Парижская классификация хромосом кратко

Обновлено: 02.07.2024

Все живые организмы содержат в ядрах клеток определенный набор генетического материала. В эукариотических клетках он представлен хромосомами. Для удобства учета и научных изысканий кариотип систематизируют при помощи различных методик. Познакомимся с приемами упорядочивания генетического материала на примере человеческих хромосом.

Классификация хромосом человека

Кариотип – хромосомный набор (диплоидный), находящийся в любой из соматических клеток организма. Он является характерным для данного организма и одинаков во всех клетках, за исключением половых.

Хромосомы в кариотипе бывают:

аутосомы, не отличаются у особей разного пола;
половые (гетерохромосомы), отличаются по строению у особей разного пола.

Клетки человеческого организма содержат 46 нитей ДНК, из них 22 пары аутосом и одна - половых. Это диплоидный 2n набор генетического материала. Пара гетерохромосом у женщин обозначается XX, у мужчин – XY, обозначение кариотипа, соответственно, 44+XX и 44+XY.

В половых клетках (гаметах) присутствует гаплоидный или одинарный 1n набор ДНК. Яйцеклетки содержат 22 аутосомы и одну X-хромосому, сперматозоиды - 22 аутосомы и одну из гетерохромосом, X или Y.

Зачем нужна идентификация и классификация хромосом

Денверская и Парижская системы классификации наследственного материала, широко используемые в научном сообществе, призваны унифицировать и обобщить представления о кариотипе. Общий подход нужен для правильного представления и интерпретации результатов исследований в области генетики, кариосистематики, селекции.

Схематически кариотип изображают при помощи идеограммы – последовательности систематизированных и расположенных по убыванию размера хромосом. Идеограмма отражает не только размеры спирализованных ДНК, но и некоторые морфологические характеристики, а также особенности их первичной структуры (области гетеро- и эухроматина).

При помощи анализа этих графиков устанавливают степень родства между различными систематическими группами организмов.

В кариотипе могут находиться пары аутосом, практически одинаковые по размеру, что затрудняет их правильное расположение и нумерацию. Рассмотрим, какие параметры учитывают Денверская и Парижская классификация хромосом человека.

Результаты конференции в Денвере, 1960 год

В указанном году в городе Денвере, США, состоялась конференция по хромосомам человека. На ней различные подходы к систематизированию хромосом (по размеру, положению центромер, участкам с разной степенью спирализации и т. д.) были объединены в единую систему.

Решением конференции стала так называемая Денверская классификация хромосом человека. Данная система руководствуется принципами:

Все аутосомы человека пронумерованы по порядку от 1 до 22 по мере уменьшения их длины, половым хроматидам присвоены обозначения X и Y.
Хромосомы кариотипа разбиты на 7 групп с учетом положения центромер, наличия спутников и вторичных перетяжек на хроматидах.
Для упрощения классификации используется центромерный индекс, который рассчитывается делением длины короткого плеча на всю длину хромосомы и выражается в процентах.

Денверская классификация хромосом является общепризнанной в мировом научном сообществе.

Группы хромосом и их характеристика

Денверская классификация хромосом включает семь групп, в которых аутосомы расположены по порядку нумерации, но распределены неравномерно по количеству. Это связано с признаками, по которым они распределяются в группы. Подробнее об этом в таблице.

Номера пар хромосом

Особенности строения хромосом в группе

Длинные хромосомы, хорошо отличимые друг от друга. В 1 и 3 парах положение перетяжки метацентрическое, во 2 паре - субметацентрическое.

Хромосомы короче предыдущей группы, первичная перетяжка расположена субметацентрически (близко к середине).

Хромосомы среднего размера, все неравноплечие субметацентрические, сложно идивиндуализируемые.

Идентична по размеру и форме аутосомам группы, репликацию заканчивает позже других.

Хромосомы в группе средних размеров с практически краевым положением первичной перетяжки (акроцентрические), имеют спутники.

Короткие хромосомы, в 16 паре равноплечие метацентрические, в 17 и 18 - субметацентрические.

Короткие метацентрики, практически неотличимы друг от друга.

Короткие хромосомы со спутниками, акроцентрические. Имеют незначительные отличия строения и размеров.

Немного длиннее других хромосом группы, на длинном плече имеется вторичная перетяжка.

Как видим, Денверская классификация хромосом базируется на анализе морфологии без каких-либо манипуляций с ДНК.

Парижская классификация хромосом человека

В основе данной классификации, введенной с 1971 года, лежат методы дифференцированного окрашивания хроматина. В результате рутинной окраски все хроматиды приобретают собственный рисунок из светлых и темных полос, благодаря чему легко идентифицируются внутри групп.

При обработке хромосом различными красителями выявляются отдельные сегменты:

Q-сегменты хромосом флуоресцируют в результате применения красителя акрихин-иприта.
G-сегменты проявляются после окрашивания по методу Гимза (совпадают с Q-сегментами).
Окрашиванию R-сегментов предшествует контролируемая термическая денатурация.

Для указания местоположений генов на хромосомах вводятся дополнительные обозначения:

Длинное плечо хромосомы обозначается строчной буквой q, короткое – строчной p.
Внутри плеча выделяют до 4 районов, которые нумеруют от центромеры к теломерному концу.
Нумерация полос внутри районов также идет в направлении от центромеры.

Если положение гена в хромосоме известно точно, его координатой является индекс полосы. Когда же локализация гена менее определенная, его обозначают находящимся в длинном либо коротком плече.

Для точного картирования хромосом, изучения мутагенеза и гибридизации какой-либо одной методикой не обойтись. Денверская классификация хромосом и Парижская в данном случае неразрывно связаны и дополняют друг друга.

В 1960 году в американском городе Денвере была создана первая Международная система цитогенетической номенклатуры хромосом человека, обеспечившая международную стандартизацию исследований хромосом еще на начальных этапах становления цитогенетики человека. Хромосомный набор или кариотип человека включает 46 хромосом - 22 пары аутосом и 1 пару половых хромосом (XX- у лиц женского пола и XY - мужского).

В основу Денверской классификации хромосом была положена их морфологическая характеристика: размер, форма и положение первичной перетяжки - центромеры. Согласно данной номенклатуре хромосомы нумеруются от 1 до 23 по мере убывания их длины: с 1 по 22 - аутосомы, а 23 пара- половые хромосомы. Самые крупные хромосомы человека, имеющие первые номера, в среднем 5 раз длиннее самых мелких - 21 и 22 хромосом.

В соответствии с положением центромеры хромосомы принято делить на 3 группы:

-метацентрические (центромера расположена в середине хромосомы),

-субметацентрические (центромера смещена от центра хромосомы)

-акроцентрические (центромера расположена в дистальной части хромосомы).

Все аутосомы согласно Денверской классификации были подразделены на 7 групп - от А до G. Группа А (хромосомы 1-3) - большие метацентрические хромосомы. Группа В (хромосомы 4 и 5) - включает большие субметацентрические хромосомы. Группа С (хромосомы 6-12) - среднего размера субметацентрические хромосомы. Группа D (хромосомы 13-15) - большие акроцентрические хромосомы. Группа Е (хромосомы 16-18) - включает короткие субметацентрические хромосомы. Группа F - (хромосомы 19 и 20) - маленькие ме-тацентрические хромосомы. Группа G - (хромосомы 21 и 22) - включает малые акроцентрические хромосомы.

Половая Х-хромосома по длине и центромерному индексу (соотношению между длиной короткого и длинного плечей хромосомы) близка к хромосомам группы С, а Y-хромосома по величине и морфологии (при обычной окраске) близка к хромосомам группы G.

Парижская классификация. В1971 году в Париже на IV международном конгрессе по генетике человека была согласована единая система идентификации хромосом человека, учитывавшая дифференцировку хромосом по длине.

Каждая хромосома набора человека при дифференциальной окраске характеризуется уникальным для нее сочетанием темно окрашенных сегментов или полос , чередующихся с неокрашенными участками или светлыми сегментами. Именно такое специфическое для данной хромосомы сочетание сегментов позволяет четко ее идентифицировать и отличить от других хромосом набора. В пределах короткого (р) и длинного (q) плеча каждой хромосомы выделяют ряд четко идентифицируемых областей или регионов, которые нумеруются арабскими цифрами начиная от центромеры к теломерному участку или терминальному концу хромосомы. Каждая область хромосомы включает определенное число сегментов, нумерация которых (второй арабской цифрой) также идет в направлении от центромерного к теломерному участку. Таким образом, обозначение хромосомного сегмента 2q34 означает хромосому №2, длинное плечо, 3 регион и 4 сегмент. Сама центромера обозначается сочетанием цифр 1 и 0, т.е. часть центромеры в пределах короткого плеча обозначается как- р10, а часть, включающая длинное плечо -q10.

Открытие в середине 70-х годов того факта, что профазные и про-метафазные хромосомы позволяют достичь большего числа сегментов, чем метафазные хромосомы, и, следовательно, повысить разрешающие возможности цитогенетического исследования, привело к разработке методов получения хромосом высокого разрешения и потребовало дополнения цитогенетической номенклатуры новыми принципами анализа таких хромосом. В1980 году по этому поводу в Париже было достигнуто международное соглашение, которое было опубликовано в 1981 году под названием "Международная система цитогенетической номенклатуры хромосом человека - сегментация хромосом высокого разрешения" или ISCN (1981). Так, если сегмент в пределах какой-либо хромосомы подразделяется на отдельные субсегменты, то после номера сегмента ставится точка, после которой указывается номер субсегмента. Например, если оригинальный сегмент 1 р31 подразделяется на 3 разных субсегмента, то они обозначаются как 1р31.1, 1р31.2и 1р31.3, причем субсегмент 1р31.1 является проксимальным, а 1 р31.3 - дистальным по отношению к центромере. Дополнительное деление субсегментов на другие сегменты, например субсегмента 1 р31.1, соответственно обозначается как 1p31.11,1р31.12 ит.д.

Цитогенетический метод изучения наследственности человека. Хромосомные болезни. Наследование, сцепленное с полом

Цитогенетический метод
Классификация хромосом человека
Генетические карты
Хромосомные болезни (синдромы)
Кариотипы, кариограммы
Тестовые задания
Цитогенетический метод
С помощью данного метода можно изучать наследственный материал клетки: совокупность хромосом в целом (кариотипирование) или наличие и количество Х-хромосом (определение полового хроматина — число глыбок полового хроматина или телец Барра). Исследование проводится с помощью светового микроскопа (изготовление и изучение микропрепаратов).
Кариотипирование
На рис. 56 представлена последовательность действий для получения кариотипа человека.

Половой хроматин
В клетках мужчин (кариотип 46, XY) Х-хромосома всегда выполняет ак-тивную функцию, а у женщин (46, XX) одна Х-хромосома является активной, а другая Х-хромосома находится в неактивном, спирализованном состоянии. Она выявляется в виде компактной темной глыбки в интерфазном ядре соматических клеток нормальных женщин и называется тельцем Барра или половым Х-хроматином. Инактивация одной из двух Х-хромосом происходит в эмбриогенезе, причем закономерности в инактивации отцовской или материнской хромосомы нет (гипотеза Лайон). При любом числе Х-хромосом в активном состоянии будет только одна, следовательно, половой Х-хроматин в норме выявляется только у женщин и отсутствует у мужчин.
Зная число глыбок полового хроматина, можно определить число Х-хромосом по формуле п + 1, где п — число глыбок, а 1 — активная Х-хромосома; и наоборот, зная число Х-хромосом, можно определить число телец Барра по формуле п -1, где п — число Х-хромосом, а 1 — активная Х-хромосома (табл. 12).
У мужчин в норме выявляется Y-половой хроматин (он представляет длинное плечо Y-хромосомы), который обнаруживается с помощью люминисцентной микроскопии и выглядит в виде яркого пятна диаметром 0,3-1 мкм.
Изменение числа глыбок полового хроматина происходит при геномных мутациях (изменение числа X- и Y-хромосом). Определение полового хроматина используется как экспресс-метод при пренатальном и постнатальном определении пола и диагностике хромосомных болезней (см. табл. 12).

Классификация хромосом человека
Хромосомный набор (кариотип) соматической клетки характеризуется формой хромосом, их количеством, размерами, характерными для каждого вида. Препараты хромосом можно приготовить извсех тканей и клеточных суспензий, содержащих делящиеся клетки. Наиболее часто препараты метафазных хромосом готовят из лимфоцитов периферической крови, которые предварительно культивируют в присутствии стимулятора митозов — митогена фитогемаг- глютинина (ФГА), так как клетки периферической крови не делятся.
Классификация и номенклатура равномерно окрашенных хромосом (стандартное окрашивание) была разработана на международных совещаниях в Денвере (1960), Лондоне (1963) и Чикаго (1966). Согласно рекомендациям этих конференций, хромосомы располагаются в порядке уменьшения их длины от 1 до 23 хромосомы. Они разделены на 7 групп, которые обозначены буквами английского алфавита от А до G. Все пары хромосом предложено нумеровать арабскими цифрами: группа А 1-3, В 4-5, С 6-12 и Х-хромосома, D 13-15, Е 16-18, F 19- 20, G 21-22, Y-хромосома (табл. 13). При этом хромосомы различных групп хорошо отличаются друг от друга (критерии: размер и форма — метацентрические, субметацентрические, акроцентрические), в то время как внутри группы их сложно различить, за исключением хромосом группы А (рис. 64,65).
Важным параметром является центромерный индекс, который отражает в процентах длину короткого плеча к длине всей хромосомы, например, хромосома № 1 — 48,3%, хромосома № 22 — 22,1%.

Парижская классификация хромосом
В начале 70-х годов XX века был разработан метод дифференциальной окраски хромосом, выявляющий характерную сегментацию, который позволил индивидуализировать каждую хромосому (рис. 58). Различные типы сегментов обозначают по методам, с помощью которых они выявляются наиболее отчетливо (Q-сегменты, G-сегменты, Т-сегменты, S-сегменты). Каждая хромосома человека содержит свойственную только ей последовательность полос, что позволяет идентифицировать каждую хромосому. Хромосомы спирализованы максимально в метафазе, менее спирализованы в профазе и прометафазе, что позволяет выделить большее число сегментов, чем в метафазе.

Классификация хромосом человека
Хромосомная теория наследственности была сформулирована Т. Морганом, основные положения которой сводятся к следующему:
• гены находятся в хромосомах, каждый ген занимает в хромосоме определенное место (локус);
• гены в хромосомах располагаются линейно;
• каждая хромосома представляет собой группу сцепления генов;
• число групп сцепления у каждого вида равно гаплоидному набору хромосом;
• между гомологичными хромосомами в процессе кроссинговера происходит обмен аллельными генами, что приводит к формированию новых сочетаний аллелей в группах сцепления;
• расстояние между генами в хромосоме пропорционально проценту кроссинговера между ними.
Изучение сцепленного наследования явилось основой для составления генетических карт сцепления у разных организмов. Методы классической генетики, цитогенетики и молекулярной генетики позволили подойти к составлению современных генетических карт
Генетическая карта — это система элементов генома, упорядоченная на основе хромосомной принадлежности и взаимного расположения генов в пределах отдельных хромосом, т. е. она определяет принадлежность генов к хромосоме и их расположение относительно друг друга. Возможность ее построения обусловлена линейным характером локализации генов в хромосомах и относительной стабильностью их расположения.
Выделяют следующие генетические карты: карты сцепления, цитологические карты, цитогенетические карты индивидуальных хромосом, рестрикционные и секвенсовые карты. Они различаются единицами измерения (морганида, пара нуклеотидов — п. н., мегабаза — 1 млн оснований) и набором элементов генома.
Карта сцепления — схема расположения генов, находящихся в одной группе сцепления, т. е в одной хромосоме (рис. 60). За единицу расстояния между генами принята морганида, которая отражает частоту кроссинговера.Одна морганида — расстояние между генами, при котором кроссинговер происходит в 1% гамет (1 морганида = 1% кроесинговера. При составлении картсцепления указываются: номер хромосомы; полное или сокращенное название генов;
расстояние в морганидах от одного из концов хромосомы, принятого за нулевую точку; место центромеры.

Цитологическая карта составляется на основании из- учения политенных хромосом (рис. 61 а, б), что позволяет сопоставить структуру синтезируемого белка с определенным участком хромосомы (геном), так как транскрибируемый участок определяется под ми- кроскопом в виде пуфа. Это позволяет определить локализацию гена. Изучение политенных хромосом имеет экспери- ментальный характер, так как у человека их нет.
Цитогенетические карты хромосом (рис. 62) составляются на основе дифференциальной окраски (темные и светлые полосы) и картирования генов в отдельных локусах хромосом (основа Парижской классификации). Современные методы окрашивания позволяют выявить до 1000 полос. В среднем на хромосому человека приходится 50 полос. Каждая полоса содержит 3 х 106 пар нуклеотидов, что соответствует нескольким сотням генов (районы и сегменты). Картирование генов в хромосомах является результатом современных молекулярно-генетических методов исследования.
Различные хромосомы и их участки картированы с разной степенью детализации: на Х-хромосоме картировано 400 генов, на хромосоме № 1 — 200 генов. Плотность расположения уже картированных генов в разных хромосомах неравномерна: в 19 хромосоме — 178 генов, в 13 хромосоме — 40 генов, хотя 19 хромосома вдвое меньше, чем 13. На хромосомах № 2 и № 7 примерно одинаковое количество генов, около 175. Каждый картированный ген становится точкой отсчета в геноме, т. е. молекулярным маркером. Генетическое картирование необходимо для определения нуклеотидной последовательности гена и прилегающих к нему участков.
Рестрикционные карты ДНК представляют собой участки ДНК с определенной нуклеотидной последовательностью. Для их получения необходимо выделить ДНК, разрезать в определенных точках рестриктазами, локализовать точки разрыва — сайты расщепления. Карта ДНК, полученная в результате локализации точек разрыва, называется физической рестрикционной картой (рис. 63). Рестрикционная карта ДНК представляет собой линейную последовательность сайтов расщепления, находящихся на определенном расстоянии друг от друга. Расстояние между сайтами рестрикции измеряют в нуклеотидных парах ДНК.

Секвенсовые карты содержат данные о последовательности всех нуклеотидов в целой молекуле ДНК, а не в отдельных ее фрагментах.

Кариотип человека(от греч. - орех, ядро и - отпечаток, тип) — диплоидный хромосомный набор человека, представляющий собой совокупность морфологически обособленных хромосом, внесённых родителями при оплодотворении.

Хромосомы набора генетически неравноценны: каждая хромосома содержит группу разных генов. Все хромосомы в кариотипе человека делятся на аутосомы и половые хромосомы. В кариотипе человека 44 аутосомы (двойной набор) - 22 пары гомологичных хромосом и одна пара половых хромосом — XX у женщин и ХУ у мужчин.

Денверская классификация хромосом

22 пары аутосом разделены на семь групп, обозначаемых буквами от А до G. Каждая группа хромосом характеризуется следующими особенностями:

Группа А содержит 3 пары длинных хромосом (1-3), каждую из которых можно легко индивидуализировать. Метацентрические (центромера располагается в середине длины хромосомы)

Группа В содержит две пары хромосом (4-5). Они короче хромосом из группы А и являются субметацентрическими (центромера располагается ближе к одному концу);

Группа С содержит 6 пар аутосом (6-12), все хромосомы с субмедиально расположенной центромерой, средних размеров, их трудно индивидуализировать. К этой группе по размеру относится Х-хромосома, которая отличается тем, что заканчивает синтез ДНК позднее других

Группа D содержит 3 пары хромосом (13-15). Хромосомы средних размеров, акроцентрические (центромера располагается на теломерном конце).

Группа F имеет 2 пары коротких метацентрических хромосом (19-20), которые неотличимы друг от друга;

Группа G состоит из 2-х пар хромосом (21-22). Это очень короткие акроцентрические хромосомы со спутниками, трудно различимы, хотя несколько отличаются по величине и морфологии. К ним примыкает У-хромосома, которая несколько длиннее и имеет на длинном плече вторичную перетяжку.

Денверская классификация хромосом

Группа F имеет 2 пары коротких метацентрических хромосом (19-20), которые неотличимы друг от друга;

Читайте также: