5.2. Mutații cromozomiale

Mutațiile cromozomiale sunt împărțite în două categorii: 1) mutații asociate cu modificări ale numărului de cromozomi din cariotip (uneori sunt numite și aberații numerice sau mutații genomice); 2) mutații constând în modificări ale structurii cromozomilor individuali (aberații structurale).

Modificări ale numărului de cromozomi. Ele pot fi exprimate în plus față de setul diploid inițial de cromozomi (2n) al unuia sau mai multor seturi haploide (n), ceea ce duce la apariția poliploidiei (triploidie, 3n, tetraploidie, 4n etc.). De asemenea, este posibilă adăugarea sau pierderea unuia sau mai multor cromozomi, rezultând aneuploidie (heteroploidie). Dacă aneuploidia este asociată cu pierderea unui cromozom (formula 2n-1), atunci se obișnuiește să se vorbească despre monosomie; pierderea unei perechi de cromozomi omologi (2n-2) duce la nulizomie; când se adaugă un cromozom (2n + 1) la setul diploid, apare trisomia. În cazurile în care există o creștere a setului cu doi și Mai mult cromozomii (dar mai mic decât numărul haploid), este folosit termenul „polisemie”.

Poliploidia este foarte frecventă în unele grupuri de plante. Obținerea soiurilor poliploide plante cultivate este sarcină importantă practica de reproducere, deoarece odată cu creșterea ploidiei, valoarea economică a unor astfel de plante crește (frunzele, tulpinile, semințele, fructele devin mai mari). Pe de altă parte, poliploidia este destul de rară la animalele dioice, deoarece în acest caz echilibrul dintre cromozomii sexuali și autozomi este adesea perturbat, ceea ce duce la infertilitatea indivizilor sau la letalitate (moartea organismului). La mamifere și oameni, poliploidele rezultate, de regulă, mor în stadiile incipiente ale ontogenezei.

Aneuploidia este observată la multe specii de organisme, în special la plante. Trisomia unor plante agricole au, de asemenea, un anumit valoare practică, în timp ce monosomia și nulisomia duc adesea la non-viabilitatea individului. Aneuploidiile umane sunt cauza unei patologii cromozomiale severe, care se manifestă în încălcări grave dezvoltarea individului, handicapul acestuia, care se termină adesea cu moartea timpurie a organismului într-un anumit stadiu al ontogenezei (rezultat letal). Bolile cromozomiale umane vor fi luate în considerare mai detaliat în subsecțiune. 7.2.

Cauzele poliploidiei și aneuploidiei sunt asociate cu încălcări ale divergenței complexului diploid de cromozomi (sau cromozomi ai perechilor individuale) de celule părinte în celulele fiice în timpul meiozei sau mitozei. Deci, de exemplu, dacă o persoană în timpul oogenezei are o nedisjuncție a unei perechi de autozomi ai celulei mamă cu un cariotip normal (46, XX), apoi formarea ouălor cu cariotipuri mutante 24 ,Xși 22 X. Prin urmare, atunci când astfel de ouă sunt fertilizate de spermatozoizi normali (23,X sau 23,X), pot apărea zigoți (indivizi) cu trisomie. (47,XX fie 47 ,X Y)și cu monosomie (45,XX sau 45,XY) pentru autozomul corespunzător. Pe fig. 5.1 este dat schema generala posibile încălcări oogeneza în stadiul de reproducere a celulelor diploide primare (în timpul diviziunii mitotice a oogoniei) sau în timpul maturării gameților (în timpul diviziunii meiozei), ducând la apariția zigoților triploizi (vezi Fig. 3.4). Efecte similare vor fi observate cu tulburări adecvate ale spermatogenezei.

Dacă tulburările de mai sus afectează celulele care se divide mitotic în stadiile incipiente ale dezvoltării embrionare (embriogeneză), atunci indivizii apar cu semne de mozaic (mozaic), adică. având atât celule normale (diploide), cât și celule aneuploide (sau poliploide).

În prezent, diverși agenți sunt cunoscuți, de exemplu, înalți sau temperaturi scăzute, niste substanțe chimice, numite „otrăvuri mitotice” (colchicină, heteroauxină, acenaftol etc.), care încalcă munca normala aparat de diviziune celulară la plante și animale, prevenind

finalizarea normală a procesului de segregare a cromozomilor în anafază și telofază. Cu acești agenți, conditii experimentale primesc celule poliploide și aneuploide ale diferitelor eucariote.

Modificări în structura cromozomilor (aberații structurale). Aberațiile structurale sunt rearanjamente intracromozomiale sau intercromozomiale care apar atunci când cromozomii se sparg sub influența mutagenilor. mediu inconjurator sau ca urmare a încălcărilor mecanismului de încrucișare, ducând la un schimb genetic incorect (inegal) între cromozomi omologi după „tăierea” enzimatică a situsurilor lor de conjugare.

Rearanjamentele intracromozomiale includ deleții (deficiențe), adică. pierderi secțiuni individuale cromozomi, dublări (duplicări) asociate cu dublarea anumitor secțiuni, precum și inversiuni și translocări (transpoziții) nereciproce care modifică ordinea genelor în cromozom (în grupul de legătură). Un exemplu de rearanjamente intercromozomiale sunt translocațiile reciproce (Fig. 5.2).

Delețiile și dublările pot modifica numărul de gene individuale din genotipul unui individ, ceea ce duce la un dezechilibru în relațiile lor de reglementare și corespunzătoare. manifestări fenotipice. Delețiile mari sunt de obicei letale în starea homozigotă, în timp ce ștergerile foarte mici nu sunt de cele mai multe ori. cauza directă moartea homozigoților.

Inversarea are loc ca urmare a unei rupturi complete a celor două margini ale regiunii cromozomiale, urmată de o rotire a acestei regiuni cu 180° și reunirea capetelor rupte. În funcție de faptul că centromerul este inclus sau nu în regiunea inversată a cromozomului, inversiunile sunt împărțite în pericentrice și paracentrice (vezi Fig. 5.2). Permutările rezultate în locația genelor unui cromozom individual (rearanjamente ale grupului de legătură) pot fi, de asemenea, însoțite de expresia afectată a genelor corespunzătoare.

Rearanjamentele care schimbă ordinea și (sau) conținutul locilor genici în grupurile de legătură apar și în cazul translocațiilor. Cele mai frecvente sunt translocațiile reciproce, în care există un schimb reciproc de secțiuni rupte anterior între doi cromozomi neomologi. În cazul translocației nereciproce, zona afectată se deplasează (transpoziție) în cadrul aceluiași cromozom sau în cromozomul altei perechi, dar fără schimb reciproc (reciproc) (vezi Fig. 5.2).

explicația mecanismului unor astfel de mutații. Aceste rearanjamente constau în fuziunea centrică a doi cromozomi neomologi într-unul sau în divizarea unui cromozom în două ca urmare a ruperii acestuia în regiunea centromerului. Prin urmare, astfel de rearanjamente pot duce la o modificare a numărului de cromozomi din cariotip fără a afecta total material genetic dintr-o celulă. Se crede că translocațiile robertsoniene sunt unul dintre factorii în evoluția cariotipurilor în tipuri diferite organisme eucariote.

După cum sa menționat mai devreme, pe lângă erorile din sistemul de recombinare, aberațiile structurale sunt de obicei cauzate de ruperile cromozomilor care apar sub acțiunea radiatii ionizante, unele substanțe chimice, viruși și alți agenți.

Rezultatele unui studiu experimental al mutagenilor chimici indică faptul că regiunile heterocromatice ale cromozomilor sunt cele mai sensibile la efectele lor (cel mai adesea rupturi apar în regiunea centromerului). În cazul radiațiilor ionizante, această regularitate nu este respectată.

Termeni și concepte de bază: aberaţie; aneuploidie (heteroploidie); stergere (lipsa); duplicare (duplicare); mortalitate; „otrăvuri mitotice”; monosomie; translocare nereciprocă; nulisomie; inversiune paracentrică; inversiune pericentrică; poliploidie; polisemie; translocare reciprocă; translocarea robertsoniană; transpunere; trisomie; mutatie cromozomiala.

Mutațiile cromozomiale (numite și rearanjamente, aberații) sunt cauzate de împărțire greșită celulelor și modifică structura cromozomului însuși. Cel mai adesea, acest lucru se întâmplă în mod spontan și imprevizibil sub influență factori externi. Să vorbim despre tipurile de mutații cromozomiale ale genelor și despre cauzele acestora. Vă vom spune ce este o mutație cromozomială și ce consecințe apar pentru organism ca urmare a unor astfel de modificări.

Mutație cromozomală- Aceasta este o anomalie care apare spontan cu un singur cromozom sau cu participarea mai multor dintre ei. Modificările care au avut loc sunt:

• în interiorul unui singur cromozom, se numesc intracromozomiale;
• intercromozomiale, când cromozomii individuali schimbă anumite fragmente între ele.

Ce se poate întâmpla cu purtătorul de informații în primul caz? Ca urmare a pierderii unei regiuni cromozomiale, are loc o încălcare a embriogenezei și apar diferite anomalii, ducând la subdezvoltarea psihică a copilului sau la deformări fizice (defecte cardiace, o încălcare a structurii laringelui și a altor organe). Dacă apare o rupere cromozomală, după care fragmentul rupt este construit în locul său, dar deja răsturnat cu 180 ° - se vorbește despre inversare. Ordinea genelor se schimbă. O altă mutație intracromozomială este o duplicare. În procesul său, o porțiune a cromozomului este dublată sau este dublată de mai multe ori, ceea ce duce la multiple defecte la nivelul mental și dezvoltarea fizică.

Dacă doi cromozomi schimbă fragmente, fenomenul se numește „translocare reciprocă”. Dacă un fragment al unui cromozom este inserat în altul, aceasta se numește „translocare non-reciprocă”. „Fuziunea centrală” este legătura dintre o pereche de cromozomi în regiunea centromerilor lor cu pierderea regiunilor învecinate. Cu o mutație sub forma unui gol transversal cromozomii adiacenți se numesc izocromozomi. Astfel de schimbări nu manifestări externe la descendenții născuți, dar îl face un purtător de cromozomi anormali, care pot afecta apariția anomaliilor în generațiile viitoare. Toate tipurile de mutații cromozomiale sunt fixate în gene și sunt moștenite.

Principalele cauze ale mutațiilor cromozomiale

Cauzele exacte ale mutațiilor cromozomiale nu poate fi determinată într-un caz anume. În general, mutațiile ADN sunt un instrument selecție naturalăși o condiție sine qua non pentru evoluție. Ele pot avea un neutru pozitiv sau sens negativși sunt moștenite. Toți mutagenii care pot duce la modificări ale cromozomilor sunt de obicei împărțiți în 3 tipuri:

• biologic (bacterii, virusuri);
• chimice (săruri metale grele, fenoli, alcooli și alte substanțe chimice);
• fizice (radioactive și radiații ultraviolete, prea scăzut și temperaturi mari, câmp electromagnetic).

Pot apărea și rearanjamente cromozomiale spontane, fără influența factorilor agravanți, dar astfel de cazuri sunt extrem de rare. Acest lucru se întâmplă sub influența internă și conditii externe(așa-numita presiune mutațională a mediului). O astfel de aleatorie duce la o schimbare a genelor și la noua lor distribuție în genom. Viabilitatea ulterioară a organismelor cu modificările rezultate este determinată de capacitatea de a se adapta la supraviețuire, care face parte din selecția naturală. Pentru o persoană, de exemplu, procesele de mutație devin adesea o sursă de diferite boli ereditare, uneori incompatibile cu viața.

Care este diferența dintre mutațiile genice, genomice și cromozomiale

Mutațiile cromozomilor, genelor și genomului sunt adesea asociate între ele. O mutație se numește genă. care apar în interiorul genei, cromozomiale - în interiorul cromozomului. Mutațiile care modifică numărul de cromozomi se numesc mutații genomice.

Aceste schimbări sunt combinate în concept general„anomalii cromozomiale”, au clasificare generala, care le împarte în aneuploidie și poliploidie.

În total, aproximativ o mie de anomalii cromozomiale și genomice sunt cunoscute științei, inclusiv diferite sindroame (aproximativ 300 de specii). Acestea sunt boli cromozomiale. (un prim exemplu- sindromul Down), și patologii intrauterine care duc la avorturi spontane și boli somatice.

Boli cromozomiale

Se vorbeste despre manifestarea lor atunci cand sunt depistate boli congenitale grave determinate genetic, manifestate prin malformatii congenitale. Astfel de boli mărturisesc cele mai extinse modificări care au avut loc în ADN.

Eșecul poate apărea în orice stadiu, chiar și în momentul concepției, cu fuziunea celulelor parentale normale. Oamenii de știință nu au reușit încă să influențeze acest mecanism și să-l prevină. Această întrebare nu a fost studiată pe deplin.

Pentru oameni, mutațiile cromozomiale sunt mai frecvente caracter negativ, care se manifestă prin apariția avorturilor spontane, a nașterilor morti, manifestarea deformărilor și abaterilor intelectului, apariția unor tumori determinate genetic. Toate astfel de boli împărțit condiționat în 2 grupe:

Pot fi vindecate sau prevenite anomaliile cromozomiale?

În viitor, știința stabilește sarcina de a învăța cum să interfereze cu structura celulelor și să schimbe ADN-ul uman dacă este necesar, dar în momentul actual acest lucru este imposibil. Ca atare, nu există tratament pentru bolile cromozomiale; au fost dezvoltate doar metode de diagnostic perinatal (examenul prenatal al fătului). Folosind această metodă, este posibil să se identifice sindroamele Down și Edwards, precum și malformațiile congenitale ale organelor unui copil nenăscut.

Conform examinării, medicul, împreună cu părinții, decide prelungirea sau întreruperea sarcinii curente. Dacă patologia sugerează posibilitatea intervenției, fătul poate fi reabilitat chiar și în stadiul de dezvoltare intrauterină, inclusiv o operație care elimină defectul.

Viitorii părinți în etapa de planificare a sarcinii pot vizita un consult genetic, care există aproape în fiecare oraș. Acest lucru este necesar mai ales dacă există rude în familia unuia sau a ambilor cu boli ereditare severe. Geneticianul își va compila pedigree-ul și va recomanda un studiu - un set complet de cromozomi.

Medicii cred că o astfel de analiză a genelor este necesară pentru fiecare cuplu care planifică apariția unui copil. Aceasta este o metodă ieftină, universală și rapidă, care vă permite să determinați prezența majorității bolilor cromozomiale de orice tip. Viitorii părinți tot ce trebuie să faci este să donezi sânge. Cei care au deja un copil cu o boală genetică în familie trebuie să facă acest lucru în fara esecînainte de re-sarcina.

Variabilitatea mutațională apare în cazul apariției mutațiilor - modificări persistente ale genotipului (adică moleculele de ADN), care pot afecta cromozomi întregi, părți ale acestora sau gene individuale.

Mutațiile pot fi benefice, dăunătoare sau neutre. Conform clasificării moderne, mutațiile sunt de obicei împărțite în următoarele grupuri.

1. Mutații genomice asociat cu o modificare a numărului de cromozomi. De interes deosebit este POLIPLOIDIA - o creștere multiplă a numărului de cromozomi, adică. în loc de un set de cromozomi 2n, apare un set de 3n,4n,5n sau mai mult. Apariția poliploidiei este asociată cu o încălcare a mecanismului diviziunii celulare. În special, nedisjuncția cromozomilor omologi în timpul primei diviziuni a meiozei duce la apariția gameților cu un set 2n de cromozomi.

Poliploidia este răspândită la plante și mult mai rar la animale (viermi rotunzi, viermi de mătase, unii amfibieni). Organismele poliploide tind să fie mai multe marime mare, sinteza îmbunătățită a substanțelor organice, ceea ce le face deosebit de valoroase pentru munca de reproducere.

O modificare a numărului de cromozomi asociată cu adăugarea sau pierderea cromozomilor individuali se numește aneuploidie. O mutație aneuploidă poate fi scrisă ca 2n-1, 2n+1, 2n-2 etc. Aneuploidia este caracteristică tuturor animalelor și plantelor. La om, o serie de boli sunt asociate cu aneuploidie. De exemplu, boala Down este asociată cu prezența cromozom suplimentarîn a 21-a pereche.

2. Mutații cromozomiale - aceasta este o rearanjare a cromozomilor, o schimbare a structurii lor. Secțiuni separate de cromozomi pot fi pierdute, dublate, își pot schimba poziția.

Schematic, aceasta poate fi prezentată după cum urmează:

Ordinea normală a genelor ABCDE

Dublarea ABBCDE a unui segment al unui cromozom

Pierderea ABDE a unei secțiuni

ABEDC viraj de 180 de grade

Schimbul regiunii ABCFG cu cromozomul neomologul

La fel ca mutațiile genomice, mutațiile cromozomiale joacă un rol rol imensîn procesele evolutive.

3. Mutații genetice asociat cu o modificare a compoziției sau secvenței nucleotidelor ADN din interiorul unei gene. Mutațiile genice sunt cele mai importante dintre toate categoriile de mutații.

Sinteza proteinelor se bazează pe corespondența dintre aranjarea nucleotidelor dintr-o genă și ordinea aminoacizilor dintr-o moleculă de proteină. Apariția mutațiilor genelor (modificări în compoziția și secvența nucleotidelor) modifică compoziția proteinelor enzimatice corespunzătoare și, ca urmare, duce la modificări fenotipice. Mutațiile pot afecta toate caracteristicile morfologiei, fiziologiei și biochimiei organismelor. Multe boli ereditare umane sunt cauzate și de mutații genetice.

Mutațiile în condiții naturale sunt rare - o mutație a unei anumite gene la 1000-100000 de celule. Dar procesul de mutație continuă în mod constant, există o acumulare constantă de mutații în genotipuri. Și dacă luăm în considerare faptul că numărul de gene din organism este mare, atunci putem spune că în genotipurile tuturor organismelor vii există un număr semnificativ de mutații genetice.

Mutațiile sunt cele mai mari factor biologic, provocând o uriașă variabilitate ereditară a organismelor, care oferă material pentru evoluție.

Mutațiile pot fi cauzate de tulburări naturaleîn metabolismul celular (mutații spontane) și acțiunea diverși factori mediu (mutații induse). Factorii care provoacă mutații sunt numiți mutageni. Mutagenii pot fi factori fizici- radiații, temperatură.... Mutagenii biologici includ viruși capabili să transfere gene între organisme din grupuri sistematice nu numai apropiate, ci și îndepărtate.

Activitatea economică umană a adus o cantitate imensă de mutageni în biosferă.

Majoritatea mutațiilor sunt nefavorabile pentru viața unui individ, dar uneori apar mutații care pot fi de interes pentru oamenii de știință în creștere. În prezent, au fost dezvoltate metode de mutageneză direcționată.

1. După natura modificării fenotipului, mutațiile pot fi biochimice, fiziologice, anatomice și morfologice.

2. După gradul de adaptabilitate, mutațiile se împart în benefice și dăunătoare. Nociv - poate fi letal și poate provoca moartea organismului chiar și în dezvoltarea embrionară.

Mai des, mutațiile sunt dăunătoare, deoarece trăsăturile sunt în mod normal rezultatul selecției și adaptează organismul la mediul său. Mutația schimbă întotdeauna adaptarea. Gradul de utilitate sau inutilitate este determinat de timp. Dacă o mutație permite unui organism să se adapteze mai bine, dă noua sansa supraviețuiește, este „cules” prin selecție și fixat în populație.

3. Mutațiile sunt directe și inverse. Acestea din urmă sunt mult mai puțin frecvente. De obicei, o mutație directă este asociată cu un defect al funcției genei. Probabilitatea unei mutații secundare în direcția opusă în același punct este foarte mică, alte gene mută mai des.

Mutațiile sunt mai des recesive, deoarece cele dominante apar imediat și sunt ușor „respinse” prin selecție.

4. În funcție de natura modificării genotipului, mutațiile sunt împărțite în gene, cromozomiale și genomice.

Mutații gene sau punctuale - o modificare a unei nucleotide într-o genă dintr-o moleculă de ADN, care duce la formarea unei gene anormale și, în consecință, la o structură anormală a proteinei și la dezvoltarea unei trăsături anormale. O mutație genetică este rezultatul unei „greșeli” în replicarea ADN-ului.

Rezultatul unei mutații genetice la om sunt boli precum anemia cu celule secera, fenilcetonuria, daltonismul, hemofilia. Ca urmare a unei mutații genice, apar noi alele ale genelor, ceea ce este important pentru procesul evolutiv.

Mutații cromozomiale - modificări ale structurii cromozomilor, rearanjamente cromozomiale. Se pot distinge principalele tipuri de mutații cromozomiale:

a) deletie - pierderea unui segment de cromozom;

b) translocare - transferul unei părți a cromozomilor într-un alt cromozom neomolog, ca urmare - o schimbare a grupului de legătură al genelor;

c) inversare - rotația unui segment de cromozom cu 180 °;

d) duplicarea - dublarea genelor în Zona specifica cromozomii.

Mutațiile cromozomiale duc la o schimbare în funcționarea genelor și sunt importante în evoluția unei specii.

Mutații genomice - modificări ale numărului de cromozomi dintr-o celulă, apariția unui extra sau pierderea unui cromozom ca urmare a unei încălcări a meiozei. O creștere multiplă a numărului de cromozomi se numește poliploidie (3n, 4/r etc.). Acest tip de mutație este frecvent la plante. Multe plante cultivate sunt poliploide în raport cu strămoșii lor sălbatici. O creștere a cromozomilor cu unul sau doi la animale duce la anomalii în dezvoltarea sau moartea organismului. Exemplu: Sindromul Down la om - trisomie pentru a 21-a pereche, în total există 47 de cromozomi într-o celulă. Mutațiile pot fi obținute artificial cu ajutorul radiațiilor, razelor X, ultravioletelor, agenților chimici și expunerii termice.

Legea seriei omologice N.I. Vavilov. Biologul rus N.I. Vavilov a stabilit natura apariției mutațiilor la specii strâns înrudite: „Genurile și speciile apropiate genetic sunt caracterizate de serii similare de variabilitate ereditară cu o asemenea regularitate încât, cunoscând numărul de forme din cadrul aceleiași specii, se poate prevedea apariția. forme paralele la alte specii şi genuri.

Descoperirea legii a facilitat căutarea abaterilor ereditare. Cunoscând variabilitatea și mutațiile la o specie, se poate prevedea posibilitatea apariției lor la speciile înrudite, ceea ce este important în reproducere.



Această broșură conține informații despre ceea ce este anomalii cromozomiale cum pot fi moștenite și ce probleme pot fi asociate cu acestea. Această broșură nu poate înlocui conversația cu medicul dumneavoastră, dar vă poate ajuta să discutați preocupările dumneavoastră.

Pentru a înțelege mai bine ce sunt tulburările cromozomiale, va fi util să știți mai întâi ce sunt genele și cromozomii.

Ce sunt genele și cromozomii?

Corpul nostru este format din milioane de celule. Majoritatea celulelor conțin un set complet de gene. Oamenii au mii de gene. Genele pot fi comparate cu instrucțiunile care sunt folosite pentru a controla creșterea și a coordona activitatea întregului organism. Genele sunt responsabile pentru multe trăsături ale corpului nostru, cum ar fi culoarea ochilor, grupa de sânge sau înălțimea.

Genele sunt localizate pe structuri asemănătoare firului numite cromozomi. În mod normal, majoritatea celulelor corpului conțin 46 de cromozomi. Cromozomii ne sunt transmise de la părinți - 23 de la mama și 23 de la tata, așa că arătăm adesea ca părinții noștri. Deci avem două seturi de 23 de cromozomi sau 23 de perechi de cromozomi. Deoarece genele sunt localizate pe cromozomi, moștenim două copii ale fiecărei gene, câte o copie de la fiecare părinte. Cromozomii (și, prin urmare, genele) sunt formați din component chimic numit ADN.

Figura 1: Gene, cromozomi și ADN

Cromozomii (vezi Figura 2), numerotați de la 1 la 22, sunt aceiași la bărbați și femele. Astfel de cromozomi se numesc autozomi. Cromozomii celei de-a 23-a perechi sunt diferiți la femei și la bărbați și se numesc cromozomi sexuali. Există 2 variante de cromozomi sexuali: cromozomul X și cromozomul Y. În mod normal, femeile au doi cromozomi X (XX), unul dintre ei se transmite de la mamă, celălalt de la tată. În mod normal, bărbații au un cromozom X și un cromozom Y (XY), cromozomul X moștenit de la mamă și cromozomul Y de la tată. Deci, în Figura 2, sunt prezentați cromozomii masculini, deoarece ultima pereche, a 23-a, este reprezentată de combinația XY.

Figura 2: 23 de perechi de cromozomi distribuite după mărime; cromozomul numărul 1 este cel mai mare. Ultimii doi cromozomi sunt cromozomii sexuali.

Modificări cromozomiale

Setul corect de cromozomi este foarte important pentru dezvoltarea umană normală. Acest lucru se datorează faptului că genele care dau „instrucțiuni de acțiune” celulelor corpului nostru sunt localizate pe cromozomi. Orice modificare a numărului, mărimii sau structurii cromozomilor noștri ar putea însemna o schimbare a numărului sau secvenței informatii genetice. Astfel de schimbări pot duce la dificultăți de învățare, întârzieri în dezvoltare și alte probleme de sănătate la copil.

Modificările cromozomiale pot fi moștenite de la părinți. Cel mai adesea, modificările cromozomiale apar în stadiul formării ovulelor sau spermatozoizilor sau în timpul fertilizării (mutații care apar nou, sau mutații de novo). Aceste schimbări nu pot fi controlate.

Există două tipuri principale de modificări cromozomiale. Modificarea numărului de cromozomi. Cu o astfel de schimbare, există o creștere sau o scădere a numărului de copii ale oricărui cromozom. Modificarea structurii cromozomilor. Cu o astfel de schimbare, materialul oricărui cromozom este deteriorat sau secvența genelor este schimbată. Poate apariția suplimentară sau pierderea unei părți a materialului cromozomial original.

În această broșură, ne vom uita la ștergerile cromozomiale, dublările, inserțiile, inversiunile și cromozomii inel. Dacă sunteți interesat de informații despre translocațiile cromozomiale, vă rugăm să consultați broșura „Translocații cromozomiale”.

Modificarea numărului de cromozomi.

În mod normal, fiecare celulă umană conține 46 de cromozomi. Cu toate acestea, uneori un copil se naște cu mai mulți sau cu mai puțini cromozomi. În acest caz, există, respectiv, fie un exces, fie un număr insuficient de gene necesare pentru reglarea creșterii și dezvoltării organismului.

Unul dintre cele mai comune exemple boala genetica cauzată de un număr în exces de cromozomi este sindromul Down. În celulele persoanelor cu această boală, există 47 de cromozomi în loc de cei 46 obișnuiți, deoarece există trei copii ale celui de-al 21-lea cromozom în loc de două. Alte exemple de boli cauzate de un număr în exces de cromozomi sunt sindroamele Edwards și Patau.

Figura 3: Cromozomii unei fete (ultima pereche de cromozomi XX) cu sindrom Down. Trei copii ale cromozomului 21 sunt vizibile în loc de două.

Modificarea structurii cromozomilor.

Modificările în structura cromozomilor apar atunci când materialul unui anumit cromozom este deteriorat sau secvența genelor este schimbată. Modificările structurale includ, de asemenea, un exces sau o pierdere a unei părți a materialului cromozomial. Acest lucru se poate întâmpla în mai multe moduri, descrise mai jos.

Modificările în structura cromozomilor pot fi foarte mici și poate fi dificil pentru specialiștii din laboratoare să le detecteze. Cu toate acestea, chiar dacă schimbare structurală descoperit, este adesea dificil de prezis impactul acestei schimbări asupra sănătății unui anumit copil. Acest lucru poate fi frustrant pentru părinții care doresc informații complete despre viitorul copilului lor.

Translocări

Dacă doriți să aflați mai multe despre translocații, vă rugăm să consultați Broșura Translocații cromozomiale.

Ștergeri

Termenul „deleție cromozomială” înseamnă că o parte a cromozomului lipsește sau este scurtată. O ștergere se poate întâmpla pe orice cromozom și în orice parte a cromozomului. Ștergerea poate fi de orice dimensiune. Dacă materialul (genele) pierdut în timpul ștergerii conținut Informații importante pentru organism, copilul poate avea dificultăți de învățare, întârziere în dezvoltare și alte probleme de sănătate. Severitatea acestor manifestări depinde de mărimea părții pierdute și de localizarea în cromozom. Un exemplu de astfel de boală este sindromul Joubert.

Duplicări

Termenul „dublare cromozomială” înseamnă că o parte a cromozomului este dublată și, din această cauză, apare un exces de informații genetice. Acest exces de material cromozomial înseamnă că și corpul devine număr mare„instrucțiuni” și acest lucru poate duce la dificultăți de învățare, întârzieri de dezvoltare și alte probleme de sănătate la copil. Un exemplu de boală cauzată de o dublare a unei porțiuni de material cromozomial este neuropatia senzorială motorie de tip IA.

Inserții

Inserția cromozomală (inserție) înseamnă că o parte din materialul cromozomului a fost „deplasată” pe același cromozom sau pe alt cromozom. Dacă cantitatea totală de material cromozomial nu s-a schimbat, atunci o astfel de persoană este de obicei sănătoasă. Cu toate acestea, dacă o astfel de mișcare duce la o modificare a cantității de material cromozomial, atunci persoana poate întâmpina dificultăți de învățare, întârziere în dezvoltare și alte probleme de sănătate pentru copil.

Cromozomi inel

Termenul „cromozom inel” înseamnă că capetele cromozomului s-au unit, iar cromozomul a căpătat forma unui inel (în mod normal, cromozomii umani au o structură liniară). Acest lucru se întâmplă de obicei atunci când ambele capete ale aceluiași cromozom sunt scurtate. Capetele rămase ale cromozomului devin „lipicioase” și se unesc pentru a forma un „inel”. Consecințele formării cromozomilor inel pentru un organism depind de mărimea delețiilor de la capetele cromozomului.

Inversiunile

Inversia cromozomală înseamnă o modificare a cromozomului în care o parte a cromozomului este desfășurată, iar genele din această regiune sunt situate în ordine inversă. În cele mai multe cazuri, purtătorul inversiunii este sănătos.

Dacă un părinte are o rearanjare cromozomială neobișnuită, cum ar putea afecta acest lucru copilul?

Există mai multe rezultate posibile ale fiecărei sarcini:

• Un copil poate obține un set complet normal de cromozomi.
• Un copil poate moșteni aceeași rearanjare cromozomială pe care o are părintele.
• Copilul poate avea dificultăți de învățare, întârzieri de dezvoltare sau alte probleme de sănătate.
• Avortul spontan este posibil.

Astfel, copiii sănătoși se pot naște dintr-un purtător al unei rearanjamente cromozomiale și, în multe cazuri, exact așa se întâmplă. Deoarece fiecare reconstrucție este unică, dvs situație specifică ar trebui discutat cu un genetician. Se întâmplă adesea ca un copil să se nască cu o rearanjare cromozomială, în ciuda faptului că setul de cromozomi al părinților este normal. Astfel de rearanjamente sunt numite nou apărute sau emergente „de novo” (de la cuvânt latin). În aceste cazuri, riscul de renaștere a unui copil cu o rearanjare cromozomială la aceiași părinți este foarte mic.

Diagnosticul rearanjamentelor cromozomiale

Este posibil să se efectueze o analiză genetică pentru a identifica purtarea unei rearanjamente cromozomiale. Se prelevează o probă de sânge pentru analiză, iar celulele sanguine sunt examinate într-un laborator specializat pentru a detecta rearanjamente cromozomiale. Această analiză se numește cariotip. De asemenea, este posibil să se efectueze un test în timpul sarcinii pentru a evalua cromozomii fătului. O astfel de analiză se numește diagnostic prenatal și această problemă ar trebui discutată cu un genetician. Mai mult informatii detaliate pe această temă este prezentată în broșurile „Biopsia vilozităților coriale” și „Amniocenteza”.

Cum îi afectează pe alți membri ai familiei

Dacă se găsește o rearanjare cromozomială la unul dintre membrii familiei, poate doriți să discutați această problemă cu alți membri ai familiei. Acest lucru va permite altor rude, dacă se dorește, să fie supuse unei examinări (analiza cromozomilor din celulele sanguine) pentru a determina transportul unei rearanjamente cromozomiale. Acest lucru poate fi deosebit de important pentru rudele care au deja copii sau care plănuiesc o sarcină. Dacă nu sunt purtători ai unei rearanjamente cromozomiale, nu o pot transmite copiilor lor. Dacă sunt purtători, li se poate cere să fie examinați în timpul sarcinii pentru a analiza cromozomii fetali.

Unii oameni le este dificil să discute problemele de rearanjare cromozomială cu membrii familiei. S-ar putea să le fie frică să deranjeze membrii familiei. În unele familii, oamenii întâmpină dificultăți în comunicare din această cauză și își pierd înțelegerea reciprocă cu rudele. Geneticienii au de obicei experiență grozavăîn a face față unor situații familiale similare și vă poate ajuta să discutați problema cu alți membri ai familiei.

Ce este important de reținut

• Rearanjarea cromozomală poate fi fie moștenită de la părinți, fie poate apărea în timpul fertilizării.
• Perestroika nu poate fi corectată - rămâne pe viață.
• Restructurarea nu este contagioasă, de exemplu, purtătorul său poate fi un donator de sânge.
• Oamenii se simt adesea vinovați de faptul că familia lor are o problemă precum rearanjarea cromozomială. Este important să ne amintim că aceasta nu este vina nimănui sau o consecință a acțiunilor cuiva.
• Majoritatea purtătorilor de rearanjamente echilibrate pot avea copii sănătoși.

Așteptarea nașterii unui copil este cel mai mult timp frumos pentru parinti, dar si cei mai rai. Mulți sunt îngrijorați că copilul se poate naște cu un fel de handicap, dizabilități fizice sau mentale.

Știința nu stă pe loc, este posibil să verificăm copilul pentru anomalii de dezvoltare la scurt timp în sarcină. Aproape toate aceste teste pot arăta dacă totul este în regulă cu copilul.

De ce se întâmplă ca din aceiași părinți să se nască copii complet diferiți - copil sanatos si un copil cu dizabilitati? Este determinat de gene. La nașterea unui copil subdezvoltat sau a unui copil cu dizabilități fizice, mutații genetice asociate cu modificări ale structurii ADN-ului. Să vorbim despre asta mai detaliat. Luați în considerare cum se întâmplă acest lucru, ce mutații genetice sunt și cauzele acestora.

Ce sunt mutațiile?

Mutațiile sunt modificări fiziologice și biologice ale celulelor din structura ADN-ului. Motivul poate fi radiațiile (în timpul sarcinii, nu puteți lua radiografii, pentru prezența leziunilor și fracturilor), raze ultraviolete(expunerea lungă la soare în timpul sarcinii sau într-o cameră cu lămpile aprinse lumină ultravioletă). De asemenea, astfel de mutații pot fi moștenite de la strămoși. Toate sunt împărțite în tipuri.

Mutații genetice cu modificarea structurii cromozomilor sau a numărului acestora

Acestea sunt mutații în care structura și numărul de cromozomi sunt modificate. Regiunile cromozomiale pot cădea sau se pot dubla, se pot muta într-o zonă neomoloagă, se pot întoarce la o sută optzeci de grade față de normă.

Motivele apariției unei astfel de mutații sunt o încălcare în crossover.

Mutațiile genetice sunt asociate cu o modificare a structurii cromozomilor sau a numărului acestora, ele sunt cauza unor tulburări și boli grave la un copil. Astfel de boli sunt incurabile.

Tipuri de mutații cromozomiale

În total, se disting două tipuri de mutații cromozomiale de bază: numerice și structurale. Aneuploidiile sunt tipuri în funcție de numărul de cromozomi, adică atunci când mutațiile genice sunt asociate cu o modificare a numărului de cromozomi. Aceasta este apariția unuia suplimentar sau a mai multor dintre acestea din urmă, pierderea oricăruia dintre ele.

Mutațiile genelor sunt asociate cu o modificare a structurii în cazul în care cromozomii se sparg și apoi se reunesc, încălcând configurația normală.

Tipuri de cromozomi numerici

În funcție de numărul de cromozomi, mutațiile sunt împărțite în aneuploidie, adică specii. Luați în considerare cele principale, aflați diferența.

• trisomie

Trisomia este apariția unui cromozom suplimentar în cariotip. Cea mai frecventă apariție este apariția cromozomului douăzeci și unu. Devine cauza sindromului Down sau, cum se mai numește această boală, trisomia celui de-al douăzeci și unu de cromozom.

Sindromul Patau este depistat pe al treisprezecelea, iar pe cromozomul al optsprezecelea sunt diagnosticati.Toate acestea sunt trisomii autosomale. Alte trisomii nu sunt viabile, mor în uter și se pierd în avorturi spontane. Acei indivizi care au cromozomi sexuali suplimentari (X, Y) sunt viabili. Manifestare clinică aceste mutații sunt foarte puține.

Mutațiile genetice asociate cu o schimbare a numărului apar din anumite motive. Trisomia apare cel mai adesea în timpul divergenței în anafaza (meioza 1). Rezultatul acestei discrepanțe este că ambii cromozomi se încadrează doar în unul dintre cei doi celule fiice, al doilea este gol.

Mai rar, poate apărea nedisjuncția cromozomilor. Acest fenomen se numește o încălcare a divergenței cromatidelor surori. Apare în meioza 2. Acesta este exact cazul când doi cromozomi complet identici se găsesc într-un singur gamet, determinând un zigot trisomic. Nondisjuncția apare în stadiile incipiente ale procesului de scindare a unui ovul care a fost fertilizat. Astfel, apare o clonă de celule mutante, care poate acoperi o mare sau o parte mai mica tesaturi. Uneori se manifestă clinic.

Mulți asociază cromozomul douăzeci și unu cu vârsta unei femei însărcinate, dar acest factor depinde de astăzi nu are o confirmare fără echivoc. Motivele pentru care cromozomii nu se separă rămân necunoscute.

• monosomie

Monozomia este absența oricăruia dintre autozomi. Dacă se întâmplă acest lucru, atunci în cele mai multe cazuri fătul nu poate fi suportat, are loc nașterea prematură întâlniri timpurii. Excepția este monosomia datorată cromozomului douăzeci și unu. Motivul pentru care apare monosomia poate fi atât nedisjuncția cromozomilor, cât și pierderea unui cromozom în timpul călătoriei sale în anafaza către celulă.

Pentru cromozomii sexuali, monosomia duce la formarea unui făt cu un cariotip XO. Manifestarea clinică a unui astfel de cariotip este sindromul Turner. În optzeci la sută din cazuri din o sută, apariția monosomiei pe cromozomul X se datorează unei încălcări a meiozei tatălui copilului. Acest lucru se datorează nedisjuncției cromozomilor X și Y. Practic, un făt cu un cariotip XO moare în uter.

În funcție de cromozomii sexuali, trisomia este împărțită în trei tipuri: 47 XXY, 47 XXX, 47 XYY. este trisomia 47XXY. Cu un astfel de cariotip, șansele de a purta un copil sunt împărțite între cincizeci și cincizeci. Cauza acestui sindrom poate fi nedisjuncția cromozomilor X sau nedisjuncția X și Y a spermatogenezei. Al doilea și al treilea cariotip pot apărea doar la una din o mie de gravide, practic nu se manifestă și în majoritatea cazurilor sunt descoperite de specialiști destul de întâmplător.

• poliploidie

Acestea sunt mutații genetice asociate cu o modificare a setului haploid de cromozomi. Aceste seturi pot fi triplate sau cvadruplicate. Triploidia este cel mai adesea diagnosticată numai atunci când a avut loc un avort spontan. Au fost mai multe cazuri când mama a reușit să poarte un astfel de copil, dar toți au murit înainte de a împlini chiar și o lună. Mecanismele mutațiilor genetice în cazul triplodiei sunt determinate de divergența completă și nedivergența tuturor seturilor de cromozomi ale celulelor germinale feminine sau masculine. De asemenea, o fertilizare dublă a unui ovul poate servi drept mecanism. În acest caz, placenta degenerează. O astfel de renaștere se numește derapaj chistic. De regulă, astfel de modificări duc la dezvoltarea tulburărilor mentale și fiziologice la copil, întreruperea sarcinii.

Ce mutații genetice sunt asociate cu o modificare a structurii cromozomilor

Modificările structurale ale cromozomilor sunt rezultatul rupturii (distrugerii) cromozomului. Drept urmare, acești cromozomi sunt conectați, încălcându-și aspectul anterior. Aceste modificări pot fi dezechilibrate și echilibrate. Echilibrate nu au exces sau lipsă de material, deci nu apar. Ele pot apărea numai dacă a existat o genă care este importantă funcțional la locul distrugerii cromozomului. Un set echilibrat poate avea gameți dezechilibrati. Drept urmare, fertilizarea oului cu un astfel de gamet poate provoca apariția unui făt cu un set de cromozomi dezechilibrat. Cu un astfel de set, fătul se dezvoltă întreaga linie apar malformații, apar tipuri severe de patologie.

Tipuri de modificări structurale

Mutațiile genelor apar la nivelul formării gameților. Este imposibil să previi acest proces, la fel cum este imposibil să știi cu siguranță că se poate întâmpla. Există mai multe tipuri de modificări structurale.

• stergeri

Această modificare este asociată cu pierderea unei părți a cromozomului. După o astfel de pauză, cromozomul devine mai scurt, iar partea sa ruptă se pierde în timpul diviziunii celulare ulterioare. Delețiile interstițiale sunt cazul când un cromozom se rupe în mai multe locuri simultan. Astfel de cromozomi creează de obicei un făt neviabil. Dar există și cazuri când bebelușii au supraviețuit, dar din cauza unui astfel de set de cromozomi, aceștia au avut sindromul Wolf-Hirshhorn, „plânsul pisicii”.

• dublari

Aceste mutații genice apar la nivelul organizării secțiunilor de ADN dublate. Practic, duplicarea nu poate provoca astfel de patologii care provoacă ștergeri.

• translocatii

Translocarea are loc ca urmare a transferului de material genetic de la un cromozom la altul. Dacă o rupere are loc simultan în mai mulți cromozomi și aceștia fac schimb de segmente, atunci aceasta determină o translocare reciprocă. Cariotipul unei astfel de translocații are doar patruzeci și șase de cromozomi. Translocarea în sine este dezvăluită numai când analiză detaliatăși studiul cromozomului.

Modificarea secvenței de nucleotide

Mutațiile genelor sunt asociate cu o schimbare a secvenței nucleotidelor, atunci când sunt exprimate într-o modificare a structurilor anumitor secțiuni ale ADN-ului. În funcție de consecințe, astfel de mutații sunt împărțite în două tipuri - fără o schimbare de cadre și cu o schimbare. Pentru a cunoaște exact cauzele modificărilor în secțiunile ADN, trebuie să luați în considerare fiecare tip separat.

Mutație fără frameshift

Aceste mutații ale genelor sunt asociate cu schimbarea și înlocuirea perechilor de nucleotide în structura ADN-ului. Cu astfel de substituții, lungimea ADN-ului nu se pierde, dar aminoacizii pot fi pierduți și înlocuiți. Există posibilitatea ca structura proteinei să fie păstrată, aceasta va servi. Să luăm în considerare în detaliu ambele variante de dezvoltare: cu și fără înlocuirea aminoacizilor.

Mutație de substituție a aminoacizilor

Modificările reziduurilor de aminoacizi din polipeptide se numesc mutații missense. Există patru lanțuri în molecula de hemoglobină umană - două „a” (se află pe al șaisprezecelea cromozom) și două „b” (codifică pe al unsprezecelea cromozom). Dacă „b” - lanțul este normal și conține o sută patruzeci și șase de reziduuri de aminoacizi, iar al șaselea este glutamina, atunci hemoglobina va fi normală. În acest caz, acidul glutamic trebuie să fie codificat de tripletul GAA. Dacă, din cauza unei mutații, GAA este înlocuit cu GTA, atunci în loc de acid glutamic se formează valină în molecula de hemoglobină. Astfel, în locul hemoglobinei normale HbA va apărea o altă hemoglobină HbS. Astfel, înlocuirea unui aminoacid și a unei nucleotide va provoca o boală gravă gravă - anemia secerată.

Această boală se manifestă prin faptul că celulele roșii din sânge devin forma unei seceri. În această formă, ei nu sunt capabili să furnizeze oxigen în mod normal. Dacă este pornit nivel celular homozigoții au formula HbS/HbS, ceea ce duce la moartea copilului în chiar copilărie timpurie. Dacă formula este HbA / HbS, atunci eritrocitele au o formă slabă de modificare. Astfel de ușoară schimbare Are calitate utila- rezistenta organismului la malarie. În acele țări în care există pericolul de a contracta malarie la fel ca în Siberia cu o răceală, această schimbare are o calitate benefică.

Mutație fără substituție de aminoacizi

Substituțiile de nucleotide fără schimb de aminoacizi se numesc mutații Seimsense. Dacă GAA este înlocuit cu GAG în regiunea ADN care codifică lanțul „b”, atunci datorită faptului că va fi în exces, înlocuirea acidului glutamic nu poate avea loc. Structura lanțului nu va fi schimbată, nu vor exista modificări în eritrocite.

Mutații de deplasare a cadrelor

Astfel de mutații ale genelor sunt asociate cu o modificare a lungimii ADN-ului. Lungimea poate deveni mai scurtă sau mai lungă, în funcție de pierderea sau câștigul perechilor de nucleotide. Astfel, întreaga structură a proteinei va fi complet modificată.

Poate apărea o suprimare tragedică. Acest fenomen are loc atunci când există loc pentru două mutații să se anuleze reciproc. Acesta este momentul în care o pereche de nucleotide este adăugată după ce una a fost pierdută și invers.

Mutații fără sens

aceasta grup special mutatii. Apare rar, în cazul lui, apariția codonilor stop. Acest lucru se poate întâmpla atât cu pierderea perechilor de nucleotide, cât și cu adăugarea acestora. Când apar codoni de stop, sinteza polipeptidelor se oprește complet. Acest lucru poate crea alele nule. Niciuna dintre proteine ​​nu se va potrivi cu asta.

Există așa ceva ca suprimarea intergenică. Acesta este un astfel de fenomen când mutația unor gene suprimă mutațiile altora.

Există schimbări în timpul sarcinii?

Mutațiile genelor asociate cu o modificare a numărului de cromozomi pot fi identificate în majoritatea cazurilor. Pentru a afla dacă fătul are malformații și patologii, screening-ul este prescris în primele săptămâni de sarcină (de la zece la treisprezece săptămâni). Aceasta este o serie de examinări simple: prelevare de sânge de la un deget și o venă, ecografie. Pe examenul cu ultrasunete fătul este examinat în conformitate cu parametrii tuturor membrelor, nasului și capului. Acești parametri, cu o nerespectare puternică a normelor, indică faptul că bebelușul are defecte de dezvoltare. Acest diagnostic este confirmat sau infirmat pe baza rezultatelor unui test de sânge.

De asemenea, sub supravegherea atentă a medicilor se află viitoarele mame, ai căror copii pot dezvolta mutații la nivel de gene, care sunt moștenite. Adică este vorba de femei la rudele cărora au fost cazuri de naștere a unui copil cu dizabilități mintale sau fizice, identificate cu sindromul Down, Patau și alte boli genetice.