Геномные мутации синдрома моносомии по х

Мутации

Наследственная информация клетки записана в виде нуклеотидной последовательности ДНК. Существуют механизмы защиты ДНК от внешних воздействий, чтобы избежать нарушения генетической информации, однако подобные нарушения регулярно происходят, их называют мутациями.

Мутации – изменения, возникшие в генетической информации клетки, эти изменения могут иметь разный масштаб и подразделяются на виды.

Типы мутаций

Геномные мутации – изменения, касающиеся числа целых хромосом в геноме.

Хромосомные мутации – изменения, касающиеся участков внутри одной хромосомы.

Генные мутации – изменения, происходящие внутри одного гена.

Геномные мутации

В результате геномных мутаций происходит изменение числа хромосом внутри генома. Это связано с нарушением работы веретена деления, таким образом, гомологичные хромосомы не расходятся к разным полюсам клетки.

В результате одна клетка приобретает в два раза больше хромосом, чем положено (рис. 1):

Рис. 1. Геномная мутация

Гаплоидный набор хромосом остается прежним, изменяется только количество комплектов гомологичных хромосом(2n).

В природе такие мутации нередко закрепляются в потомстве, они встречаются чаще всего у растений, а также у грибов и водорослей (рис. 2).

Рис. 2. Высшие растения, грибы, водоросли

Такие организмы называются полиплоидными, полиплоидные растения могут содержать от трех до ста гаплоидных наборов. В отличие от большинства мутаций полиплоидность чаще всего приносит пользу организму, полиплоидные особи крупнее обычных. Многие культурные сорта растений являются полиплоидными (рис. 3).

Рис. 3. Полиплоидные культурные растения

Человек может вызывать полиплоидность искусственно, воздействуя на растения колхицином (рис. 4).

Рис. 4. Колхицин

Колхицин разрушает нити веретена деления и приводит к образованию полиплоидных геномов.

Иногда при делении может происходить нерасхождение в мейозе не всех, а только некоторых хромосом, такие мутации называются анеуплоидными. К примеру, для человека характерна мутация трисомия 21: в этом случае не расходится двадцать первая пара хромосом, в результате ребенок получает не две двадцать первые хромосомы, а три. Это приводит к развитию синдрома Дауна (рис. 5), в результате чего ребенок получается умственно и физически неполноценным и стерильным.

Рис. 5. Синдром Дауна

Разновидностью геномных мутаций является также разделение одной хромосомы на две и слияние двух хромосом в одну.

Хромосомные мутации

Хромосомные мутации подразделяются на виды:

— делеция – выпадение участка хромосомы (рис. 6).

Рис. 6. Делеция

— дупликация – удвоение какого-то участка хромосом (рис. 7).

Рис. 7. Дупликация

— инверсия – поворот участка хромосомы на 1800, в результате чего в этом участке гены расположены в последовательности, обратной по сравнению с нормой (рис. 8).  

Рис. 8. Инверсия

— транслокация – перемещение какого либо участка хромосомы в другое место (рис. 9).

Рис. 9. Транслокация

При делециях и дупликациях изменяется общее количество генетического материала, степень фенотипического проявления этих мутаций зависит от размеров изменяемых участков, а также от того, насколько важные гены попали в эти участки.

При инверсиях и транслокациях изменение количества генетического материала не происходит, изменяется лишь его расположение. Подобные мутации нужны эволюционно, так как мутанты часто уже не могут скрещиваться с исходными особями.

Список литературы

1. Мамонтов С.Г., Захаров В.Б., Агафонова И.Б., Сонин Н.И. Биология, 11 класс. Общая биология. Профильный уровень. – 5-е издание, стереотипное. – Дрофа, 2010.
2. Беляев Д.К. Общая биология. Базовый уровень. – 11 издание, стереотипное. – М.: Просвещение, 2012.
3. Пасечник В.В., Каменский А.А., Криксунов Е.А. Общая биология, 10-11 класс. – М.: Дрофа, 2005.
4. Агафонова И.Б., Захарова Е.Т., Сивоглазов В.И. Биология 10-11 класс. Общая биология. Базовый уровень. – 6-е изд., доп. – Дрофа, 2010. 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Интернет портал «genetics.prep74.ru» (Источник)
2. Интернет портал «shporiforall.ru» (Источник)
3. Интернет портал «licey.net» (Источник)

Домашнее задание

1. Где чаще всего встречаются геномные мутации?
2. Что такое полиплоидные организмы?
3. На какие виды подразделяются хромосомные мутации?

Моносомия относится к генетическим аномалиям, для которых характерно изменение кариотипа. В норме у человека определяется 23 хромосомы, каждая из которых имеет гомологичную пару. Если одна из них лишается своей пары, то развивается моносомия. Заболевание протекает тяжело, часто приводит к внутриутробной гибели плода. В других случаях ребенок рождается живым, но при этом наследует тяжелые врожденные изменения, которые объединяют в синдромы, самыми распространенными из которых являются синдром Шерешевского-Тернера и кошачьего крика.

Синдром Шерешевского-Тернера

Является следствием моносомии по хромосоме Х. Больные дети часто рождаются недоношенными или имеют сниженную массу тела. Одним из классических признаков синдрома Шерешевского-Тернера, который можно заметить сразу после рождения, является выраженная кожная складка на шее. Среди других клинических проявлений отмечаются:

• пороки сердца;
• отечность верхних и нижних конечностей;
• нарушение циркуляции лимфы;
• задержка речевого и физического развития.

По мере взросления ребенка проявляются характерные черты строения тела. Рост обычно не превышает 150 см, крыловидные складки на шее сохраняются, ушные раковины могут деформироваться, верхняя челюсть недоразвита, грудная клетка широкая. Моносомия по хромосоме Х влияет на развитие органов половой системы. У женщин отмечается отсутствие фолликулов в яичниках, нарушение менструального цикла, недоразвитие молочных желез. У мужчин снижается уровень тестостерона, может отсутствовать одно или оба яичка либо отмечаться их недоразвитие.

Прогноз при синдроме Шерешевского-Тернера относительно благоприятный. При отсутствии тяжелых пороков развития и регулярном наблюдении у специалиста продолжительность жизни не сокращается.

Синдром кошачьего крика

Является примером частичной моносомии. В данном случае теряется не вся хромосома из одной пары, а только определенный участок — короткое плечо 5-й хромосомы. Заболевание получило свое название из-за специфического плача, который издают новорожденные дети. Он обусловлен недоразвитием гортани и ее хрящевых компонентов. Кроме того, выявляются и другие симптомы данного вида моносомии:

• отклонение в умственном и физическом развитии;
• изменение формы головы и черт лица (недоразвитая нижняя челюсть, специфический внешний вид глаз и ушных раковин);
• недостаток массы тела;
• врожденные пороки развития (микроцефалия, пороки сердца, мышц, внутренних органов).

Как и предыдущий вид моносомии, синдром кошачьего крика характеризуется благоприятным течением при условии, что отсутствуют тяжелые пороки, которые могут стать причиной летального исхода.

Причины моносомии

Моносомия может возникать на различных стадиях клеточного деления. Например, при синдроме Шерешевского-Тернера нарушается процесс расхождения Х-хромосом. В результате в одну яйцеклетку женщины попадает две Х-хромосомы, а во вторую ни одной. Во время процесса оплодотворения зигота получает набор Х0 и Y0,- вместо нормального ХХ или XY.

Причины появления моносомии не связаны с наследственными факторами. Нарушения возникают при воздействии неблагоприятных факторов. Оказывать влияние на половые клетки могут вредные привычки, радиация, некоторые лекарственные препараты, химические вещества, неблагоприятная экологическая обстановка, вредные условия труда и т. д.

Диагностика моносомии

Выявить заболевание можно еще на этапе внутриутробного развития. Для этого всем беременным женщинам проводится скрининговое УЗИ. Если специалист выявляет нарушения развития плода, то дополнительно назначается биопсия хориона, которая позволяет получить образец ткани и определить кариотип. Таким способом можно выявить не только моносомии, но и другие генетические нарушения.

Сделать кариотипирование вы можете в медико-генетическом центре «Геномед». Здесь современное точное оборудование и опытные специалисты. Такое сочетание позволяет получить достоверные результаты, необходимые для постановки диагноза.

Геномные мутации характеризуются изменением числа хромосом. У человека известны полиплоидия (в том числе тетраплоидия и триплоидия) и анеуплоидия.

Полиплоидия — увеличение числа наборов хромосом, кратное гаплоидному (Зn, 4n, 5n и т.д.). Причины: двойное оплодотворение и отсутствие первого мейотического деления. У человека полиплоидия, а также большинство анеуплоидий приводят к формированию леталей.

Анеуплоидия — изменение (уменьшение — моносомия, увеличение — трисомия) числахромосом в диплоидном наборе, т.е. не кратное гаплоидному (2n+1, 2n-1 и т.д.). Механизмы возникновения: нерасхождение хромосом (хромосомы в анафазе отходят к одному полюсу, при этом на каждую гамету с одной лишней хромосомой приходится другая — без одной хромосомы) и «анафазное отставание» (в анафазе одна из передвигаемых хромосом отстаёт от всех других).

Трисомия — наличие трёх гомологичных хромосом в кариотипе (например, по 21-й паре, что приводит к развитию синдрома Дауна; по 18-й паре — синдрома Эдвардса; по 13-й паре — синдрома Патау).

Моносомия — наличие только одной из двух гомологичных хромосом. При моносомии по любой из аутосом нормальное развитие эмбриона невозможно. Единственная совместимая с жизнью моносомия у человека — по хромосоме X — приводит к развитию синдрома Шерешевского—Тернера (45,Х0).

Хромосомные болезни (синдромы) — это группа врожденных патологических состояний, проявляющихся аномалиями развития и обусловленных нарушениями числа или структуры соматических хромосом (аутосомные синдромы) или половых хромосом (гоносомные синдромы). Их общая частота в популяции — около 1%. В своем большинстве это спорадические случаи вследствие разнообразных хромосомных и геномных мутаций.

Синдром Шерешевского-Тернера

Синдром Шерешевского-Тернера — хромосомная болезнь, сопровождающаяся характерными аномалиями физического развития, низкорослостью и половым инфантилизмом. Характеризуется своеобразным физическим развитием и отставанием в половом развитии. Частота заболевания среди новорожденных девочек — 1 : 3000.

Этиология и патогенез

Это заболевание является следствием разнообразных отклонений в хромосомном наборе, чаще возникающих в результате нерасхождения половых хромосом у матери или отца, нарушений митотического деления оплодотворенной зиготы, отсутствия короткого плеча одной из двух Х-хромосом. Представляет моносомию по Х-хромосоме (ХО).

Четкой связи возникновения синдрома Тернера с возрастом и какими-либо заболеваниями родителей не выявлено. Однако беременности обычно осложняются токсикозом, угрозой выкидыша, а роды часто бывают преждевременными и патологическими. Нарушение формирования половых желез при синдроме Тернера обусловлено отсутствием или структурными дефектами одной половой хромосомы (X-хромосомы).

Клиника синдрома Шерешевского-Тернера

Клиника заболевания весьма разнообразна. Наиболее частым симптомом является низкий рост. Еще в детстве эти больные отстают от сверстников в физическом развитии, и к моменту полового созревания их рост составляет 130 — 145 см. Имеются данные о большой частоте синдрома Шерешевского — Тернера среди низкорослых девочек во многих странах, в частности в Японии. Вторым характерным признаком является половой инфантилизм, особенно часто проявляющийся в пубертатном периоде в виде аменореи, недоразвития половых органов и вторичных половых признаков. На месте яичников определяются тяжи.

Одно из основных проявлений— преждевременное старение, признаки которого появляются уже в 15—17 лет. Решающую роль в общих механизмах старения, по современным представлениям, принадлежит старению соединительной ткани. Многочисленные клинические и рентгенологические данные указывают на различные нарушения соединительной ткани, особенно костной системы, при хромосомных болезнях человека.

Строение тела непропорционально — длина верхней половины туловища значительно больше нижней. Уши деформированы, низко расположены. Твердое небо иногда высокое и узкое («готическое»), отмечается неправильный рост зубов. Шея широкая и короткая, наблюдается низкий рост волос. Широкие кожные складки на шее, идущие от сосцевидных отростков к плечам, придают шее типичный вид крыловидной (pterigium coli). Аномалии развития кистей выражаются в укорочении четвертых (за счет коротких пястных костей) и искривлении пятых пальцев. Пальцы стоп III, IV, V также укорочены и деформированы. Часто расстояние между I и II пальцами стоп увеличено. Отмечается стойкий отек конечностей. При синдроме Шерешевского — Тернера имеется ряд изменений со стороны внутренних органов — врожденные пороки сердца и крупных сосудов (коарктация аорты, незаращение межжелудочковой перегородки, стеноз отверстия аорты, стеноз отверстия легочного ствола), аномалии почек (подковообразная почка, двойные лоханки или мочеточники). В неврологическом статусе патологических изменений нет. Интеллект снижен крайне редко. Интеллектуальная недостаточность незначительна. Дети успешно обучаются во вспомогательной школе. Детскость в поведении своеобразно сочетается с трудолюбием, усидчивостью, тщательностью в работе.

Синдром Дауна

Синдром (болезнь) Дауна (СД) — синдром трисомии 21 — самая частая форма хромосомной патологии у человека (1:750). Цитогенетически синдром Дауна представлен простой трисомией (94% случаев), транслокационной формой (4%) или мозаицизмом (2% случаев). У мальчиков и девочек патология встречается одинаково часто.

Достоверно установлено, что дети с синдромом Дауна чаще рождаются у пожилых родителей. Если возраст матери 35-46 лет, то вероятность рождения больного ребенка возрастает до 4,1%. Возможность возникновения повторного случая заболевания в семье с трисомией хромосомы 21 составляет 1-2% (с возрастом матери риск увеличивается).