Половые хромосомы

Показания к кариотипированию

Такую процедуру желательно пройти любой паре, планирующей обзаводиться потомством, но существуют случаи, когда кариотипирование особенно необходимо:

  • Мужское и женское бесплодие. У таких пациентов могут обнаруживаться аномалии в половой хромосоме.
  • Первичная аменорея – отсутствие месячных в течение всей жизни. Такое нарушение бывает связано с поломкой в половых хромосомах.
  • Недоразвитие репродуктивных органов также может быть обусловлено неблагоприятной генетикой.
  • Выкидыши, замирания беременностей, неудачные попытки ЭКО. Зародыши, имеющие генетические аномалии, не развиваются и отторгаются организмом. Генетическое обследование позволит выявить причину такой ситуации и избежать рождения нездорового потомства.
  • Мертворождение – появление на свет детей с множественными пороками, которые могут быть вызваны тяжелыми наследственными патологиями.
  • Подготовка к ЭКО – в этом случае также нужно провериться на генетические отклонения, чтобы выбрать наиболее подходящую репродуктивную технологию. Парам с генетическими нарушениями, приводящими к рождению больных детей, рекомендуется сделать ЭКО с предимплантационной диагностикой эмбриона. В этом случае зародыши перед подсадкой проверяют на хромосомные болезни.

Анализ делают и детям при подозрении на наследственные патологии. Показанием к его проведению являются:

  • Врожденные пороки развития.
  • Необычная внешность.
  • Странное поведение, умственная отсталость, задержка развития.
  • Нарушение обмена веществ и функции внутренних органов.
  • Неправильно развитый половой аппарат. Иногда только генетический анализ может определить пол ребенка.

В некоторых случаях у детей и взрослых обнаруживается так называемый мозаицизм. При этом нарушении одна часть клеток имеет нормальный набор хромосом, а другая – изменённый. Например, пациенты с мозаичным синдромом Дауна могут иметь достаточно гармоничную внешность и практически не отличаться от здоровых людей.

Удалой малый

Y-хромосома значительно меньше – примерно 60 млн пар оснований и изучена на 50%. Она на 84 тыс. лет младше и содержит до 200 генов, а остальное составляют бесполезные участки или с еще неизвестными функциями. Форма этой гоносомы совпадает с названием.

Самым важным на ней считается ген SRY, ответственный за формирование мужских половых органов – семенников. Также здесь размещены коды волосяного покрова ушей и пальцев рук, роста зубов, хвоста сперматозоидов.

Не имея подходящей пары, Y не может обмениваться участками, поэтому изменения в ней происходят только за счет мутаций, а неизмененные части остаются одинаковыми у всех потомков мужского пола на протяжении многих поколений. Благодаря такой особенности стало возможным более точно определить, откуда произошел современный человек и какими путями расселился по миру.

Накопление вредных мутаций на Y-хромосоме

Считается, что эволюция половых хромосом происходит через мутация аутосом, которые несут гены определения пола. В какой-то момент, когда происходит кластеризация генов для определения пола на одной из двух аутосом, происходит подавление рекомбинации, чтобы гарантировать, что кластер генов наследуется в одном блоке. Однако, как только это происходит, зарождающаяся Y-хромосома начинает формироваться, накапливая переносимые элементы, хромосомные перестройки и другие вредные мутации, которые путешествуют автостопом с благоприятными генами определения пола. Сказано, что это приводит к полностью гетероморфным половым хромосомам и определению пола.

Неспособность Y-хромосомы автоматически исправлять мутации путем рекомбинации во время мейоза делает ее особенно склонной к накоплению ошибок. Кроме того, сперматозоиды образуются в большом количестве, вовлекая многие деление клеток события, которые увеличивают вероятность накопления ошибок. Сперма также сохраняется в сильно окислительной среде в яичках, что снова увеличивает вероятность генетической мутации. Одна из гипотез гласит, что эти факторы способствовали возникновению ситуации, когда Y-хромосома потеряла большинство своих генов, за исключением тех, которые имеют решающее значение для определения пола и выживания плод, Это приводит к тому, что у гомогаметных женщин число генов в их половых хромосомах почти удваивается по сравнению с их гетерогаметными партнерами. У некоторых животных, у которых самцы имеют XY, экспрессия генов на одной из Х-хромосом у самок заглушается посредством образования гетерохроматина, Альтернативно, некоторые насекомые предпочитают сверхэкспрессировать гены на своей Х-хромосоме у гетерогаметных особей. Эта модификация экспрессии генов называется дозовой компенсацией. В последнее время впервые была отмечена компенсация дозировки в двудомном растении S.latifolia или во время кампионии.

Кариотипирование плода

Кариотипирование плода проводится при подозрении на врожденную патологию. При синдроме Дауна, например, имеется дополнительная 21 хромосома, поэтому кариотип девочки будет описан как 47,ХХ 21 +, а мальчика 47, ХY 21+. Синдром Кляйнфельтера встречается у 1 из 500 новорожденных мальчиков, при этом заболевании увеличивается количество Х хромосом — кариотип 47,ХХY, а при большем увеличении количества Х-хромосом 48,ХХХY и 49,ХХХХY у ребенка будут нарушения интеллекта, поэтому ставится вопрос о прерывании беременности.  Кариотип при синдроме Шерешевского – Тернера будет описан так: 45X0 – утрата одной Х хромосомы.
В обязательном порядке проводится предимплантационная генетическая диагностика при ЭКО, которая позволяет обнаружить серьезные отклонения в количестве хромосом. 

Самые важные и интересные новости о лечении бесплодия и ЭКО теперь и в нашем Telegram-канале @probirka_forum Присоединяйтесь!

Генетика

SRY протеин

У мужчин обычно есть одна Х-хромосома и одна Y-хромосома в каждой диплоидной клетке своего тела. У женщин обычно две Х-хромосомы. SRY-положительные самцы XX имеют две X-хромосомы, одна из которых содержит генетический материал ( ген SRY ) из Y-хромосомы; этот ген заставляет их развивать мужской фенотип, несмотря на то, что хромосомы более типичны для женщин. Однако у некоторых самцов XX нет гена SRY (SRY-отрицательный), и мужской фенотип может быть вызван другим геном на одной из аутосом .

SRY-положительный

Пример транслокации между двумя хромосомами

Ген SRY , обычно обнаруживаемый на Y-хромосоме, играет важную роль в определении пола, инициируя развитие яичек. Примерно у 80 процентов мужчин ХХ ген SRY присутствует на одной из Х-хромосом.

Состояние возникает в результате ненормального обмена генетическим материалом между хромосомами (транслокация). Этот обмен происходит как случайное событие во время образования сперматозоидов у отца пострадавшего человека. Вершина Y-хромосомы содержит ген SRY, и во время рекомбинации происходит транслокация, при которой ген SRY становится частью X-хромосомы. Если плод зачат от сперматозоида с X-хромосомой, несущей ген SRY, он разовьется как мужчина, несмотря на отсутствие Y-хромосомы. Эта форма состояния называется SRY-позитивным 46, XX тестикулярным расстройством полового развития.

SRY-отрицательный

Около 20 процентов людей с нарушением полового развития 46 ХХ яичек не имеют гена SRY . Эта форма состояния называется SRY-отрицательным 46, XX тестикулярным расстройством полового развития. Причина расстройства у этих людей часто неизвестна, хотя изменения, влияющие на другие гены, были выявлены. Лица с SRY-отрицательным 46, XX расстройством полового развития яичек с большей вероятностью будут иметь неоднозначные гениталии, чем люди с SRY-положительной формой.

Точная причина этого состояния неизвестна, но было высказано предположение, что мутации в гене SOX9 могут способствовать этому синдрому, поскольку SOX9 играет роль в дифференцировке семенников во время развития. Другая предполагаемая причина — мутации гена DAX1 , который кодирует рецептор ядерного гормона. DAX1 подавляет маскулинизирующие гены; следовательно, если происходит потеря функции DAX1, то у человека XX могут развиваться семенники. Мутации в генах SF1 и WNT4 также изучались в связи с SRY-негативным мужским синдромом XX.

Как проводится анализ

Для исследования берется кровь, из которой извлекаются кровяные клетки – лимфоциты. Затем из них отбираются те, которые находятся в состоянии деления (митоза). После этого в течение трех суток на образец воздействуют специальным раствором, усиливающим деление клеток, и наблюдают за этим процессом.

В определенный момент образцы изымают и окрашивают, чтобы хорошо рассмотреть хромосомный набор. Каждый участок хромосом обследуется и изучается на предмет возможных «поломок». Существует несколько вариантов таких сбоев:

  • Дисомия – удвоение хромосомы – и трисомия – утроение.
  • Моносомия – утрата одной половинки из сестринской пары.
  • Делеция – отсутствие части хромосомы, иногда достаточно большой ее части.
  • Дупликация – удвоение какого-то фрагмента.
  • Инверсия – поворот части хромосомы на 180 градусов.
  • Транслокация – аномалия, при которой участки хромосомы меняются местами.

Такие мутации у их обладателей имеют разные внешние проявления – от незаметных до вызывающих тяжелые болезни, сопровождающиеся умственной отсталостью и нарушением физического развития.

Половые хромосомы у цветковых растений

Для большинства цветущих растений или покрытосеменных растений мужские и женские половые органы присутствуют на одном и том же цветке. Иногда один растение может производить отдельные мужские и женские цветы для усиления креста оплодотворение или мужские и женские половые органы могут созревать в разное время. Тем не менее, присутствие различных мужских и женских растений встречается относительно редко, и только шесть процентов покрытосеменных растений показывают эту характеристику, которая называется диоэксизмом. Даже те, у кого этот вид полового диморфизма возрастает из-за стерильных мужских или женских стерильных мутаций и, следовательно, различных половых хромосом, известны только в четырех семействах растений.

Похоже, что растения находятся на ранних стадиях эволюции гетероморфных половых хромосом. Поэтому они могут быть использованы в качестве моделей для изучения событий, которые приводят к определению хромосомного пола.

Теломеры и старение

Исследователи обнаружили, что длина теломер связана с потенциальной продолжительностью жизни каждого человека и помогает определить возраст клетки. К 80 годам длина теломер с рождения сокращается вдвое.

Укорочение теломер и активность теломеразы связаны, например, с развитием рака и сердечно-сосудистых заболеваний, а также со снижением иммунитета.

Считается, что биологический возраст человека можно определить по длине его теломер. Несколько лабораторий в разных странах мира даже предлагают такую услугу за несколько сотен евро.

Однако более поздние исследования опровергли идею о том, что длина теломер — это биологические часы, указывающие на продолжительность жизни. При этом их укорочение действительно коррелирует со скоростью старения и нашей восприимчивостью к инфекциям. Особенно если речь идет об очень коротких теломерах, которые могут быть связаны с риском развития дегенеративных и онкологических заболеваний.

Длина “защитных колпачков” на нашей ДНК может говорить об уровне окислительного (оксидативного) стресса, который вполне можно скорректировать.

Кроме того, о состоянии теломер может рассказать образ жизни человека. По крайней мере, об этом говорят исследования 2011 и 2012 годов.

Теломеры укорачиваются из-за следующих факторов:

  • нездоровое питание (переизбыток сахара и омега-6 в рационе, употребление переработанных продуктов);

  • переедание и лишний вес;

  • загрязнение окружающей среды (химическое, электромагнитное, звуковое);

  • плохие эмоциональные и социальные отношения с другими людьми;

  • малоподвижный образ жизни;

  • недостаток сна;

  • постоянные стрессы;

  • хронические боли;

  • курение;

  • резистентность к инсулину;

  • хроническое воспаление;

  • дефицит витамина D. 

Все это разрушительно влияет на теломеры, независимо от возраста человека.

Генетические исследования, проводимые в клинике

Кариотипирование

Кариотип – это совокупность признаков полного набора хромосом соматических клеток организма. Кариотипирование относится к основным методам диагностики хромосомных нарушений, позволяющее обнаружить отклонения в структуре и числе хромосом. Нарушения хромосомного набора являются причиной наследственных патологий, бесплодия, невынашивания беременности, рождения ребенка с пороками развития.

Пренатальная диагностика

На консультацию генетика направляются женщины из групп риска рождения детей с врожденными наследственными заболеваниями: при наличии УЗ-маркеров аномалий развития плода.

Неинвазивное пренатальное тестирование (НИПТ) – это анализ внеклеточной ДНК плода, циркулирующей в крови беременной женщины для выявления синдрома Дауна и некоторых других анеуплодий (синдромы, Эдварса, Патау). Делается на 9–10 неделе беременности. Материал исследования – венозная кровь матери.

После изучения и оценки полученных результатов врач-генетик предоставляет родителям исчерпывающую информацию о степени риска рождения больного ребенка.

Генетический паспорт

Генетический паспорт – это комплексный генетический профиль человека, составленный на основе анализа тысяч генов, ответственных за здоровье, долголетие. На основе полученных данных врач-генетик разрабатывает рекомендации по профилактике заболеваний, диете, образу жизни. ДНК-тест определяет также индивидуальную потребность организма в витаминах, микроэлементах, выявляет непереносимость некоторых продуктов питания (молоко, глютен).

   

Материалом для тестирования служит любой биологический материал человека: кровь, волосы, ногти, но в основном для анализа используется буккальный эпителий, расположенный на внутренней поверхности щек.

Установление отцовства

Тест на отцовство основан на сравнительном анализе ДНК предполагаемого биологического отца и ребенка. Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) – это цепочка нуклеотидов, несущая код роста и развития каждого индивидуума. Если исследуемые гены имеют специфические совпадения, вероятность прямой кровной связи составляет 99,9%.

Все клетки организма имеют одинаковую ДНК, поэтому для тестирования не имеет значения, из какого биологического материала выделена ДНК (кровь, кожа, ногти, волосы, слюна).

Онкогенетические исследования

Генетическое тестирование – это способ обнаружить мутацию в генах, ответственных за развитие различных типов рака.

Проведение генетических исследований на наследственные мутации рекомендовано здоровым людям, у которых злокачественные опухоли были диагностированы у близких (кровных) родственников. Сам рак не передается по наследству от родителей к детям, но, если в ДНК потомства обнаружены мутированные гены – это значительно увеличивает вероятность развития у них злокачественных новообразований.

Выявление мутированных генов у онкобольных позволит врачам назначить более эффективное лечение и предупредить рецидивы.

Генетика микробиота

Микробиота кишечника – это содружество микробов, проживающих в толстом отделе кишечника человека. Микробиота играет важную роль в пищеварении и обмене веществ, принимает участие в синтезе витаминов, защищает от ряда заболеваний.

Анализ микробиоты – метагеномный тест устанавливает соотношение, численность и видовую принадлежность разных видов бактерий, обитающих в кишечнике.

На основании результатов исследования даются индивидуальные рекомендации по изменению рациона питания для поддержания оптимального баланса микробиоты, что благотворно сказывается на состоянии здоровья.

Как расшифровать результат анализа

Нормальный хромосомный набор человека содержит 46 хромосом, 2 из которых половые – XX или XY. Поэтому нормальный хромосомный набор здорового человека обозначается:

  • 46,XY – у мужчины;
  • 46,XX – у женщины.

Для удобства каждой хромосоме присваивается определенный номер. Это нужно, чтобы в дальнейшем было понятно, где находится дефект. Длинное хромосомное плечо обозначают буквой q, а короткое – t.

Поэтому, например, дефект на 5 хромосоме у женщины обозначается 46XX5t, где 46ХХ указывает на женский хромосомный набор, а обозначение 5t говорит, что пострадало короткое плечо 5 хромосомы. Такая генетическая аномалия называется синдромом кошачьего крика. Больные дети имеют особое строение гортани, поэтому не плачут, а издают звуки, похожие на мурлыканье кошки. Заболевание сопровождается изменением черт лица и умственной отсталостью.

Лечимся

  • Лазеротерапия узлов щитовидной железы проводится с целью разрушения узла лазером. Лазерный луч нагревает локальные участки ткани и испаряет влагу из клеток. Таким образом, ткань узла «высыхает». Показания: доброкачественные узлы щитовидной железы и др.

  • Существуют различные методы борьбы с этим недугом от терапии до кодирования.

  • СРАР-терапия (СИПАП) — вид вентиляции легких путем создания постоянного положительного давления в дыхательных путях.

  • Ортезирование — вид коррекции, стабилизации и компенсации нарушений опорно- двигательной системы при помощи внешних ортопедических приспособлений.

  • Ортониксия — безоперационный метод коррекции роста ногтя внешними средствами — пластинками, — при деформации, врастании, грибковых поражениях; для лечения вросшего ногтя.

Изменения структуры хромосом

Возможны нарушения хромосомной структуры — делеции (утрата участка хромосомы), дупликации (повторение определенного участка хромосомы), инверсии (поворот участка хромосомы на 180°) и транслокации (перемещения участков хромосомы в новое положение). Установлена связь между мужским бесплодием и делециями, возникающими на Y-хромосоме, при нормальном кариотипе 46, xy. Даже наличие микроделеций на Y-хромосоме сопровождается различными нарушениями сперматогенеза.Если имеются структурные аномалии хромосомы, то в кариотипе указывается: p короткое плечо хромосомы, q — длинное плечо, t — транслокация. Например, при делеции короткого плеча хромосомы 5 женский кариотип будет выглядеть так: 46, хх, 5p- (синдром «кошачьего крика»). Мать ребёнка с синдромом Дауна, обусловленным транслокацией хромосомы 14/21, будет иметь кариотип 45, ХХ, t (14q; 21q). Измененная хромосома образуется при слиянии длинных плеч хромосомы 14 и 21, а короткие плечи теряются. В любом случае, по получению анализа необходимо обратиться к генетику, который подробно объяснит значение результатов, если в них имеются отклонения.
Если выявлена проблема у одного из родителей, генетик делает заключение о риске наследования ребенком того или иного заболевания или порока развития. Если беременность возможна, то все равно проводится исследование кариотипа плода, ведь не все пороки развития можно диагностировать при УЗИ, тем более, что это возможно в более поздние сроки. Определение кариотипа плода в клетках хориона дает возможность ранней диагностики наследственной патологии. В случае выявления порока развития плода, который не совместим с жизнью, проводится прерывание беременности в ранние сроки. В более поздние сроки беременности исследуются околоплодные воды и клетки кожи плода, которые получают при амнио- и кордоцентезе.

Что такое Х-сцепленное наследование?

Х-хромосома содержит многие из генов, которые очень важны для роста и развития организма. Y-хромосома намного
меньше по размеру и содержит меньше генов. Как известно, у женщин две Х-хромосомы (ХХ), поэтому в случае, если
одна копия гена на Х-хромосоме изменена, то нормальная копия на второй Х-хромосоме может компенсировать функцию
измененной. В этом случае женщина, как правило, является здоровой носительницей Х-сцепленного заболевания.
Носителем называют человека, у которого отсутствуют признаки заболевания, но имеется измененная копия гена. В
некоторых случаях у женщин могут присутствовать умеренно выраженные проявления заболевания.

У мужчин присутствуют одна Х и одна Y хромосомы, поэтому в случае, когда одна копия гена на Х-хромосоме
изменена, нормальная копия гена для компенсации функции отсутствует. Это означает, что такой мужчина будет болен.
Заболевания, которые наследуются вышеописанным образом, называются Х-сцепленными рецессивными. Примерами таких
заболеваний являются гемофилия, мышечная дистрофия Дюшенна и синдром фрагильной Х-хромосомы.

Число хромосом и их видовое постоянство. Соматические и половые клетки

У многоклеточных организмов клетки подразделяются на два вида:

  1. соматические;
  2. половые.

Соматическими называют все клетки тела, которые образуются в результате митоза.

Для этих клеток характерным признаком является наличие постоянного числа хромосом. Для каждого вида организмов их количество строго определено. Человек имеет 23 пары хромосом. 

Набор хромосом соматических клеток называется диплоидным (двойным). 

Половые же клетки всегда содержат уменьшенный вдвое, гаплоидный (одинарный) набор хромосом. Половые клетки также называются гаметами. 

Совокупность полного набора хромосом, присущая клеткам определённого биологического вида, отдельного организма или линии клеток называется кариотипом. 

Принято считать, что кариотип является видовой характеристикой. Но бывает и так, что он различается у особей одного вида. Пример этого отличающиеся друг от друга половые хромосомы мужских и женских организмов. У Y – хромосомы отсутствуют некоторые аллели (модификационные формы одного и того же гена, расположенные в одинаковых участках гомологичных хромосом), тогда как у Х – хромосомы они есть. Мужчины гетерогаметны, то есть несут и X –и  Y – хромосомы, в то время как женщины гомогаметны, так как их половой набор содержит только X – хромосомы.  Немаловажным фактором являются мутации, которые приводят к различным изменениям кариотипа

Важно отметить, что количество хромосом и уровень организации вида не имеют прямой зависимости. То есть, если вид имеет большое количество хромосом, это не говорит о его высокой организации

Кариотипы диплоидных клеток состоят из пар хромосом, названных гомологичными. Хромосомы одной пары называются гомологичными, они находятся в одинаковых локусах (местах расположения) и несут аллельные гены.  Одну из хромосом организм всегда получает от матери, другую от отца.

В ядрах некоторых соматических клеток количество хромосом может отличаться от их количества в соматических клетках. Встречаются полплоидные клетки, они содержат более одного гаплоидного набора хромосом и называются соответственно три-, тетраплоидные и т.д. Метаболические процессы в полиплоидных клетках протекают в разы интенсивнее. 

Хромосомы человека делятся на две группы: аутосомы (неполовые) и половые хромосомы, также называемые гетерохромосомами. В соматических клетках организма человека содержится 22 пары аутосом, которые являются одинаковыми и для мужчин и для женщин, половых же хромосом всего одна пара, эта пара и определяет пол особи. Различают два вида половых хромосом — X и Y. В половых клетках женщины содержится по две X-хромосомы, а в  половых клетках мужчин две различных хромосомы — X и Y. 

Смотри также:

  • Матричный характер реакций биосинтеза. Биосинтез белка и нуклеиновых кислот
  • Жизненный цикл клетки: интерфаза и митоз. Митоз – деление соматических клеток. Мейоз. Фазы митоза и мейоза. 
  • Развитие половых клеток у растений и животных. Деление клетки – основа роста, развития и размножения организмов. Роль мейоза и митоза

Уход

Мужчины XX бесплодны из-за неспособности производить сперму, и в настоящее время не существует лечения этого бесплодия. Неоднозначность гениталий, хотя лечение не требуется по медицинским показаниям, можно лечить с помощью гормональной терапии, хирургического вмешательства или и того, и другого. Поскольку мужской синдром XX имеет вариабельную форму проявления, специфика лечения также широко варьируется. В некоторых случаях может быть выполнена операция на гонадных железах для частичного или полного удаления женских гениталий. За этим может последовать пластическая и реконструктивная хирургия, чтобы человек казался более мужским. И наоборот, человек может пожелать стать более женственным, и можно выполнить феминизирующую генитопластику, чтобы неоднозначные гениталии казались более женскими. Гормональная терапия также может помочь сделать человека более мужским или женским.

Тестостерон

Тестостерон

В период полового созревания наиболее затронутым людям требуется лечение мужским половым гормоном тестостероном, чтобы вызвать развитие вторичных мужских половых признаков, таких как волосы на лице и снижение голоса (маскулинизация). Гормональное лечение также может помочь предотвратить увеличение груди (гинекомастию). Взрослые с этим заболеванием обычно ниже среднего роста мужчин и не могут иметь детей (бесплодие).