В этой статье мы рассмотрим информацию о хромосомных аберрациях. Анализ этого термина и его составных элементов, таких как значение, классификация, механизм, вероятные обуславливающие факторы и др., позволит читателю создать общую картину этого природного процесса.
Введение
Хромосомные аберрации – это мутационная перестройка, изменяющая структуру хромосом. В соответствии с классификацией, выделяют такие типы:
- инверсия;
- дупликация;
- мутационная перестройка;
- транслокация;
- явление дицентрической и кольцевой хромосомы, изохромосомы.
Существует понятие внутрихромосомной и межхромосомной перестройки. В первом случае изменение структуры наблюдается в пределах одной хромосомы, а в межхромосомном типе изменения происходит в разных. Среди перестроек выделяют также сбалансированный и несбалансированный типы. Последняя аберрация вызывает изменение дозового соотношения между генами и приводит к серьезному ряду отклонений.
Механизмы хромосомных аберраций во многом тесно связаны с эволюционным развитием и видообразованием живых организмов, а также занимают значимое место в нарушении фертильности, наличии некоторых наследственных болезней. Онкологические проблемы организма рассматриваются также на фоне хромосомных перестроек.
Обуславливающий фактор
Причиной аберрации хромосомы чаще всего является образование внутри клетки разрыва в цепи ДНК. При этом нарушение структуры должно наблюдаться в обеих нитевидных спиралях и лежать в пределе небольшого числа парных оснований. Двунитевое разрывание ДНК может произойти спонтанно, а также под действием определенного ряда мутационных факторов разной природы (физической, биологической и химической). Данное нарушение может наблюдаться в определенные периоды жизни клеток. К таким процессам относится первая профаза мейоза и созревание некоторых типов лимфоцитов в ходе особой рекомбинации соматического типа. Именно нарушение естественного хода этих жизненных клеточных циклов приводит к перестройке.
Явление делеции
Одним из видов хромосомных аберраций является процесс делеции. Он может быть терминальным (теряется концевой фрагмент хромосомы) и интеркалярным (утрата наблюдается на внутренних участках). Если в ходе делеции была образована центромера, то в результате митотического деления клеток она будет передана дальше в поколение дочернего организма. При этом участок, не образовавший центромеру, будет утрачен.
Конъюгация набора хромосом гомологичного типа в ходе мейоза приводит к образованию делеционной петли, компенсирующей отсутствие делетированного фрагмента. Это происходит, если имеется дефект в хромосоме. Место нарушения соответствует «площадке» интеркалярной делеции у обычных хромосом. В преобладающем количестве случаев наличие врожденных делеций вызывает гибель плода эмбриона на раннем этапе развития. Примером хромосомной аберрации при делеции является развитие синдрома кошачьего крика.
Процесс дупликации
Дупликации – это перестройки, протекающие как между хромосомами, так и внутри одной. Любое копирование хромосомного участка можно считать дупликацией. Если такой фрагмент расположен следом за участком, с которого он был дуплицирован, то это явление называют тандемной дупликацией.
Новообразованный «клон» способен образовывать хромосому малых размеров, обладающую личными теломерами. А также возможно создание центромеры. В таком случае это будет называться свободной дупликацией.
Возникновение тандемной дупликации может происходить в ходе деления клеток путем мейоза. Обуславливающим фактором является нарушение хода кроссинговера. Другой причиной служит неаллельная гомологичная рекомбинация внутри соматической клетки. Как правило, такое явление возникает в ходе репарации разрыва двух нитей ДНК.
Инверсия
Хромосомные аберрации – это перестройки структуры самой хромосомы, которые могут иметь разные последствия и причины возникновения. Еще одним видом такого явления считается инверсия.
Инверсия – это поворачивание хромосомного фрагмента на 180 градусов. Существует парацентрическая и перицентрическая инверсия. Последняя характеризуется расположением инвертированного фрагмента с обеих сторон центромеры. Парацентрическому типу свойственно залегание инвертированного элемента с одной стороны.
Инверсия чаще всего не оказывает влияния на фенотипические данные носителя. Частичная элиминация гамет и формирование половых клеток, обладающих наследственным материалом, в несбалансированном виде может наблюдаться в случае, когда инверсия у гетерозиготного организма в ходе гаметогенеза происходит на инвертированном участке.
Ход транслокации
Еще одним видом хромосомных аберраций является транслокация, которая представлена в виде перенесения фрагмента структуры от хромосомы к хромосоме. Выделяют явление реципрокной и робертсоновской транслокации.
Реципрокный тип транслокации не утрачивает наследственный материал и входит в отдел сбалансированных транслокаций. Фенотип чаще всего не изменяется. Проблема заключается в несбалансированном распределении генетических данных между гаметами. Приблизительно половина половых клеток имеет дефект, который может привести к понижению фертильности или увеличивает шанс спонтанного выкидыша. А также рожденный ребенок может обладать рядом врожденных аномалий. В зависимости от характера транслокации реципрокного типа вероятность кодировки несбалансированного кариотипа у ребенка может достичь сорока процентов.
Хромосомные аберрации у человека в результате транслокации могут привести к миелобластному лейкозу. Это заболевание возникает вследствие транслокации «филадельфийской хромосомы» (между девятой и двадцать второй хромосомами).
Робертсоновская форма транслокации – это один из самых распространенных процессов, который приводит к врожденной аномалии хромосом у людей. В соответствии со статистическими данными, приблизительно каждый тысячный новорожденный ребенок обладает хромосомой, подверженной транслокации.
Понятие изохромосом
К хромосомным аберрациям относится явление изохромосом. Эти структуры образуются посредством 2-х копий, взятых из одного хромосомного плеча. Изохромосомы взаимно связываются центромерой так, что плечи по отношению друг к другу представляются в виде зеркального «отражения». В какой-то мере изохромосома – это огромная дупликация, что была подвержена инвертированию.
Субъекты, обладающие 46 хромосомами, среди которых хотя бы одна – это изохромосома, именуются моносомиками, что обуславливается утратой гена в хромосомном плече. В случае когда у пациента изохромосома считается добавочной структурной единицей, его называют тетрасомиком. Размеры изохромосмы напрямую связаны с генетическими отклонениями и дисбалансом. Чем она меньше, тем больше вероятность выживания плода. Чаще всего встречаются образования изохромосом в плечах пятой, восьмой, двенадцатой и восемнадцатой хромосом.
Существует два предположения о причинах возникновения таких структур, как изохромосомы:
- Поперечное разделение центромер в ходе клеточного деления подвержено аномалии.
- Неправильный процесс слияния изохроматидных концов, которые были разорваны в области прицентромеры.
Взаимосвязь с мутациями
Существует широко известное явление хромосомных мутаций. Виды хромосомных аберраций тесно взаимосвязаны с ними. Мутагенное влияние способно вызывать разрыв двух нитей ДНК, приводящий к образованию перестройки в клетке. Самое хорошо изученное влияние оказывает излучение ионизирующего типа.
Карла Сакса по праву считают родоначальником цитогенетической радиационной науки. Его фундаментальные труды позволили по-новому взглянуть на взаимосвязь мутаций и перестройки. Генетика медицины обладает классификацией аберрационных проблем, возникающих в хромосомах, но радиоиндуцированные перестройки лишь частично совпадают с ними, а в большей степени обладают собственными типами. Такие процессы делятся на хромосомные и хроматидные, а те, в свою очередь, различаются по типу обмена фрагментами хромосом (простые, стабильные и нестабильные). Фаза клеточного цикла в большей степени определяет тип аберрации.
Если облучать клетки, пребывающие на стадиях G0-G1, то можно наблюдать перестройку в хромосомном виде. Самые характерные представители - это обменные аберрации, делящиеся на два типа: дицентрический и кольцевой. Они могут образовываться вследствие неверного воссоединения разрывов в двух нитях ДНК.
Хромосомы дицентрического и кольцевого типа чаще всего сопровождаются хромосомными фрагментами, не содержащими центромеру. Обменная перестройка входит в группу транслокационных аберраций. Разрыв нитей ДНК, не подвергающийся репарированию, обуславливает явление делеции хромосомы и вызывает формирование ацентрического хромосомного фрагмента, который можно отслеживать в последующем процессе митотического деления. Кольцевые дицентрики и ацентрические компоненты имеют низкий показатель шанса передачи при клеточном делении и с течением времени вовсе могут исчезнуть. Ввиду этого, их включают в раздел нестабильных перестроек хромосом. Если процесс транслокации не вызывает потерю материала генокода, то она может передаваться дочерней клетке вследствие митоза, а потому их относят к стабильным аберрациям.
Мутационные хромосомные аберрации – это изменения структуры хромосомы, обусловленные воздействием определенных факторов. Если влияние облучения приводит к появлению двунитевого разрыва ДНК в той части хромосомы, которая уже прошла процесс удвоения в ходе репликации, то чаще всего это приводит к образованию хроматидной аберрации. Самая характерная форма такой перестройки - это тетрарадиал. Он представлен неверным сочленением 2-х разрывов в обеих нитях ДНК, которые находятся в составе хроматид на отдельных хромосомах.
Методология выявления
Хромосомные аберрации – это перестройки, впервые обнаруженные у мух дрозофил. Открытие было совершено посредством генетических анализов. Иногда скрещивание видов приводило к соотношению численности потомков, которые сильно отличались между собой и не подходили под ожидаемые результаты. Это явление было объяснено при помощи аберрации в родительских хромосомах.
Наличие делеций, дупликаций и транслокаций было обнаружено К. Бриджесом (в промежуток с 1916 по 1923 гг.). Первым человеком, описавшим процесс инверсии, стал А. Стертевант, а сделал публикацию своей работы он в 1921 г.
Впервые наблюдения цитологии позволили выявить наличие перестроек при изучении политенных хромосом, взятых из желез, отвечающих за секрецию слюны у дрозофил. Аберрация митотического типа хромосом была показана гораздо позже. Цитологическая форма перестройки может выявляться в ходе первого деления мейоза, на стадии профазы.
Генетика выявляет хромосомные аберрации при помощи анализа данных, полученных посредством цитогенетических средств, предназначенных для исследований. Чаще всего изучение процессов перестройки происходит в ходе метафазы. В настоящее время самый доступный и широко известный способ цитогенетического исследования явлений, рассматриваемых в статье, представлен дифференциальной G-окраской хромосом, также его называют G-брендингом. В конце восьмидесятых годов двадцатого века выявление аберраций производилось путем применения метода флуоресцентной гибридизации. В ходе таких исследований используют особые ДНК-пробы, вводимые в отдельные хромосомные образования или их локусы.
Методика исследований дупликации и делеции, позволяющая максимально точно определить их наличие в хромосоме, заключается в сравнении геномной гибридизации с использованием препаратов метафазного ряда хромосом или особых ДНК-микрочипов.
Одним из наиболее точных методов обнаружения небольших дупликаций и делеций в настоящее время является метод сравнительной геномной гибридизации на препаратах метафазных хромосом или ДНК-микрочипах.
Подводя итоги
Теперь, рассмотрев понятие хромосомных аберраций, типы их и виды, возможные причины возникновения, способы выявления и др., мы можем утверждать следующее. К такому типу явлений относятся перестройки в структуре одной и более хромосом, которые могут приводить к негативным последствиям как для клетки, так и для целого организма. Очень часто подобный биологический процесс вызывает ряд болезней у человека или приводит к гибели. Однако иногда они не проявляются у субъекта, но могут передаваться дочернему организму. Классификация хромосомных аберраций включает в себя 5 основных форм и тесно взаимосвязана с мутациями.
Хромосомные перестройки играют огромную роль в процессах эволюции и оказывают прямое влияние на видообразование всех живых существ. Различные способы их идентификации и общее изучение позволяют человеку лучше понять суть передачи и кодировки наследственного материала, а также способы возникновения новых признаков, ведь не все перестройки ведут к летальному исходу.
