

Жити будете

Якщо навіть у межах однієї клітини анеуплоїдія загрожує порушеннями роботи та загибеллю, то не дивно, що цілому анеуплоїдному організму вижити непросто. На даний момент відомо лише три аутосоми - 13, 18 і 21-а, трисомія за якими (тобто зайва, третя хромосома в клітинах) сумісна з життям. Ймовірно, це пов'язано з тим, що вони найменші і несуть найменше генів. При цьому діти з трисомією по 13 (синдром Патау) і 18 (синдром Едвардса) хромосомам доживають у кращому випадку до 10 років, а частіше живуть менше року. І тільки трисомія за найменшою в геномі, 21 хромосомі, відома як синдром Дауна, дозволяє жити до 60 років.

Дуже рідко зустрічаються люди із загальною поліплоїдією. У нормі поліплоїдні клітини (несуть не дві, а від чотирьох до 128 наборів хромосом) можна виявити в організмі людини, наприклад, у печінці або червоному кістковому мозку. Це, як правило, великі клітини з посиленим синтезом білка, яким не потрібний активний поділ.

Додатковий набір хромосом ускладнює завдання їх розподілу по дочірнім клітинам, тому поліплоїдні зародки зазвичай не виживають. Проте описано близько 10 випадків, коли діти з 92 хромосомами (тетраплоїди) з'являлися на світ і жили від кількох годин до кількох років. Втім, як і у разі інших хромосомних аномалій, вони відставали у розвитку, зокрема й розумовому. Однак багатьом людям із генетичними аномаліями приходить на допомогу мозаїцизм. Якщо аномалія розвинулася вже в ході дроблення зародка, то кілька клітин можуть залишитися здоровими. У разі тяжкість симптомів знижується, а тривалість життя зростає.

Гендерні несправедливості

Однак є й такі хромосоми, збільшення числа яких сумісне з життям людини чи навіть проходить непомітно. І це, як не дивно, статеві хромосоми. Причиною тому — ґендерна несправедливість: приблизно половина людей нашої популяції (дівчаток) Х-хромосом вдвічі більше, ніж в інших (хлопчиків). При цьому Х-хромосоми служать не тільки для визначення статі, але і несуть більше 800 генів (тобто вдвічі більше, ніж зайва 21 хромосома, що завдає чимало турбот організму). Але дівчаткам приходить на допомогу природний механізм усунення нерівності: одна з Х-хромосом інактивується, скручується і перетворюється на тільце Барра. Найчастіше вибір відбувається випадково, й у ряді клітин у результаті активна материнська Х-хромосома, а інших — батьківська. Таким чином, усі дівчатка виявляються мозаїчними, тому що у різних клітинах працюють різні копії генів. Класичним прикладом такої мозаїчності є черепахові кішки: на їх Х-хромосомі знаходиться ген, який відповідає за меланін (пігмент, що визначає, серед іншого, колір вовни). У різних клітинах працюють різні копії, тому забарвлення виходить плямистим і не передається у спадок, оскільки інактивація відбувається випадковим чином.

Внаслідок інактивації в клітинах людини завжди працює лише одна Х-хромосома. Цей механізм дозволяє уникнути серйозних прикрощів при Х-трисомії (дівчатки ХХХ) та синдромах Шерешевського - Тернера (дівчатка ХО) або Клайнфельтера (хлопчики ХХY). Таким народжується приблизно один із 400 дітей, але життєві функції у цих випадках зазвичай не порушені суттєво, і навіть безпліддя виникає не завжди. Складніше буває тим, хто має хромосом більше трьох. Зазвичай це означає, що хромосоми не розійшлися двічі під час утворення статевих клітин. Випадки тетрасомії (ХХХХ, ХХYY, ХХХY, XYYY) та пентасомії (XXXXX, XXXXY, XXXYY, XXYYY, XYYYY) трапляються рідко, деякі з них описані лише кілька разів за всю історію медицини. Всі ці варіанти сумісні з життям, і люди часто доживають до похилого віку, при цьому відхилення виявляються в аномальному розвитку скелета, дефектах статевих органів і зниженні розумових здібностей. Що характерно, додаткова Y-хромосома сама собою впливає на роботу організму несильно. Багато чоловіків з генотипом XYY навіть не дізнаються про свою особливість. Це з тим, що Y-хромосома значно менше Х і майже несе генів, які впливають життєздатність.

У статевих хромосом є ще одна цікава особливість. Багато мутацій генів, розташованих на аутосомах, призводять до відхилень у роботі багатьох тканин та органів. У той самий час більшість мутацій генів на статевих хромосомах проявляється лише порушення розумової діяльності. Виходить, що значною мірою статеві хромосоми контролюють розвиток мозку. На підставі цього деякі вчені висловлюють гіпотезу, що саме на них лежить відповідальність за відмінності (втім, не підтверджені до кінця) між розумовими здібностями чоловіків і жінок.

Кому вигідно бути неправильним

Незважаючи на те, що медицина знайома з хромосомними аномаліями давно, останнім часом анеуплоїдія продовжує привертати увагу вчених. Виявилося, що понад 80% клітин пухлин містять незвичайну кількість хромосом. З одного боку, причиною цього може бути той факт, що білки, які контролюють якість поділу, здатні його загальмувати. У пухлинних клітинах часто мутують ці білки-контролери, тому знімаються обмеження на поділ і не працює перевірка хромосом. З іншого боку, вчені вважають, що це може бути фактором відбору пухлин на виживання. Згідно з такою моделлю, клітини пухлини спочатку стають поліплоїдними, а далі в результаті помилок поділу втрачають різні хромосоми або їх частини. Виходить ціла популяція клітин із великою різноманітністю хромосомних аномалій. Більшість з них нежиттєздатні, але деякі можуть випадково виявитися успішними, наприклад, якщо випадково отримають додаткові копії генів, що запускають поділ, або втратять гени, що його пригнічують. Однак якщо додатково стимулювати накопичення помилок при розподілі, то клітини не виживатимуть. На цьому принципі засновано дію таксолу — поширених ліків від раку: він викликає системну нерозбіжність хромосом у клітинах пухлини, яка повинна запускати їх програмовану загибель.

Виходить, кожен з нас може виявитися носієм зайвих хромосом, принаймні в окремих клітинах. Проте сучасна наука продовжує розробляти стратегії боротьби із цими небажаними пасажирами. Одна з них пропонує використовувати білки, що відповідають за Х-хромосому, і нацькувати, наприклад, на зайву 21 хромосому людей з синдромом Дауна. Повідомляється, що на клітинних культурах цей механізм вдалося привести в дію. Отже, можливо, в найближчому майбутньому небезпечні зайві хромосоми виявляться приборканими та знешкодженими.

Приблизно 1 із 150 дітей народжується з хромосомною аномалією. Ці порушення викликані помилками у кількості чи структурі хромосом. Багато дітей з хромосомними проблемами мають психічні та/або фізичні вроджені дефекти. Деякі хромосомні проблеми в кінцевому підсумку призводять до викидня або мертвонародженню.

Хромосоми – це ниткоподібні структури, що у клітинах нашого організму і містять у собі набір генів. У людей налічується близько 20 – 25 тис. генів, які визначають такі ознаки, як колір очей та волосся, а також відповідають за зростання та розвиток кожної частини тіла. У кожної людини в нормі 46 хромосом, зібраних у 23 хромосомні пари, в яких одна хромосома успадкована від матері, а друга від батька.

Причини хромосомних аномалій

Хромосомні патології зазвичай є результатом помилки, яка відбувається під час дозрівання сперматозоїда чи яйцеклітини. Чому відбуваються ці помилки, поки що не відомо.

Яйцеклітини та сперматозоїди в нормі містять по 23 хромосоми. Коли вони з'єднуються, вони утворюють запліднену яйцеклітину із 46 хромосомами. Але іноді під час (або до) запліднення щось іде негаразд. Так, наприклад, яйцеклітина або сперматозоїд можуть неправильно розвинутися, в результаті чого в них можуть бути зайві хромосоми, або, навпаки, не вистачає хромосом.

При цьому клітини з неправильним числом хромосом приєднуються до нормальної яйцеклітини або сперматозоїду, внаслідок чого ембріон має хромосомні відхилення.

Найбільш поширений тип хромосомної аномаліїназивається трисомією. Це означає, що людина замість двох копій конкретної хромосоми має три копії. Наприклад, мають три копії 21 хромосоми.

У більшості випадків ембріон із неправильним числом хромосом не виживає. У таких випадках у жінки відбувається викидень, як правило, на ранніх термінах. Це часто відбувається на початку вагітності, перш ніж жінка може зрозуміти, що вона вагітна. Більш ніж 50% викиднів у першому триместрі спричинені саме хромосомними патологіями у ембріона.

Інші помилки можуть виникнути перед заплідненням. Вони можуть призвести до зміни структури однієї чи кількох хромосом. Люди зі структурними хромосомними відхиленнями, зазвичай, нормальне число хромосом. Тим не менш, невеликі шматочки хромосоми (або вся хромосома) можуть бути видалені, скопійовані, перевернути, недоречні або можуть обмінюватися з частиною іншої хромосоми. Ці структурні перебудови можуть не впливати на людину, якщо вона має всі хромосоми, але вони просто переставлені. В інших випадках такі перестановки можуть призвести до втрати вагітності або вроджених дефектів.

Помилки у розподілі клітин можуть статися невдовзі після запліднення. Це може призвести до мозаїцизму – стану, коли людина має клітини з різними генетичними наборами. Наприклад, людям з однією з форм мозаїцизму – із синдромом Тернера – не вистачає Х-хромосоми у деяких, але не у всіх клітинах.

Діагностика хромосомних аномалій

Хромосомні відхилення можна діагностувати ще до народження дитини шляхом пренатальних досліджень, таких як, наприклад, амніоцентез чи біопсія хоріону, або вже після народження за допомогою аналізу крові.

Клітини, отримані внаслідок цих аналізів, вирощуються в лабораторії, а потім їх хромосоми досліджуються під мікроскопом. Лабораторія робить зображення (каріотип) всіх хромосом людини, розташованих у порядку від більшої до меншої. Каріотип показує кількість, розмір та форму хромосом і допомагає лікарям виявити будь-які відхилення.

Перший пренатальний скринінг полягає у взятті на аналіз материнської крові у першому триместрі вагітності (між 10 та 13 тижнями вагітності), а також у спеціальному ультразвуковому дослідженні задньої частини шиї дитини (так званого комірного простору).

Другий пренатальний скринінг проводиться у другому триместрі вагітності та полягає в аналізі материнської крові на терміні між 16 та 18 тижнями. Цей скринінг дозволяє виявити вагітності, які знаходяться на більш високих ризиках щодо генетичних порушень.

Тим не менш, скринінг-тести не можуть точно діагностувати синдром Дауна чи інші. Лікарі пропонують жінкам, у яких виявлено аномальні результати скринінг-тестів, пройти додаткові дослідження – біопсію хоріону та амніоцентез, щоб остаточно діагностувати чи виключити ці порушення.

Найпоширеніші хромосомні аномалії

Перші 22 пари хромосом називаються аутосомами або соматичними (нестатевими) хромосомами. Найбільш поширені порушення цих хромосом включають:

1. Синдром Дауна (трисомія 21 хромосоми) - одне з найбільш поширених хромосомних відхилень, що діагностується приблизно у 1 з 800 немовлят. Люди з синдромом Дауна мають різний ступінь розумового розвитку, характерні риси обличчя та найчастіше вроджені аномалії у розвитку серця та інші проблеми.

Сучасні перспективи розвитку дітей із синдромом Дауна набагато яскравіші, ніж були раніше. Більшість з них мають обмежені інтелектуальні можливості у легкій та помірній формі. За умови раннього втручання та спеціальної освіти, багато з таких дітей навчаються читати та писати та з дитинства беруть участь у різних заходах.

Ризик синдрому Дауна та інших трисомій збільшується з віком матері. Ризик народження дитини із синдромом Дауна становить приблизно:

• 1 із 1300 – якщо вік матері 25 років;
• 1 із 1000 – якщо вік матері 30 років;
• 1 із 400 – якщо вік матері 35 років;
• 1 із 100 – якщо вік матері 40 років;
• 1 із 35 – якщо вік матері 45 років.

2. Трисомії 13 та 18 хромосом – ці трисомії зазвичай серйозніші, ніж синдром Дауна, але, на щастя, досить рідкісні. Приблизно 1 із 16000 немовлят народжується з трисомією 13 (синдром Патау), і 1 на 5000 немовлят – з трисомією 18 (синдром Едвардса). Діти з трисоміями 13 і 18, як правило, страждають на важкі відхилення в розумовому розвитку і мають безліч вроджених фізичних дефектів. Більшість таких дітей помирають у віці до одного року.

Остання, 23 пара хромосом - це статеві хромосоми, звані хромосомами X і хромосомами Y. Як правило, жінки мають дві Х-хромосоми, а у чоловіка одна Х-хромосома і одна Y-хромосома. Аномалії статевих хромосом можуть викликати безпліддя, порушення росту та проблеми з навчанням та поведінкою.

Найбільш поширені аномалії статевих хромосом включають:

1. Синдром Тернера - це порушення торкається приблизно 1 з 2500 плодів жіночої статі. У дівчинки із синдромом Тернера є одна нормальна Х-хромосома і повністю або частково відсутня друга Х-хромосома. Як правило, такі дівчатка безплідні і не піддаються змінам нормального статевого дозрівання, якщо вони не прийматимуть синтетичних статевих гормонів.

Зачеплені синдромом Тернера дівчата дуже невисокі, хоча лікування гормоном росту може допомогти збільшити зростання. Крім того, у них є цілий комплекс проблем зі здоров'ям, особливо з серцем і нирками. Більшість дівчаток із синдромом Тернера мають нормальний інтелект, хоча й зазнають деяких труднощів у навчанні, особливо в математиці та просторовому мисленні.

2. Трисомія по Х-хромосомі - Приблизно у 1 з 1000 жінок є додаткова Х-хромосома. Такі жінки вирізняються дуже високим зростанням. Вони, як правило, не мають фізичних вроджених дефектів, у них нормальне статеве дозрівання і вони здатні до народження дітей. Такі жінки мають нормальний інтелект, але можуть бути й серйозні проблеми з навчанням.

Оскільки такі дівчата здорові і мають нормальний зовнішній вигляд, їхні батьки часто не знають, що їхня дочка має . Деякі батьки дізнаються, що у їхньої дитини подібне відхилення, якщо матері під час виношування вагітності було проведено один із інвазивних методів пренатальної діагностики (амніоцентез або хоріоцентез).

3. Синдром Клайнфельтера – це порушення торкається приблизно одного з 500 – 1000 хлопчиків. Хлопчики з синдромом Клайнфельтера мають дві (а іноді й більше) Х-хромосоми разом з однією нормальною Y-хромосомою. Такі хлопчики зазвичай мають нормальний інтелект, хоч у багатьох спостерігаються проблеми з навчанням. Коли такі хлопчики дорослішають, вони відзначають знижену секрецію тестостерону і вони виявляються безплідними.

4. Дисомія з Y-хромосоми (XYY) – приблизно 1 із 1000 чоловіків народжується з однією або кількома додатковими Y-хромосомами. У таких чоловіків нормальне статеве дозрівання і вони не є безплідними. Більшість із них мають нормальний інтелект, хоча можуть бути деякі труднощі у навчанні, поведінці та проблеми з мовою та засвоєнням мов. Як і у випадку з трисомією по Х-хромосомі у жінок, багато чоловіків та їхніх батьків не знають, що у них є така аномалія, доки не буде проведено пренатальну діагностику.

Менш поширені хромосомні аномалії

Нові методи аналізу хромосом дозволяють визначити крихітні хромосомні патології, які можуть бути видно навіть під потужним мікроскопом. В результаті, все більше батьків дізнаються, що їхня дитина має генетичну аномалію.

Деякі з таких незвичайних і рідкісних аномалій включають:

• Делеція – відсутність невеликої ділянки хромосоми;
• Мікроделеція - відсутність дуже невеликої кількості хромосом, можливо, не вистачає лише одного гена;
• Транслокація - частина однієї хромосоми приєднується до іншої хромосоми;
• Інверсія – частина хромосоми пропущена, а порядок генів змінено зворотний;
• Дублювання (дуплікація) – частина хромосоми дублюється, що зумовлює утворення додаткового генетичного матеріалу;
• Кільцева хромосома – коли на обох кінцях хромосоми відбувається видалення генетичного матеріалу, нові кінці об'єднуються і утворюють кільце.

Деякі хромосомні патології настільки рідкісні, що науці відомий лише один або кілька випадків. Деякі аномалії (наприклад, деякі транслокації та інверсії) можуть ніяк не вплинути на здоров'я людини, якщо немає генетичного матеріалу.

Деякі незвичайні розлади можуть бути спричинені невеликими хромосомними делеціями. Прикладами є:

• Синдром котячого крику (Делеція по 5 хромосомі) - хворі діти в дитинстві відрізняються криком на високих тонах, ніби кричить кішка. Вони мають суттєві проблеми у фізичному та інтелектуальному розвитку. З таким захворюванням народжується приблизно 1 із 20 – 50 тис. немовлят;
• Синдром Прадера-Віллі (Делеція по 15 хромосомі) – хворі діти мають відхилення в розумовому розвитку та в навчанні, низьке зростання та проблеми з поведінкою. Більшість таких дітей розвивається екстремальне ожиріння. З таким захворюванням народжується приблизно 1 із 10 – 25 тис. немовлят;
• Синдром Ді Джорджі (Делеція по 22 хромосомі або делеція 22q11) - з делецією в певній частині 22 хромосоми народжується приблизно 1 з 4000 немовлят. Ця делеція викликає різні проблеми, які можуть включати в себе пороки серця, ущелину губи/неба (вовча паща і заяча губа), порушення імунної системи, аномальні риси обличчя та проблеми в навчанні;
• Синдром Вольфа-Хіршхорна (Делеція по 4 хромосомі) – цей розлад характеризується відхиленнями в розумовому розвитку, вадами серця, поганим м'язовим тонусом, судомами та іншими проблемами. Це захворювання стосується приблизно 1 з 50000 немовлят.

За винятком людей із синдромом Ді Джорджі, люди з переліченими вище синдромами безплідні. Що стосується людей із синдромом Ді Джорджі, то ця патологія передається у спадок на 50% з кожною вагітністю.

Нові методи аналізу хромосом іноді можуть точно визначити, де немає генетичного матеріалу, або де присутній зайвий ген. Якщо лікар точно знає, де винуватець хромосомної аномалії, може оцінити всю ступінь його впливу дитини і дати приблизний прогноз розвитку цієї дитини на майбутньому. Часто це допомагає батькам прийняти рішення про збереження вагітності та заздалегідь підготуватися до народження трошки не такого, як усі, малюка.