Структурные аномалии хромосом кратко

Обновлено: 04.07.2024

ГлавнаяHelixbook Исследование кариотипа (количественные и структурные аномалии хромосом) по лимфоцитам периферической крови (1 человек)

Исследование кариотипа (количественные и структурные аномалии хромосом) по лимфоцитам периферической крови (1 человек)

Цитогенетическое исследование – кариотипирование – является основным методом диагностики хромосомных нарушений и проводится в целях выявления нарушений количества и структуры хромосом. Используется для пренатальной диагностики.

Синонимы русские

Хромосомные риски
Кариотипирование супругов
Определение хромосомного набора

Синонимы английские

Karyotyping
Karyotyping Chromosome Analysis

Метод исследования

Какой биоматериал можно использовать для исследования?

Как правильно подготовиться к исследованию?

Исследование проводится в состоянии сытости, не рекомендуется сдавать кровь на данное исследование натощак.
Исключить (по согласованию с врачом) прием антибактериальных и химиотерапевтических препаратов в течение 14 дней до исследования.
Исследование рекомендуется проводить не ранее чем через 2 недели после перенесенных инфекционных/острых воспалительных заболеваний.

Общая информация об исследовании

Кариотипирование – цитогенетическое исследование, изучение хромосомного набора человека, позволяющее обнаружить отклонения в структуре и числе хромосом. Оно помогает выявить нарушения хромосом, вероятно, не влияющие на здоровье человека, но тем не менее важные для планирования будущей беременности и для здоровья будущего ребенка (патологии плода, аномалии развития).

Кариотип – это полный хромосомный набор клетки человека. В норме он состоит из 46 хромосом, из них 44 аутосомы (22 пары), имеющих одинаковое строение и в мужском, и в женском организме, и одна пара половых хромосом (XY у мужчин и XX у женщин). Каждая хромосома несет гены, ответственные за наследственность. Кариотип 46, ХХ – соответствует нормальному женскому кариотипу, а кариотип 46, XY – это нормальный мужской кариотип. Кариотип остается неизменным в течение всей жизни.

Нарушения хромосомного набора могут являться причиной наследственной патологии, бесплодия, невынашивания беременности, рождения ребенка с различными пороками развития.

Для цитогенетического исследования хромосом чаще всего используют препараты кратковременной культуры крови, реже клетки костного мозга и культуры фибробластов.

Кариотипирование культуры лимфоцитов периферической крови человека – сложное многоступенчатое цитогенетическое исследование, проводится, когда клетки входят в фазу митоза – непрямого деления с тождественным распределением генетического материала между дочерними клетками. Оно включает в себя следующие этапы:

Постановка культуры лимфоцитов, рост клеток в течение 72 часов. (Рост клеток может быть осложнен различными факторами: наличие инфекционных, хронических, простудных заболеваний; прием лекарственных препаратов; диета; прием алкоголя и т. п. Все эти факторы необходимо исключить перед сдачей анализов).
Обработка культур лимфоцитов: колхицинизация, гипотонизация, фиксация.
Приготовление препаратов хромосом на стекле.
Монохромное и дифференциальное окрашивание препарата.
Анализ препаратов (подсчитывается общее количество хромосом, проводится оценка структуры каждой хромосомы). Анализ хромосом осуществляется на разрешении в 400-500 полос (бэндов).

Различают несколько видов нарушений структуры хромосом:

трисомии – добавление еще одной хромосомы к паре;
моносомии – утрата одной хромосомы из пары;
делеции – утрата участка хромосомы;
дупликации – повторение определенного участка хромосомы;
инверсии – поворот участка хромосомы на 180 градусов;
транслокации – перенос участков хромосомы в новое положение.

Хромосомные нарушенияразличаются также по принципу регулярности. Регулярные мутации присутствуют при делении каждой клетки или большинства клеток. Они проявляются в момент зачатия плода либо в первые несколько дней беременности. Нерегулярные аберрации появляются в результате негативного воздействия радиации, химических средств и т.д.

Нарушение расхождения хромосом может произойти во время клеточного деления (мейоза). Если такое нарушение происходит в процессе образования сперматозоидов или яйцеклеток, то в половой клетке появляется лишняя хромосома, которая при зачатии будет передана ребенку. В результате она будет присутствовать во всех клетках организма ребенка. Примером трисомии может служить синдром Дауна (лишняя 21-я хромосома) или синдром Патау (трисомия 13-й хромосомы). Также нарушение расхождения хромосом может произойти при первых делениях оплодотворенной яйцеклетки. Например, утрата Х-хромосомы приводит к развитию Х0-синдрома, или синдрома Шерешевского – Тернера. Аномалии, связанные с нарушением расхождения хромосом, встречаются не так часто, поэтому вероятность их повторения в одной и той же семье достаточно мала.

Структурные же нарушения хромосом передаются по наследству, при этом степень семейного риска и дальнейшая передача дефекта от поколения к поколению становится значительно высокой.

Кариотипирование также рекомендуют проводить в тех семьях, где есть высокая вероятность рождения ребенка с болезнью, сцепленной с Х-хромосомой.

Когда назначается исследование?

Показания для кариотипирования супружеских пар:

мужское бесплодие: тяжелая олигозооспермия, необструктивная азооспермия, тератозооспермия;
первичная аменорея;
привычное невынашивание беременности в первом триместре (2 и более выкидышей);
наличие выкидышей неясного генеза в анамнезе;
случаи мертворождений в анамнезе;
случаи ранней младенческой смертности в анамнезе;
рождение детей с хромосомной аномалией (например, синдромом Дауна);
рождение детей с множественными врождёнными пороками развития (МВПР);
планирование ЭКО;
неудачные попытки ЭКО;
прогноз здоровья будущего ребенка.

Показания для кариотипирования детей:

наличие врождённых пороков развития;
умственная отсталость;
задержка психомоторного развития;
задержка психо-речевого развития в сочетании с микроаномалиями;
нарушение или задержка полового развития;
задержка роста;
аномалии пола.

Что означают результаты?

Для мужчин нормальным считается кариотип 46,XY. Это означает, что определено 46 нормальных хромосом, в том числе X и Y хромосома.

Для женщин нормальным считается кариотип 46,XX. Это означает, что определено 46 нормальных хромосом, в том числе две X хромосомы.

В случае выявления патологического кариотипа, необходима консультация медицинского генетика по результатам исследования для правильной его интерпретации.

Хромосомные аномалии. Аномалии количества и качества

Хромосомные аномалии подразделяют на две категории — количественные и структурные. При количественных аномалиях общее количество хромосом отличается от нормального (46 хромосом). При структурных аномалиях происходит физическая перестройка хромосом.

Хромосомы состоят из коротких плеч (р) и длинных плеч (q). У них есть первичная перетяжка, или центромера, к которой прикрепляются микротрубочки при делении клетки. Теломеры, или верхушки хромосом, покрыты повторяющейся последовательностью TTAGGG, крайне важной для поддержания целостности хромосомы. Положение центромеры определяет строение хромосомы. У человека акроцентрические хромосомы 13, 14, 15, 21 и 22 характеризуются наличием стебельков и спутников, где расположены гены рибосомной РНК.

Аномалии количества хромосом. Аномалии количества хромосом — наиболее хорошо диагностируемые из хромосомных аномалий. Структурные аномалии играют большую роль в развитии врожденных дефектов, бесплодия и привычных выкидышей. Количественные аномалии хромосом, как правило, возникают из-за ошибок при делении клеток, когда происходит увеличение и/или уменьшение хромосом в дочерних клетках, или нерасхождение хромосом. Нерасхождение может возникать как в митозе, так и в мейозе. Клетки, получающиеся в результате такого деления, бывают анеуплоидными, так как их хромосомный набор не соответствует типичному гаплоидному набору из 23 хромосом.

Нерасхождение может происходить как в первом, так и во втором делении мейоза. И в том, и в другом случае возможно анеуплоидное оплодотворение. Нерасхождение или запаздывание хромосом в анафазе может случиться в митозе, что вызывает мозаицизм, т.е. наличие двух и более клеточных линий у одного индивида. Часто мозаицизм обнаруживают при аномалии половых хромосом — синдроме Шерешевского-Тернера (до 50% случаев). Наиболее распространенные количественные хромосомные аномалии перечислены в табл. 5-1. Количественные аномалии также могут характеризоваться кратным гаплоидному набору (23) числом хромосом.

Триплоидия (с количеством хромосом 69) обычно возникает при оплодотворении одной яйцеклетки сразу двумя сперматозоидами. Триплоидные оплодотворения обнаруживают в 15% случаев спонтанных выкидышей, связанных с хромосомными аномалиями; лишь иногда они завершаются родами. Тетраплоидия характеризуется наличием 92 хромосом в наборе и встречается в небольшом проценте спонтанных абортов.

Аномалии структуры хромосом. Структурные перестройки хромосом происходят при таких хромосомных повреждениях, при которых по каким-либо причинам не происходит восстановления их изначальной структуры. Хромосомные перестройки бывают сбалансированными, если сохраняется диплоидный генетический набор клетки. Несбалансированные перестройки вызывают анеуплоидию в одном сегменте хромосом или более. Такие структурные перестройки могут накапливаться (тогда они называются семейными) или возникать как первичное событие, de novo.

Сбалансированные семейные хромосомные перестройки в большинстве случаев бывают истинно сбалансированными и не представляют существенного риска развития врожденных дефектов или задержки умственного развития. Хромосомные перестройки de novo, которые выглядят сбалансированными, обусловливают небольшой риск анеуплоидии на молекулярном уровне (5%), вызывая врожденные дефекты и задержку развития.

Транслокация — обмен плечами между двумя разными хромосомами. Реципрокные транслокации происходят при разрывах, ограничивающихся двумя плечами, и реципрокном обмене дистальными сегментами, приводящем к образованию производной хромосомы. В большинстве случаев фенотип носителей сбалансированных транслокаций вполне нормален, но риск образования несбалансированных гамет при гаметогенезе у них повышен. У носителей сбалансированных транслокаций возможен сложный тип расщепления хромосом, включающий нормальный паттерн расщепления, сбалансированный транслокационный паттерн и несбалансированный паттерн, приводящий к частичной трисомии и частичной моносомии заинтересованных хромосом.

Когда в транслокации участвуют короткие плечи двух акроцентрических хромосом, длинные плечи соединяются в центромерном участке одной хромосомы, при этом короткие плечи акроцентрических хромосом утрачиваются. Это так называемые робертсоновские транслокации. Короткие плечи акроцентрических хромосом содержат резервный генетический материал рибосом, поэтому его утрата на фенотипе не отражается. Как и при сбалансированных транслокациях, продукты мейотического расхождения могут быть как сбалансированными, так и несбалансированными.

Другие структурные аномалии могут приводить к невынашиванию беременности и врожденным дефектам. Если на одной хромосоме образуется два разрыва, и в процессе репарации этот участок поворачивается на 180°, происходит инверсия. Если такой процесс случается в каждом плече хромосомы, это называется перицентрической инверсией. Если же в инверсию вовлекается только одно плечо, это парацентрическая инверсия. Каждая из этих разновидностей инверсий оказывает уникальное и различное влияние на гаметогенез и вынашивание беременности. При хромосомных дупликациях происходит удвоение сегмента хромосомы различной длины, что приводит к развитию частичной трисомии по этому сегменту. При делециях сегмент различной длины теряется, что приводит к генетическому дисбалансу - частичной моносомии.

Такое состояние, при котором второй экземпляр гена или сегмента хромосомы отсутствует, что выражается в патологическом фенотипе или клиническом синдроме, известно под названием гаплонедостаточности.

Структурные нарушения хромосом характеризуются перестройками хромосомного материала, но не касаются количества хромосом в наборе. Структурные нарушения являются результатом одного и более разрывов в одной хромосоме или двух и более разрывов в разных хромосомах. В любом случае происходит разрыв

сахарофосфатных Рис. 11. Структурные аномалии хромосом. (4)

связей ДНК. Воссоединение разорванных концов хромосомы происходит за счет ферментов репарации. Если концы хромосомных фрагментов воссоединятся как прежде, то хромосома и клетка снова станут нормальными. В случаях же, когда происходит потеря хромосомного материала или концы хромосомных фрагментов воссоединяются в точках разрыва других хромосом - как гомологичных, так и негомологичных, происходит образование различных структурных хромосомных перестроек (см. рис. 11 и 12).

Рис. 12. Механизмы образования структурных аномалий хромосом. (8)

Делеция (см. рис. 13)- утрата части хромосомного материала - может быть результатом различных событий:

I) концевая или терминальная делеция - утрата дистального участка хромосомы - происходит в результате одного разрыва;

2) интерстициальная делеция - утрата внутреннего сегмента хромосомы возможна только при наличии двух разрывов в одном плече;

Дупликация - удвоение участка, какой-либо хромосомы. Если удваиваемый участок располагается последовательно, то такая дупликация называется тандемной.

Рис. 13. Делеция (показана стрелками) (8)

Инверсия - поворот участка хромосомы в ее же пределах на 180°. Различают инверсии парацентрические (внутриплечевые) и перицентрические (межплечевые, с участием центромеры). Они создают затруднения процесса конъюгации гомологичных хромосом в мейозе, в результате чего у гетерозиготных носителей инверсий происходят частые нарушения образования половых клеток.

Инсерция - вставка участка одной хромосомы в другую; происходит при наличии трех хромосомных разрывов: один разрыв выступает в качестве принимающего участка, а два других - в роли участка-донора.

Транслокация - перестройка двух хромосом с переносом участка одной хромосомы на другую. Транслокация называется простой, когда она возникает в результате двух разрывов на двух разных хромосомах. Транслокацию называют комплексной, когда в ней участвуют три и более хромосомы с числом четырех и более разрывов. Различают несколько типов транслокаций: робертсоновские (воссоединение двух акроцентрических хромосом в области центромеры - центрическое слияние), реципрокные (сбалансированные) и нереципрокные (несбалансированные).

Изохромосома - хромосома с двумя идентичными плечами. Она возникает вследствие аномального деления хромосомы в области центромеры с последующей дупликацией материала короткого или длинного плеча. В результате возникает изохромосома по короткому или по длинному плечу.

Дицентрическая хромосома возникает вследствие воссоединения двух поврежденных хромосом, несущих центромерные районы, с образованием одной хромосомы с двумя центромерами.

Изодицентрическая хромосома - изохромосома с двумя близко расположенными центромерными районами.

Кольцевая хромосома (см. рис. 14)возникает при утрате обоих теломерных участков одной хромосомы с последующим воссоединением открытых концов. Дицентрические и кольцевые хромосомы называются нестабильными хромосомными аберрациями в связи с большой вероятностью их повреждения

Рис. 14. Кольцевая хромосома (ук. стрелrк.)(8)

в следующем после образования митозе в процессе анафазного расхождения реплицированных хромосом, что приводит к утрате части генетического материала и гибели клетки.

сахарофосфатных Рис. 11. Структурные аномалии хромосом. (4)

Рис. 12. Механизмы образования структурных аномалий хромосом. (8)

Делеция (см. рис. 13)- утрата части хромосомного материала - может быть результатом различных событий:

Рис. 13. Делеция (показана стрелками) (8)

Изодицентрическая хромосома - изохромосома с двумя близко расположенными центромерными районами.

Рис. 14. Кольцевая хромосома (ук. стрелrк.)(8)

Хромосомные аномалии включают аномалии количества (количественные аномалии) или структуры хромосом (структурные аномалии) и является важным фактором самопроизвольных выкидышей и врожденных аномалий развития. Приводятся данные, что 50% всех оплодотворений завершаются самопроизвольными выкидышами и в 50% случаев этих выкидышей имеющиеся хромосомные аномалии. Наиболее частыми хромосомными аномалиями у абортусов есть 45, Х (синдром Тернера, или Шерешевского - Тернера), триплоидия и трисомия 16. Хромосомные аномалии являются причиной 7% крупных врожденных пороков развития, а мутации генов — около 8%.

Количественные аномалии хромосом

Нормальная соматическая клетка является диплоидной и содержит 46 хромосом, или 2n хромосом. Нормальные гаметы является гаплоидными и содержат n хромосом. Еуплоидия означает любое целое число n, например, диплоидию или триплоидию. Анеуплоидия означает любое целое число хромосом, которое не является эуплоидным и чаще означает наличие лишней хромосомы (трисомия) или потерю одной хромосомы (моносомия).

Аномалии количества хромосом могут возникать во время мейотического или митотического делений. В ходе мейоза в норме обе хромосомы из гомологичной пары отделяются первое мейотическое деление и каждая дочерняя клетка получает один компонент из каждой пары хромосом. Если отделение гомологичных хромосом не происходит (нерасхождение хромосом), обе хромосомы с гомологичной пары попадают в одну клетку. Вследствие нерасхождения хромосом одна клетка получает 24 хромосомы, а вторая — 22 хромосомы.

Когда при оплодотворении гамета, содержащего 23 хромосомы, соединяется с гаметой, содержащей 24 или 22 хромосомы, образуется зигота с 47 (трисомия) или 45 (моносомия) хромосомами. Нерасхождение может происходить во время первого или второго мейотического деления и касаться как соматических (аутосом), так и половых хромосом. Частота хромосомных аномалий, в том числе нерасхождения хромосом, увеличивается в оогенезе у женщин старше 35 лет.

Нерасхождение хромосом во время митоза (митотическое нерасхождение) клеток эмбриона на самых ранних стадиях эмбриогенеза, когда одни клетки получают аномальное количество хромосом, другие — нормальное, получило название мозаицизма. Индивиды с мозаицизмом хромосом могут иметь лишь отдельные проявления того или иного синдрома зависимости от количества и распределения пораженных клеток.

Иногда возникает разрыв хромосомы, и части одной хромосомы присоединяются к другой — транслокация хромосом. Такие транслокации могут быть сбалансированными и несбалансированными. При сбалансированных транслокациях разрыв и объединения двух хромосом происходят без потери важного генетического материала, и индивид является нормальным. Несбалансированные транслокации характеризуются потерей части одной из хромосом и изменением генотипа. Так, например, несбалансированные транслокации между длинными плечами хромосом 14 и 21 во время мейоза I или II вызывают образование гамет с лишней 21-й хромосомой (трисомия 21), что является одной из причин возникновения синдрома Дауна.

Трисомия 21

Трисомия 21 (синдром Дауна) чаще всего обусловлена наличием лишней копии хромосомы 21 (трисомия 21). Детям с синдромом Дауна свойственны:

задержка роста,
различные степени умственного отставания,
черепно-лицевые аномалии (эпикант, скошенный разрез глаз, плоское лицо, маленькие низко размещенные уши),
пороки развития сердца,
гипотония и др.

У таких детей чаще имеют место инфекции, дисфункции щитовидной железы, преждевременное старение, развитие болезни Альцгеймера в молодом возрасте (с 35 лет). В 95% случаев синдром обусловлен трисомией 21 через мейотическое неразличие, в 75% случаев нерасхождения случается во время оогенеза. Частота синдрома Дауна составляет 1: 2000 оплодотворений у женщин в возрасте 1

Читайте также: