48175

Механизмы, лежащие в основе законов Г. Менделя

Лекция

Биология и генетика

Отсутствие взаимодействия генов. Отсутствие сцепления генов. Гены отвечающие за развитие разных признаков например А и В не сцеплены между собой в группе сцепления генов а сочетания их аллелей образуются случайным образом в равных соотношениях. Расположение генов отвечающих за изучаемые признаки в разных парах хромосом несцепленность.

Русский

2013-12-15

895 KB

10 чел.

PAGE   \* MERGEFORMAT 2

  1.  Механизмы, лежащие в основе законов Г. Менделя:

1. Мейоз

2. Оплодотворение

  1.  Условия выполнения законов Менделя

Законы И. Менделя являются фундаментальными законами генетики (подобно законам Ньютона в физике). Однако они (как и любые законы природы) выполняются только при наличии определенных условий:

  1.  Моногенное наследование (элементарные признаки). Это означает, что за один признак отвечает один ген. Тогда выстраивается логическая цепочка: «один ген – один полипептид; один полипептид – один фермент; один фермент – одна реакция; одна реакция  – один признак».
  2.  Полное доминирование.
  3.  Отсутствие взаимодействия генов. Гены, отвечающие за развитие разных признаков (например, А и В) не влияют друг на друга, не взаимодействуют между собой.
  4.  Отсутствие сцепления генов. Гены, отвечающие за развитие разных признаков (например, А и В), не сцеплены между собой в группе сцепления генов, а сочетания их аллелей образуются случайным образом в равных соотношениях.
  5.   Чистые гаметы - гаметы «чисты», т.е из пары аллелей в половых клетках присутствует один аллель. Выполняется правило чистоты гамет (правило чистоты гамет не является законом).
  6.  Равновероятность встречи гамет и образования зигот.
  7.  Равная выживаемость гамет, зигот, особей. Жизнеспособность которых не зависит от их генотипа и фенотипа.
  8.  Статистический характер: Законы Менделя носят статистический характер: отклонение от теоретически ожидаемого расщепления тем меньше, чем больше число наблюдений (большие выборки).
  9.  Полная пенетрантность. Каждому генотипу соответствует определенный фенотип (100%-ная пенетрантность признаков).
  10.  Полная экспрессивность. У всех особей с данным генотипом признак выражен в равной степени (100%-ная экспрессивность признаков).
  11.  Изучаемые признаки НЕ сцеплены с полом.
  12.  Стабильность признаков в онтогенезе в разных условиях.
  13.  Ядерное наследование (имеются не менделирующие признаки цитоплазматической наследственности)

При Несоблюдении перечисленных условий наследование признаков приобретает более сложный характер.

  1.   Условия выполнения закона расщепления при моногибридном скрещивании

Расщепление 3 : 1 по фенотипу и 1 : 2 : 1 по генотипу выполняется приближенно и лишь при следующих условиях:

1.  Изучается большое число скрещиваний (большое число потомков).

2. Гаметы, содержащие аллели А и а, образуются в равном числе (обладают равной жизнеспособностью).

3.  Нет избирательного оплодотворения: гаметы, содержащие любой аллель, сливаются друг с другом с равной вероятностью.

4.  Зиготы (зародыши) с разными генотипами одинаково жизнеспособны.

IY. Условия выполнения закона независимого наследования

1.  Все условия, необходимые для выполнения закона расщепления.

2.  Расположение генов, отвечающих за изучаемые признаки, в разных парах хромосом (несцепленность).

4.  Условия выполнения закона чистоты гамет:

1.  Нормальный ход мейоза.

2.  В результате нерасхождения хромосом в одну гамету могут попасть обе гомологичные хромосомы из пары.

3. В этом случае гамета будет нести по паре аллелей всех генов, которые содержатся в данной паре хромосом.

Аллельные гены, их взаимодействие. Множественные аллели.

Плейотропное  действие генов. Пенетрантность. Экспрессивность.

I. АЛЛЕЛЬНЫЕ ГЕНЫ:

это гены, которые занимают одинаковые локусы (место) в гомологичных хромосомах

аллельные гены обозначают одной латинской буквой – А, а,  А//А  АА,      А//А Аа     или   а//а  аа.

Аллельные гены отвечают  за развитие альтернативных признаков – вариации одного признака.

Например, ген, отвечающий за развитие пигментации кожи, может существовать в различных аллельных состояниях: аллель тёмной кожи, аллель белой кожи, или умение владеть правой или левой рукой (правша – левша), болен - здоров.

Среди аллелей один является преобладающим доминантный аллель – А, другой  в отступающем рецессивном состоянии -  рецессивный аллель – а.

Аллельные гены возникают в результате мутаций локуса одного гена, их появление связано с генными точковыми  мутациями, изменяющими нуклеотидный состав ДНК

II. ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ АЛЛЕЛЬНЫХ ГЕНОВ: полное доминирование, неполное доминирование, кодоминирование, сверхдоминирование, рецессивность, аллельные исключения, межаллельная комплементация.

1.Полное доминирование - доминантный аллель полностью подавляет рецессивный.  

Гомозиготы АА и гетерозиготы Аа имеют доминантный признак в фенотипе.

При полном доминировании в F1  все особи с доминантным признаком,

В F2 в моногибридном скрещивании 3 : 1.

У человека по типу полного доминирования наследуются признаки: правша, полидактилия, синдактилия, брахидактилия, положительный резус-фактор, рахит.

2. Неполное доминирование – доминантный аллель - А не полностью подавляет действие рецессивного аллеля – а.

Гомозиготы - АА имеют доминантный признак.

Гетерозиготы Аа – промежуточный. Развитие признака зависит от дозы соответствующего аллеля (действие гена дозировано. Присутствуя в клетке организма в одном экземпляре - Аа, аллель обеспечивает развитие соответствующего признака до известного количественного предела. Параллельно увеличению «доз» аллеля – АА нарастает количество признака).  

В F1 все особи имеют промежуточный признак, F2 при моногибридном скрещивании происходит расщепление по фенотипу на три фенотипических класса в отношении

1 : 2 : 1.  У человека по типу неполного доминирования наследуются такие признаки как: серповидно клеточная анемия, талласемия, цистинурия.

Могут существовать и другие механизмы неполного доминирования.

Рассмотрим это на примере серповидно-клеточной анемии. Это наследственная гемоглобинопатия, наследуется по аутосомно-рецессивному типу.  Причиной заболевания служит патологический ген «а», формирующий аномальный гемоглобин (HbS), в молекуле которого вместо глутаминовой кислоты в 6-м положении ß-цепи находится валин. Генетический дефект - точечная генная мутация, происходит в структурном гене ДНК, кодирующим ß-цепи гемоглобина.  Патологический гемоглобин получил название своё название S - гемоглобин от слова «sicsle» - серп, потому что эритроцит, несущий этот аномальный белок  приобретает серповидную форму. Под микроскопом дефектные клетки крови имеют форму усечённого круга или форму полумесяца, в отличие от нормальных округлых клеток. За что эта форма гемоглобинопатии получила название серповидно-клеточной анемии.

3. Кодоминирование – оба аллеля в равной степени проявляют своё действие при одновременном их присутствии в генотипе. Каждый из аллелей кодирует определённый белок. У кодоминантного организма синтезируются оба белка, и в результате  в фенотипе формируется новый признак, отличный (непохожий) от признаков  контролируемых в отдельности каждым из аллельных  генов.

Так у человека кодоминантно  наследуется  четвёртая группа крови группа крови по системе АВО в результате кодоминирования генов IA  и  IB  (в генотипе присутствуют аллели второй и третьей группы, а в фенотипе формируется четвёртая группа IУ - IA IB) и группа крови MN по аллелям  LM  и  LN.

Наблюдается кодоминантность у гетерозигот Аа по серповидно-клеточной анемии и других форм гемоглобинопатий (талассемии, С, G – формах). Феномен HbA/HbS проявляется только на уровне синтеза двух полипептидных цепей гемоглобина HbA  и HbS.

Фенотип при кодоминировании не является промежуточным между фенотипами родителей, так как на поверхности эритроцитов присутствуют оба агглютиногена (А и В или M и N). При кодоминировании назвать один из аллелей доминантным, а другой — рецессивным нельзя, эти понятия теряют смысл: оба аллеля в равной степени влияют на фенотип. На уровне РНК и белковых продуктов генов, видимо, подавляющее большинство случаев аллельных взаимодействий генов — это кодоминирование, ведь каждый из двух аллелей у гетерозигот обычно кодирует РНК и белковый продукт, и оба белка или РНК присутствуют в организме.

4. Сверхдоминирование -   более сильное проявление признака у гетерозигот (Аа), чем у гомозигот (АА, аа). Сверхдоминирование можно определить также как гетерозис (гибридная сила) у растений и животных, возникающий при скрещивании. Гетерозиготные организмы - Аа обладают большей жизнеспособностью («доза» доминантного гена - А меньше), чем у доминантной гомозиготы АА.  Генетическая сверхдоминантность, лучшая приспособленность и более высокая селективная ценность (отборное преимущество) гетерозигот (Аа) от моногибридов с обоими типами гомозигот (АА и аа).   Наиболее известный пример сверхдоминирования — взаимоотношения между нормальным (HbA) и мутантным (HbS) аллелями гена, контролирующего структуру гемоглобина у человека. Сверхдоминантность наблюдаются, у гетерозигот Ss с формами гемоглобина НbAНbS, они менее подвержены малярии и характеризуются устойчивостью к малярии, гомозиготы с формами гемоглобина НbАНbА и генотипом SS подвержены малярии в большей степени

5. Рецессивность: рецессивный признак проявляется только в гомозиготном состоянии генотипа – аа. По типу рецессивности наследуются: умение владеть левой рукой, отрицательный резус-фактор, первая группа крови, пятипалость, дальтонизм, гемофилия.  

6. Аллельное исключение - такой вид взаимодействия аллельных генов в генотипе организма, при котором происходит инактивация одного из аллелей в составе хромосомы (факультативный гетерохроматин). У гетерозиготного организма Аа наблюдается аллельное исключение в части клеток организма. Фенотипически проявляются разные аллели: в одних клетках активен доминантный ген, в других – рецессивный. Аллельное исключение увеличивает разнообразие признаков многоклеточного организма при идентичности генотипов соматических клеток (Аа). Инактивация одного из аллелей в составе Х-хромосомы способствует тому, что в разных клетках организма, мозаичных по функционирующей хромосоме, фенотипически проявляются разные аллели. Таким образом, даже процесс формирования элементарного признака зависит от взаимодействия, по меньшей мере, двух аллельных генов, и конечный результат определяется конкретным сочетанием их в генотипе.

Например: синтез иммуноглобулинов связан с аллельными исключениями. Механизм аллельного исключения обеспечивает программированный синтез антител только одной специфичности. Иммуноглобулины антитела — это растворимые гликопротеины, присутствующие в сыворотке крови, тканевой жидкости или на клеточной мембране, которые распознают и связывают антигены. Иммуноглобулины синтезируются В-лимфоцитами в ответ на чужеродные вещества определенной структуры — антигены. Антитела используются иммунной системой для идентификации и нейтрализации чужеродных объектов — например, бактерий и вирусов. Являются важнейшим фактором специфического гуморального иммунитета.

7. Межаллельная комплементация. Межаллельная комплементация относится к редким способам взаимодействия аллельных генов. В данной ситуации гомозиготный по рецессивным, но различным между собой, аллелям генотип фенотипически проявляется как гетерозиготный, то есть происходит нормальное формирование признака даже при отсутствии доминантного аллеля. Причина в том, что продукты рецессивных генов, взаимодействуя, и дополняя друг друга, формируют признак идентичный деятельности доминантного аллеля.

Например: В этом случае возможно формирование нормального признака «В» у организма, гетерозиготного по двум мутантным аллелям гена В (В1В2).

В1 – мутантный аллель – аномальный пептид – 1,

В2 – мутантный аллель – аномальный пептид – 2.

Аллель В контролирует нормальный белок. У гетерозигот В1В2 при формировании структурной организации белка компенсируются аномальные изменения белков, обеспечивая образование  белка с нормальными свойствами. В результате межаллельной комплементации формируется нормальный признак.

Например: межаллельная комплементация, по-видимому, — главная причина одногенного гетерозиса — преимущества гетерозигот над гомозиготами по жизнеспособности и скорости роста.

III.  МНОЖЕСТВЕННЫЕ АЛЛЕЛИ.

Большинство генов существует в виде двух вариантов аллелей. Но некоторые гены существуют в виде большего числа аллелей. Тогда в популяции имеется не два аллельных гена, а больше три, четыре до нескольких десятков. Такое явление называется множественным аллелизмом. Обозначаются множественные аллели одной буквой с указанием номера: А, а1,   а2,  а3,  а4  Возникают они в результате многократных генных мутаций одного локуса гена. Чем больше аллельных генов, тем больше их комбинаций попарно. Они дают намного больше генотипов (Аа1, Аа2,   Аа3,  а1 а2,  а1 а3,    а2 а3, а3 а3), чем двухаллельные гены, дающие только три генотипа (АА, Аа, аа). У одной диплоидной особи может быть только два аллеля из серии множественных аллелей. Характер взаимодействия в серии множественных аллелей может быть по типу полного или неполного доминирования одного аллеля над другим, или кодоминирования. По типу множественных аллелей у человека наследуются: группы крови по системе АВО, цвет глаз, варианты серповидноклеточной анемии: НbA, HbS, HdC.

Например, наследование групп крови по антигенам АВ. I – ген определяющий развитие групп крови по системе АВО. Множественные аллели групп крови по системе АВО обозначаются: IO ,   IA  ,  IB  .   А и В – агглютиногены – сложные соединения, за синтез которых отвечает ген «I». По наличию  и сочетанию агглютиногенов   в крови различают четыре группы крови по системе АВО.

YI . ПЛЕЙОТРОПИЯ – это генетическое явление, обеспечивающее развитие нескольких признаков, контролируемых одним геном, проявляется множество фенотипических эффектов одного гена.

Различают:

а) прямую или истинную или первичную плейотропию

б) зависимую или относительную или вторичную плейотропию

a) При прямой плейотропии все разнообразные эффекты возникают в различных тканях или органах под действием одного гена в разных местах организма. Изменённый белок взаимодействует с клеточными структурами (мембраной, цитоплазмой) в клетках нескольких тканей и органов и изменяет их свойства. Например, синдром Марфана (арахнодактилия – «паучьи пальцы») у человека, развивается под действием мутантного доминантного гена - А, действие которого проявляется в нарушении  развития соединительной ткани, что приводит к аномалии развития опорно-двигательного аппарата – длинные и тонкие пальцы, подвывиха хрусталика и развитие близорукости, аневризм (расширение) аорты  уменьшает продолжительность жизни. Гомозиготы АА – нежизнеспособны, а у всех гетерозигот проявляются признака синдрома.

б) Относительная (вторичная) имеется одно первичное действие мутантного гена, например, в случае серповидноклеточной анемии – дефектный гемоглобин и эритроциты принимают серповидную форму. Вследствие этого развивается ступенчатый процесс вторичных патологических проявлений - это дефекты, возникающие в различных органах: слипание и разрушение эритроцитов, анемия, умственная и физическая отсталость, увеличение и фиброз селезёнки, поражения кожи, почек, сердца, мозга. Поэтому гомозиготы (SS) по этому заболеванию погибают до полового созревания (в детском возрасте).

Схема действия плейотропных генов

первичная плейотропия             вторичная плейотропия

 

 Ген                                                 Ген  

                                                                                                   

                                       Белок – фермент                             Белок – фермент

                                                       

                                     Химические реакции                    Химические реакции

 

 

                              Признаки       А      В      С                         признак А

                                                                                                 

                                                                                                   признак В

                                                                                                                                                                                              

                                                                                                    признак С

                                 

                                                                                                                                                          

                                                                                                     

Y. ПЕНЕТРАНТНОСТЬ И ЭКСПРЕССИВНОСТЬ показатели, характеризующие проявление генотипа в фенотип. Они обусловлены системой взаимодействующих генов генотипа  (дозой гена, системой полимерных генов, эпистазом, модифицирующим действием со стороны неаллельных генов модификаторов – интенсификаторов и супрессоров), половой принадлежностью и факторами среды.

Пенетрантность – показатель частоты проявления гена (аллелей) в признак. Отражает частоту фенотипического проявления имеющейся в генотипе наследственной информации. Пенетрантность выражается в процентах -% и указывает, у какого процента % особей, имеющих в генотипе данный аллель гена-А, формируется соответствующий ему признак.  Если признак проявляется у всех организмов, имеющих этот аллель, то пенетрантность равна 100%. Если пенетрантность равна 30%, то это указывает, что ген проявляется у 30 особей из 100 носителей этого гена. У мужчин ген подагры проявляется с 20% пенетрантностью, а у женщин равен 0%.  

Определение пенетрантности:

Пенетрантность гена определяется, по формуле    

K (П) =   х 100%,  где К (П)– пенетрантность, n – количество потомков, у которых проявился признак,  N – общее количество потомков.

Экспрессивность – это степень фенотипического проявления признака, контролируемого данным геном. Например, интенсивность пигментации кожи у человека, увеличивающейся при возрастании числа доминантных аллелей (А1, А2, А3, А4) в системе полимерных генов: доминантные аллели, определяющие развитие черной кожи - А1,  А2,  А3, А 4,   рецессивные аллели белой кожи  - а1234     Белый – а1 а1а2 а2,  А1а1 а2 а2  - светлокожий мулат,  А1А1 а2а2 - мулат смуглый,  

А1А1А2 а2  - тёмный мулат,   А1А1А2А2  - негр чёрнокожий.  

Влияние средовых факторов выражается усилением степени пигментации кожи у человека с одним генотипом - А1а1 а2 а2  под действием ультрафиолетовых лучей.

Доза гена отражает развитие шизофрении - у гомозигот равна 100% пенетрантности, а у гетерозигот – 20%. Течение, развитие патологических состояний могут наблюдаться в виде лёгких и тяжелых проявлений – гипертонии, сахарного диабета и других признаков.

Серповидно-клеточная анемия — это наследственная гемоглобинопатия, наследуется по аутосомно-рецессивному типу.  Причиной заболевания служит патологический ген «s», формирующий аномальный гемоглобин (HbS), в молекуле которого вместо глутаминовой кислоты в 6-м положении ß-цепи находится валин. Генетический дефект - точечная генная мутация, происходит в структурном гене ДНК, кодирующим ß-цепи гемоглобина.  Патологический гемоглобин получил название своё название S - гемоглобин от слова «sicsle» - серп, потому что эритроцит, несущий этот аномальный белок  приобретает серповидную форму.

Под микроскопом дефектные клетки крови имеют форму усечённого круга или форму полумесяца, в отличие от нормальных округлых клеток. За что эта форма гемоглобинопатии получила название серповидно-клеточной анемии. Серповидные эритроциты вызывают увеличение вязкости крови, создают механическую преграду в мелких артериолах и капиллярах. Они не способны сгибаться и проходить сквозь крошечные узкие сосуды, из-за чего некоторые ткани и органы не до получают необходимые вещества и кислород. Кроме того, серповидные эритроциты менее устойчивы к механическим воздействиям, что приводит к их гемолизу. Массивное разрушение клеток активирует систему свёртывания крови. Повышается тромбообразование.  Тромбоз в различных органах, в т.ч. в селезенке, которая постепенно атрофируется после гипертрофии.

Имеется более 26 вариантов замещений в альфа цепи и 31 вариант — в бета цепи. Замещение хотя бы одной аминокислоты меняет первичную структуру белка, пространственное расположение его частей и соответственно функцию гемоглобина. Полиморфизм гемоглобинов видимо, имеет приспособительное значение.

Взаимодействие аллелей определяющих развитее гемоглобинопатияй определяется разными формами взаимодействия аллельных генов (неполным доминированием, свердоминированием и кодоминированием).

По типу неполного доминирования проявляют себя гетерозиготные Аа носители гена гемоглобина НbS (НbA\НbS).

а) При изменении внешних условий среды на уровне моря гетерозиготы имеют нормальную форму эритроцитов и нормальную концентрацию гемоглобина в крови (полное доминирование А над а).

б) На больших высотах (более 2,5-3 тыс. м) у гетерозигот концентрация гемоглобина понижена, появляются эритроциты серповидной формы (неполное доминирование А над а) наблюдается клиническое проявление анемии. Этот пример показывает, что доминантность может зависеть не только от генотипа, но и от условий среды.

Сверхдоминантность наблюдаются, у гетерозигот Ss с формами гемоглобина НbA\НbS, они менее подвержены малярии и характеризуются устойчивостью к малярии, гомозиготы с формами гемоглобина НbА\НbА подвержены малярии в большей степени. В тропической Африке и других районах, где распространена малярия, в популяциях человека постоянно присутствуют все три генотипа — АА, Аа и аа (20—40% населения гетерозиготы — Аа). Оказалось, что сохранение в популяциях человека летальной (смертельной) аллели (s) обусловлено тем, что гетерозиготы (Ss) более устойчивы к малярии и анемия на имеет клинического проявления, чем гомозиготы по нормальному гену их генотип – SS, форма гемоглобина – HbA / HbA - восприимчивы к малярии (тяжёлое заболевание часто заканчивается смертельным исходом), и, следовательно, обладают отборным преимуществом.  Особи имеющие HbS/HbS гемоглобин и генотип ss  (летальны – тяжёлая форма анемии). Таким образом, получают приоритет особи имеющие эритроциты HbА /HbS – генотип Ss:    

HbА/HbА    < HbА /HbS >    HbS/HbS .

Наконец, в эритроцитах носителей НbАНbS в равных количествах присутствуют оба варианта бета-глобиновых цепей — нормальный А и мутантный S , то есть наблюдается кодоминирование.

Талассемия — это также наследственное нарушение крови, относится к аутосомно рецессивной мутации. Организм человека с талассемией не может вырабатывать достаточно гемоглобина, содержащегося в эритроцитах и переносящего кислород по всему организму. Если в эритроцитах недостаточно гемоглобина, кислород не достигает всех частей организма. Органам начинает не хватать кислорода и они не могут нормально функционировать. Существует два типа талассемии — альфа и бета, — названные так по двум белковым цепям, из которых состоит нормальный гемоглобин. Как альфа так и бета талассемии имеют острую и неострую формы.  Рецессивные гомозиготы по талассемии летальны, а гетерозиготы жизнеспособны. Относится как и серповидноклеточная анемия к гемоглобинопатиям

НЕАЛЛЕЛЬНЫЕ ГЕНЫ – это гены, расположенные в разных локусах (местах) гомологичных и негомологичных хромосом.  Неаллельные гены обозначаются разными буквами (А, В, С).

Рассмотрим взаимодействия неаллельных генов расположенных в разных негомологичных хромосомах.

ТИПЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ НЕАЛЛЕЛЬНЫХ ГЕНОВ

комплементарность,

эпистаз,

полимерия.

«эффект» положения

Гены, расположенные в разных негомологичных хромосомах наследуются по  

Г. Менделю.

Так, при взаимодействии двух генов для F2 используется общая формула расщепления по фенотипу 9/16 А-В, 3/16 А-вв, 3/16 ааВ- , 1/16 аавв. Но характерной особенностью взаимодействия неаллельных генов является развитие в потомстве новых вариаций признака, поэтому очень часто основные менделеевские расщепления модифицируются, т.к. некоторые генотипические классы по фенотипу не отличаются друг от друга. Таким образом, различные типы взаимодействия генов получаются из расщепления 9:3:3:1 путём объединения его элементов. Например: 9:3:4 = 9: 3: (3+1), 9:7 = 9: (3:3:1), 12:3:1 = (9+3):3:1. Необходимо лишь помнить о характере взаимодействия и правильно определять фенотип потомства и родителей.

Расщепление  может быть:

при комплементарном взаимодействии  - 9:7, 9:6:1, 9:3:4,

при эпистазе  - 13:3, 12:3:1,

при полимерном (аккумулятивное действие) - 1:4:6:4:1 или 15:1 (когда гены не усиливают друг друга).

Рассмотрим взаимодействие неаллельных генов (комплементарность, эпистаз, полимерия)

Комплементарностьэто взаимодействие неаллельных генов, когда два доминантных гена А и В встретившись в зиготе при оплодотворении определяют развитие нового признака. При этом каждый из комплементарных генов в отдельности не обладает способностью обеспечить развитие данного признака.   

Схема комплементарного действия

Ген А            белок А

                                                   новый признак.

                       

Ген В   белок В

В таких случаях в F2 при дигибридном скрещивании идёт расщепление в соотношении 9:7,  вместо 9: 3: 3: 1. Например, по типу комплементарности у человека наследуются: нормальный слух, близорукость, ген - секретор, обеспечивающий выделение агглютиногенов А и В групп крови по системе АВО с мочой, спермой, слюной, потом.

Гибридологический анализ при комплементарном взаимодействии генов, на примере наследования и проявления гена-секретора.

У человека антигены системы групп крови АВО находятся не только в эритроцитах, но и в других клетках тела. У секретеров водорастворимые формы этих антигенов выделяются со слюной и различными другими жидкостями (мочой, спермой). Несекреторы не выделяют антигены.  

Se – доминантный Secretor, se – рецессивный – несекретор

Генотип  

(взаимодействующие гены)

Фенотип

(выделение агглютиногенов в секрете)

Несекреторы – sese

Не выделяют агглютиногенов А и В

IА IА sese   IАIО sese   вторая группа крови

I первая  группа крови

IВIВ se se   IBIO se se   третья группа крови

I   первая группа крови

IAIB se se                      четвёртая группа

I   первая  группа крови

                    

Секреторы – Se_

Выделяют  агглютиногены А и В

IАIВ SeSe    IАIВ Sese  четвёртая группа

IУ  четвёртая группа крови – А и В

IAIA SeSe    IAI0 Sese   вторая группа крови

II    вторая группа крови – А

IВIВ SeSe    IВI0 Sese   третья группа   крови         

III третья группа  крови – В

 

Эпистаз - это взаимодействие неаллельных генов,  при котором один из неаллельных генов – «В» или «в» подавляет действие другого неаллельного ему гена – «А» или «а» (антагонистическое взаимодействие). Различают доминантный и рецессивный эпистаз (А>B или А> в – доминантный,  аа > B или аа >в – рецессивный эпистаз).

Ген подавитель или эпистатический или  ингибитор обозначают I – или Su   начальные буквы слов – inhibitor, supressorподавитель. Подавляемый ген называется гипостатический.

Схема эпистатического действия генов

Ген А            белок А

                                            признак А не развивается, если генотип  А_ В_, так как                                                                        

                                            присутствует эпистатический ген В

                                            

Ген В  белок В (доминантный эпистаз)

Расщепление  в F2  при анализе двух пар генов идёт в соотношении 13 : 3  вместо 9:3:3 :1.

По типу рецессивного эпистаза у человека наследуются группы крови по системе АВО.

Гибридологический анализ при эпистазе.

Например, у человека  кодоминантные аллели  второй IА и  третьей группы IВ по системе АВО не проявляют своего действия в присутствии рецессивного эпистатического гена hh, (расположенного в другой негомологичной хромосоме)  и в фенотипе у них проявляется первая группа крови.

 Генотип  (взаимодействующие гены)

Фенотип признак

Эпистатический ген «h»

В его присутствии признак не формируется

IАIАhh   IАIОhh          II  вторая группа

I группа крови

IВIВhh   IBIOhh          III третья группа

I группа крови

IAIBhh                       IV четвёртая группа

I группа крови

«H» доминантный ген не обладает эпистазом

В его присутствии признак развивается

I0I0H-                       I  первая  группа  

I группа крови

IAIAH-   IAI0H-          II  вторая группа

II   группа крови

IBIBH-    IBI0H-          III третья группа

III  группа  крови

IAIBH-                       IV четвёртая группа

IV   группа крови

Полимерия это взаимодействие неаллельных генов - однозначных генов разных генов с одинаковым действием. Тип наследования, при котором развитие признака обусловлено многими генами, каждый из которых сам по себе оказывает слабое действие, а вместе они оказывают определённую степень развития признака – аддитивное или суммарное или аккумулятивное действие.

Схема полимерного взаимодействия генов

Ген А1              

                       белок А признак А

Ген А2   

Ген А3

Полигенное наследование характерно чаще для количественных признаков, образующих непрерывный ряд вариаций. У человека к таким признакам относится рост, масса тела, цвет кожи.

Гибридологический анализ при полимерном взаимодействии генов..

Обычно  доминантные полимерные  гены обозначают  одной и той же буквой с  разными индексами, например, доминантные гены -  (А)А1, (В) А2,  (С) А3,  (D) А4, их  рецессивные аллели -  (а)а 1, (в)а 2,  (с)а 3,   (d) а4.  Признак не развивается лишь в том случае, когда все пары генов находятся в рецессивном состоянии (а1а1а2а2а3а3). Обычно, чем больше доминантных полимерных  генов   содержит организм, тем сильнее выражен признак (эффект аккумулятивного – суммарного действия генов).  Полимерия лежит в основе наследования количественных признаков. У человека по типу полимерии наследуются: цвет кожи, рост.

Например: в системе полимерных генов рост контролируется несколькими парами несцепленных генов. Если условно ограничиться тремя парами генов, то можно допустить, что  а1а1 а2а2 а3а3 – низкорослые – 150 см, а  А1А1 А2А2 А3 А3 -  высокие – 180 см. Таким образом, добавление одного доминантного гена «А»  к рецессивной форме обеспечивает увеличение роста на 5 см - А1а1 а2а2 а3а3  - 155 см.

Средний роста человека - 165 см  – имеет три доминантных гена и следующие генотипы:  

А1а1 А2 а2,А3 а3    А 1А 1 а 2а 2 А3а3,  а1а1 А2А2 А3а3,  А1А1А2а2а3а3

Взаимодействие между неаллельными генами не нарушает закон независимого их  наследования. Это касается неаллельных генов расположенных в разных негомологичных хромосомах    Негомологичные хромосомы, а также их гены в анафазе мейоза комбинируются независимо друг от друга. Особенностью взаимодействия генов является развитие в потомстве новых признаков, поэтому основные менделевские расщепления по фенотипу модифицируются.

Взаимодействие неаллельных генов расположенных в одной хромосоме и входящих в одну группу сцепления

«Эффект положения» генов. В нём участвуют гены одной хромосомы. «Эффект положения» проявляется в изменчивости функциональной активности (экспрессии) гена  в зависимости от того, какой аллель находится в соседнем локусе. Так, эритроцитарные белки – антигены определяющие развитие «резус» групп крови синтезируются под контролем трёх генов (D,С, Е – доминантные аллели и рецессивные d, с, е) расположенных на близком расстоянии друг от друга в одной хромосоме. Индивидуумы имеющие генотип СDЕ/сDе  и СDе/сDЕ  (СсDDЕе) генетически идентичны.

Тем не менее у лиц с первой комбинацией - СDЕ/сDе  аллелей образуется много антигена «Е» и мало «С», у лиц со второй комбинацией аллелей СDе/сDЕ  наблюдается обратная картина, т.е. соседство аллеля «С» с аллелем «е» снижает его функциональную активность и антигена «Е» образуется мало. Эффект положения один из видов модулирования функции генов другими генами.

В первом случае «резус» конфликт приводит к тяжёлым последствиям, так в организме матери наблюдается высокий титр антител на антиген «Е», происходит массивная агглютинация эритроцитов плода и плод развивается в условиях  гипоксии и других нарушениях функций печени, почек. Во втором случае антител в организме матери образуются меньше и беременность протекает более благополучно.

Модифицирующее действие генов.  Модифицирующие  гены не определяют развитие признаков, а изменяют проявление других генов. Ген А - модификатор - усиливающий

(и н т е н с и ф и к а т о р) или ослабляющий (с у п р е с с о р)    действие другого гена В.

Ген А              белок А

                                                  признак  А,  происходит изменение степени выраженности

                                                 (экспрессивность) гена  А, под  действием гена  

Ген В  белок В               модификатора  В

                                                  

«Определение пола. Сцепленное с полом наследование. Сцепление генов и кроссинговер. Хромосомная теория наследственности. Хромосомные карты».

1. Классический объект генетических исследований – плодовая мушка дрозофила.

Широкое распространение в 20 веке дрозофилы как объекта генетических исследований связано с большим числом положительных качеств, плодовой мушки:

Короткий период развития (от яйца до половозрелой репродуктивной формы) составляет 10 -12 суток при температуре 24-250 С. Можно получить до 25 поколений в год

Высокая плодовитость, многочисленное потомство: каждая самка откладывает около 200 яиц.

Быстрая смена поколений.

Компактность культур - в одной пробирке свободно развивается более чем 500 особей.

Имеет много альтернативных признаков по цвету глаз, окраске тела, форме крыльев.

Большое число наследственных мутаций.

Малое число хромосом в кариотипе 2п = 8

Всего 4 группы сцепления

Наличие гигантских политенных хромосом в клетках слюнных желез.

2. Определение пола. Пол организма – это совокупность взаимоисключающих генеративных признаков особей данного вида. 

Представляет важную фенотипическую характеристику, которая обеспечивает воспроизведение потомства.

Различают первичные и вторичные половые признаки.

Первичные половые признаки – это морфофизиологические особенности организма, обеспечивающие образование половых клеток – гамет и их оплодотворение. К ним относятся половые органы – г е н и т а л и и  -  наружные и внутренние органы размножения, обеспечивающие образование гамет, их сближение и соединение в процессе оплодотворения.

 Вторичные половые признаки – это отличительные особенности одного пола от другого, не связанные с гаметогенезом и оплодотворением, но играющие важную роль в половом размножении - обнаружении и привлечении партнёра.

У человека к ним относится тембр голоса: высокий, низкий, оволосение, прочность скелета, ширина тазовых костей, развитие мускулатуры тела, отложение жира в подкожной клетчатке, развитие молочных желез. Различия признаков раздельнополых особей определяет половой  д и м о р ф и з м.

Половой диморфизм – это явление, при котором мужские и женские особи одного вида морфологически отличаются друг от друга по внешнему виду: размерам, окраске и другим признакам.

Развитие вторичных половых признаков, половую дифференцировку, половое размножение (развитие полового аппарата, гаметогенез), половые рефлексы и обмен веществ  контролируются половыми гормонами:

мужскими – а н д р о г е н а м и (основной гормон  тестостерон) и женскими – э с т р о г е н а м.

Гермафродитизм – это явление, при котором в одном организме развиваются мужские и женские половые клетки. В норме встречается у паразитов (плоские, кольчатые черви), растений(обоеполые) и низших животных (кишечнополостные, губки)

У раздельнополых организмов определение пола может осуществляться:

прогамно    

сингамно    

эпигамно

Прогамное определение пола происходит до оплодотворения. У этих организмов развиваются два вида яйцеклеток: крупные и мелкие. Из крупных яйцеклеток развиваются самки, а из мелких – самцы. Наблюдается у коловраток, тлей, филлоксер.

Эпигамное (фенотипическое) определение пола после оплодотворения. Формирование признаков пола происходит под влиянием условий развития (гормонов, стрессовых напряжений) и внешних факторов (температуры, качества пищи). Так, у кольчатого червя бонеллии при выращивании личинок поодиночке все одни превращаются в самок, если личинок выращивать в присутствии самок или в среде содержащей экстракт их тканей, то все личинки превращаются в самцов.

Сингамное (генотипическое) определение пола в момент оплодотворения. Зависит от баланса хромосом.

Наиболее обычно сингамное определение пола, при котором в разных филогенетических линиях возникают хромосомные механизмы определения пола.

Индивидуальный набор хромосом включает аутосомы и половые хромосомы Х и У.

Сингамный пол определяется в момент оплодотворения и зависит от сочетания Х и У половых хромосом в зиготе.

У разных вида организмов хромосомный механизм определения пола реализуется по – разному. 

Хромосомный механизм  определения пола у разных организмов:

У человека, других млекопитающих, дрозофилы - самки развиваются при сочетании ХХ  хромосом, а самцы ХУ                           ♀ 2А +ХХ                 ♂2А + ХУ

У  птиц, некоторых бабочек, рыб, земноводных, пресмыкающихся –  самки развиваются при сочетании ХУ хромосом, а самцы ХХ (у этих групп организмов «Х» хромосома обозначается Z, а «У» – W)       ♀ 2А + ХУ (Z W)       ♂2А + ХХ (Z Z)

У клопов рода Protenor – самки развиваются из зигот несущих ХХ набор хромосом, а самцы ХО хромосом                                   ♀ 2А + ХХ                ♂2А +  ХО 

У некоторых  видов насекомых – моль - самки развиваются при сочетании ХО, самцы ХХ хромосом.                                      ♀ 2А + ХО                ♂ 2А + ХХ

У перепончатокрылых – пчёл, ос –  представители разных полов отличаются числом наборов хромосом. Самки развиваются из оплодотворённых яиц -2п

     с диплоидным набором хромосом, а самцы – из  неоплодотворённых – п 

     с гаплоидным набором хромосом.                ♀ 2п                         ♂  п

  6. Исследования, проведённые на ПЛОДОВОЙ МУШКЕ ДРОЗОФИЛЕ, обнаружили незначительную роль У-хромосомы в определении пола. Особи с кариотипом ХО внешне являются типичными самцами, но стерильны (бесплодны). Особи с кариотипом ХХУ – плодовитые самки. У-хромосома близка по размерам к Х – хромосоме, но она генетически инертна и состоит в основном из гетерохроматина. Поэтому определение пола у дрозофилы зависит не только от сочетания в зиготе Х и У – хромосом, а соотношением числа Х-хромосом и наборов аутосом. Такое соотношение получило название - п о л о в о й   и н д е к с .  

Если это соотношение в зиготе равно 1 (2Х : 2А), из нё развивается самка,

если равно 0,5 (1Х : 2А) – самок.

Увеличение полового индекса более 1 при увеличении дозы Х-хромосомы (3Х : 2А) приводит к развитию с в е р х самок.

Если величина этого показателя ниже 0,5 (ХУ : 3А) обеспечивает появления самцов.

При значениях полового индекса более 0,5, но менее 1 -  0,67 (2Х : 3А) промежуточном соотношении развиваются   – и н т е р с е к с ы, мухи имеющие промежуточный фенотип.

Согласно, гипотезы генного баланса, американского генетика С. БРИДЖЕСА организм изначально бисексуален, т.е. несёт задатки мужских и женских генов – детерминаторов пола. Эти гены сосредоточены не только в половых хромосомах, но и в аутосомах.

У человека У-хромосома играет важную роль в определении пола, она содержит определённое количество генов, определяющих способность к синтезу мужского полового гормона – тестостерона,  детерминирующего развитие мужского пола. Поэтому у человека при патологии, не расхождении половых хромосом в гаметогенезе, решающим в определении пола является наличие У-хромосомы или её фрагмента, поэтому при любом числе Х-хромосом (2АХХУ, 2АХХХУ) – пол будет мужской, в случае отсутствия У-хромосомы (2АХ0)– пол будет женский. Нарушение баланса генов  половой принадлежности у особей с кариотипом 2АХХУ, 2АХХХУ, 2АХ0 приводит не только к порокам развития, но и частичной стерильности.

Гены, расположенные в Х-хромосоме контролируют синтез белка-рецептора к мужскому гормону тестостерону, обеспечивающему проникновение гормона в клетки тканей-мишеней. Мутация этого гена приводит к развитию синдрома тестикулярной феминизации или синдрома Морриса (46,ХУ). Его мутация делает ткани-мишени невосприимчивыми к гормону, направляющему их развитие по мужскому типу и на определённом этапе онтогенеза происходит переопределение развития организма по женскому типу. В результате появляется особь с кариотипом ХУ, но внешне более сходная с женщиной. Такие организмы – стерильны, они не способны иметь потомство, их половые железы семенники недоразвиты, а их выводные протоки часто формируются по женскому типу (недоразвитая матка, влагалище). Вторичные половые признаки также характерны для женского пола. Поэтому для развития организма по мужскому типу необходимо присутствие  У и Х - хромосом . Гены расположенные в аутосомах контролируют признаки ограниченные полом и контролируемые  или модифицируемые полом.

 

У человека принято различать уровни половой дифференцировки:

1. Хромосомное определение пола – 46, ХХ – женский или 46, ХУ – мужской.

2.Определение пола на уровне развития гонад – яичники или семенники.

3. Фенотипическое определение пола (мужчина или женщина по формированию вторичных половых признаков).

4. Психологическое определение пола.

5. Социальное становление пола.

Хромосомный механизм обеспечивает равновероятность встречи представителей обоих полов, что поддерживает оптимальную численность особей в популяции и разнообразную изменчивость.

Гомогаметный пол – это организмы, образующие гаметы одного сорта по половым хромосомам.

У млекопитающих это самки (ХХ), у птиц – самцы (ХХ), они образуют 100% гамет с Х – хромосомой.

Гетерогаметный пол – это организмы, образующие в процессе гаметогенеза два типа гамет - 50% с Х – хромосомой, а 50% - с У - хромосомой (эта биологическая закономерность обеспечивается механизмом мейоза, расхождением хромосом в анафазе).

У млекопитающих гетерогаметны самцы (ХУ), а у птиц самки (ХУ).

Статистические данные показывают, что соотношение полов у большинства организмов, в том числе и у человека, близко к отношению 1 : 1, эта закономерность обусловлена вероятностью встречи гамет гомогаметного и гетерогаметных полов. Таким образом, пол будущего ребёнка определяет гетерогаметный пол.

3. Наследование, сцепленное с полом

Исследования показали, что наследование некоторых признаков происходит не в соответствии с менделевскими закономерностями, а обнаруживает отчетливую связь с полом. Если при обычном менделевском наследовании оба родителя в равной мере могут передать признак детям, то для признаков, сцепленных с полом, результаты наследования будут различными в зависимости  от того, кто  обладал данным признаком – мать или отец.

Закономерности  наследования, установленные Морганом.

Сцепленное с полом наследование было впервые обнаружено Т. Морганом  при изучении наследования окраски глаз у мухи дрозофилы.

Морган провел 2 вида скрещиваний и получил различные результаты:

Первое скрещивание -      красноглазая самка     с    белоглазым самцом 

При скрещивании красноглазых самок с белоглазыми самцами все потомство первого поколения (F1) было единообразным и имело 100% красные  глаза (следовательно, красная окраска глаз доминантный признак).

Второе обратное (реципрокное) скрещивание - белоглазая самка с красноглазым самцом. При обратном или реципрокном скрещивании белоглазых самок  с красноглазыми самцами в первом поколении (F1) вместо ожидаемого единообразия  потомков наблюдалось отклонение: произошло расщепление по фенотипу 1:1, причем самки имели красные глаза, а самцы – белые (признак наследовался перекрестно: от матери к сыновьям, а от отца к дочерям такое наследование получило название крисс-кросс или крест - накрест).

Анализируя  характер  наследования данного признака,  Морган пришел к выводу что, ген, отвечающий за окраску глаз у дрозофилы, локализован  в одной из половых хромосом,  в Х-хромосоме. У - хромосома такого локуса не имеет. Особи мужского и женского пола отличаются по содержанию половых хромосом в  кариотипе, наследование признака у них осуществляется по -разному. Самка имеет одинаковые половые хромосомы в кариотипе (ХХ) и, следовательно, образует один тип гамет Х (она гомогаметна). Самец содержит разные половые хромосомы (ХУ) и образует различные по половым хромосомам гаметы Х и У (он гетерогаметен).  Если обозначить доминантный ген красной окраски глаз - А, а рецессивный ген белой окраски - а и локализовать эти гены в Х- хромосомах самки и самца (ХА – красная окраска глаз, Ха – белая окраска глаз), то результаты наследования признака, полученные в опыте Моргана, легко объясняются.  

Цитологическое обоснование сцепленного с полом наследования

       красног.       белог.                                                      белогл.             красногл.     

Р   ♀ ХА ХА       Х    ♂ Ха У     обратное скрещивание     Р ♀ Ха Ха       Х  ♂    ХА У  

                                             реципрокное

Ġ        ХА   Ха    У                                                       Ġ       Ха    ХА   У

F1   ♀ ХА Ха    ♂  ХА У                                                       F1     ♀  ХА Ха          ♂Ха У

         100% красногл.                                                                        красног.             белогл.

При обратном скрещивании в F1 гетерогаметные самцы Ха У свою единственную Х а – хромосому получают от матери, а от отца они  наследует У - хромосому. Следовательно, если мать гомозиготна  Ха Ха  – все сыновья наследуют ее признак. Гомогаметные самки  ХА Ха  одну Ха - хромосому получают от матери, другую  ХА  – от отца (ХА У). Отцовская хромосома несет доминантный аллель, то все самки, как отец, будут иметь доминантный признак независимо от того, какой ген они получили - от матери. Признак в этих случаях наследуется перекрестно: от матери к сыновьям, от отца к дочерям (бисс – кросс). Закономерности, установленные Т. Морганом справедливы и для человека.

4. Особенности локализации генов в половых хромосомах    

Анализ локализации генов в половых хромосомах показал что Х- и У-хромосомы отличаются друг от друга по генетическому составу и по большинству генов они не гомологичны друг другу.

Лишь небольшие участки X- и У-хромосом являются гомологичными. В этих участках расположены аллельные гены, и их наследование осуществляется в соответствии с менделеевскими закономерностями наследования. У человека есть аллергическое заболевание – геморрагический диатез, вызываемый рецессивным геном. Аллели этого гены находятся в Х и У хромосоме.

Значительная часть генов более крупной Х-хромосомы не имеет аллельных генов в

У-хромосоме. В ней содержится небольшая группа генов, отсутствующих в Х-хромосоме. Гены, локализованные в негомологичных участках половых хромосом, наследуется сцеплено с Х-хромосомой или сцеплено с У-хромосомой.  

Для генов сцепленных с  У-хромосомой,  характерно наследование только по мужской  линии (от отца к сыновьям, затем к внукам  – голандрическое наследование). Для генов, сцепленных  с  Х-хромосомой,  характер наследования зависит от того, является ли данный аллель доминантным или рецессивными. Х А - сцепленный доминантный аллель значительно чаще проявляется у особей женского пола, так как они гомогаметны (ХХ) и могут получить его с Х-хромосомой  отца и матери.  Х а - сцепленный рецессивный аллель чаще проявляется у представителей гетерогаметного мужского пола, так как У-хромосома соответствующего локуса не имеет и рецессивный аллель Х - хромосомы проявляется, будучи в единственном числе. Состояние генотипа, при котором вследствие негомологичности половых хромосом за развитие признака отвечает один аллель, называется гемизиготным. Следовательно, особи мужского пола гемизиготны по генам, локализованы в негомологичных участках X и У - хромосомах – (гемизиготный генотип: ХАУ,  Ха У, ХУГ) развитие соответствующих признаков зависит у них от того, какие аллели несут  X- и У - хромосомы.

Наследование признаков, сцепленных с полом у человека.

Более 200 генов человека, локализованы в Х-хромосоме.

По рецессивному типу у человека сцеплено с Ха- хромосомой наследуется такие заболевания как:

- дальтонизм (цветовая слепота),

- гемофилия (несвертываемость крови),

- ангидрозная эктодермальная дисплазия (отсутствие потовых желез),

- миопатия - мышечная дистрофия Дюшена и Беккера,

- ювенильная глаукома (нарушение оттока внутриглазной жидкости),

- пигментный ретинит (сужение поля зрения),

- атрофия зрительного нерва,

- ангиокератома (заболевание кожи),

- глазной альбинизм,  

- гемералопия – ночная, или куриная слепота,

- одна из форм ихтиоза и глухонемоты,

- агаммаглобулинемии (пониженная устойчивость к бактериальным заболеваниям)

- Эктодермальная дисплазия. Симптомокомплекс эктодермальной дисплазии проявляется во врожденном поражении всех структур эктодермы: кожи, волос, ногтей, частичным или полным отсутствием зачатков зубов как в период прикуса молочных, так и постоянных зубов и т.д. Наиболее тяжелыми поражениями структур кожи, слизистых, волос, полной или выраженной первичной частичной адентией всех групп зубов молочного и постоянного прикуса проявляется ангидротическая группа

- гипосозревание -  наследственная  гипоплазия  эмали,   связанная   с   нарушением   ее

созревания.

- свыше 60 генов определяющих синдромы умственной отсталости.

Так как эти признаки наследуются по рецессивному типу, у мужчин они встречаются гораздо чаще, чем у женщин.  Мужчины гемизиготны Ха У по данным локусам. При наличии единичного аллеля дальтонизма или гемофилии в их единственной Х-хромосоме, соответствующие заболевания проявляются. У женщин дальтонизм или гемофилия могут проявиться только в гомозиготном состоянии: при наличии рецессивных аллелей в обеих Х – хромосомах  Ха Ха. Сыновья наследуют эти признаки от матерей (100% сыновей, если мать гомозиготна, и 50% сыновей, если она гетерозиготна). Для проявления дальтонизма или гемофилии у дочерей необходимо наличие соответствующего признака у отца - Ха У, в то время как мать должна быть гетерозиготной по данному признаку ХА Ха. Признак проявится у 50% дочерей  Таким образом, у родителей с нормальным  цветовым зрением или нормальной свертываемости крови,  дальтонизм или гемофилия может проявиться только у сыновей, которые наследуют соответствующий аллель от гетерозиготной матери – носительницы патологического гена.

К доминантным сцепленным с Х-хромосомой признакам относятся

- рахит, резистентный к витамину D (не поддающейся лечению витамином D),

- анемия примахиновая или фавизм (при приёме фенацетина, сульфамидных препаратов происходит гемолиз эритроцитов),

- гипоплазия эмали зубов истончение эмали, сопровождается изменения цвета зубов.

От больного отца и здоровой матери все дочери больны, они наследуют признак отца, а сыновья все здоровы, как мать.

В Х-хромосоме также имеются гены, играющие важную роль в половой детераминации.  

У-сцепленное наследованиегипертрихоз (волосатость ушей), ихтиоз (кожа имеет глубокую исчерченность и напоминает рыбью чешую), перепонки между пальцами ног, гены, определяющие развитие по мужскому типу, а также гены иммунокоррекции.

Гены У-хромосомы наследуются по линии гетерогаметного пола.

Псевдоаутосомное наследование

Псевдоаутосомное наследование - это наследование генов расположенных в гомологичных локусах половых Х и У хромосом.

Х и У негомологичные хромосомы, т.е. имеют разное строение, но небольшие участки (локусы) этих хромосом гомологичные, т.е. имеют аллельные гены. Гомологичные участки содержат гены, отвечающие за развитие следующих признаков: общая световая слепота, пигментная ксеродерма, пигментный ретинит, геморрагический диатез, судорожные расстройства.  Аллели этих признаков расположены как в Х хромосоме, так и У. Наследование этих признаков происходит по аутосомному типу (например: ХаХа ,

Ха Уа – геморрагический диатез).

Сцепленное наследование. Группы сцепления генов

Закономерности наследования установленные Морганом.

По мере изучения наследования признаков у различных организмов было замечено, что не все гены подчиняются менделевскому правилу свободного комбинирования. Некоторые гены обнаруживают отчетливую тенденцию к совместному или сцепленному наследованию. Это явление было впервые замечено в 1906 г  У. Бэтсеном и Р. Пеннетом они пришли к заключению, что действие третьего  з-на Менделя является ограниченным в связи с существованием явления притяжения и отталкивания генов.

Научное объяснение этому явлению дал американский ученый Т.Морган, проанализировавший наследование ряда признаков у плодовой мушки дрозофилы.

При скрещивании гомозиготных форм дрозофил, отличающихся по окраски тела и длине крыльев, в первом поколении обнаруживалось единообразие потомков:   

                                                                 Фенотип    

Р        ♀ сер. норм.    Х   ♂ черн. корот   чистые линии

                                      F1                          сер. норм.        

                                по фенотипу  100% единообразия, по генотипу 100% дигетерозигот

При дальнейшем скрещивании гибридов первого поколения с гомозиготной рецессивной особью (т.е. при анализирующим скрещивании) вместо ожидаемого свободного комбинирования признаков с Менделевским расщеплением 1:1:1:1 в потомстве наблюдались различные варианты наследования:

При скрещивании гибридного дигетерозиготного самца с рецессивной  самкой имело место полное сцепление генов (гены окраски тела и длины крыльев наследовались вместе, не давая новых комбинаций):

Р  ♀  черн. корот     Х      ♂(из F1)  сер. норм.

F2     сер. норм.     черн. корот

1             :             1

Расщепление 1:1 свидетельствовало о том, что гибридный самец дрозофилы производил только два типа гамет с исходным родительским сочетанием генов, поэтому у потомков сохранились родительские сочетания признаков.

При обратном скрещивании гибридной самки с гомозиготным рецессивным самцом, наблюдалось неполное сцепление генов, часть потомков имела новые комбинации признаков, отличные от родительских:

Р      ♀ (из F1) сер. норм.     Х          ♂ черн. корот

F2     сер. норм.     черн. корот.       сер. корот.   черн. норм.

       41,5%           41,5%              8,5%          8,5%

В этом случае в потомстве наблюдались все возможные фенотипы с различными комбинациями признаков, но количество особей с исходным родительскими  сочетаниями признаков (83%) значительно превосходило количество особей с новыми комбинациями признаков (17%). Следовательно, в этом скрещивании так же гены, отвечающие за окраску тела и длину крыльев, обнаруживали тенденцию к совместному наследованию, но в определенном проценте случаев в результате их перекомбинирования у потомков появлялись новые сочетания признаков.

Цитологическое обоснование сцепления генов в группе сцепления генов

Анализируя результаты проведенных скрещиваний, Морган пришел к выводу, что сцеплено, наследуются гены, локализованные в одной хромосоме. Они не могут свободно комбинироваться в мейозе, так как связаны единым материальным субстратом хромосомы, являясь разными локусами одной молекулы ДНК.

Перекомбинация генов в группе сцепления  возможна за счет кроссинговера, который происходит в мейозе при образовании гамет. При этом гомологичные хромосомы обмениваются одинаковыми участками с локализованными в них аллельными
генами. В результате обмена  или генетической рекомбинации образуются
качественно новые (рекомбинантные) хромосомы с новыми сочетаниями аллелей.

При отсутствии кроссинговера гены, расположенные в одной хромосоме обнаруживают полное сцепление. Такое явление проявляется у гибридного F1 самца дрозофилы BbVv вследствие того, что в гаметогенезе самцов дрозофил в норме нет кроссинговера.

                                                   черн. корот.              сер. норм.

                                                 Р  ♀  ввvv           Х   ♂ F1ВвVv

                                                                                      

                                                Ġ         вv                       ВV     вv

              50%   50%

                                                F2        Вв Vv                вв vv

                                                      сер. норм.       черн. корот.

                                                             1             :          1

У гибридной самки дрозофилы ♀ BbVv, напротив, благодаря наличию кроссинговера, обнаруживается неполное сцепление генов. При этом у нее образуются четыре типа гамет со всеми возможными  комбинациями генов, но количество их неравное. Большую часть среди них составляют некроссоверные гаметы (83%), несущие хромосомы с исходным родительским положением генов, и меньшую часть - кроссоверные гаметы(17%), содержащие рекомбинантные хромосомы с новыми комбинациями генов.

                          Р       ♀ Вв Vv              х          ♂ вв vv

кроссинговер       

                                  Ġ  ВV      вv         в V    Вv             вv

                                   41,5%   41,5%  8,5%  8,5%

                                                                некроссоверные                    кроссоверные

                                                                гаметы                                 гаметы

                                        F2   Вв Vv           вв vv             Ввv v                ввVv

                сер. норм.     черн. корот.   сер. корот.  черн. норм.

         41,5%        41,5%           8,5%       8,5%

        некроссоверные                          кроссоверные

Количество кроссоверных гамет и, соответственно, кроссоверных форм в потомстве зависит от частоты кроссинговера, а она в свою очередь, - от расстояния между генами.

Чем больше расстояние между генами, тем выше вероятность кроссинговера между ними и меньше сила сцепления, и наоборот.

 Закон Моргана: «Гены, расположенные в одной хромосоме, наследуется, сцеплено, причём сила сцепления между генами обратно пропорциональна расстоянию между ними».

Расположение генов в группе сцепления. Карта хромосом.

Открытие кроссинговера позволило разработать принцип построения генетических карт хромосом. Явление сцепления генов было использовано для выяснения локализации генов, расположенных в одной хромосоме. На основании того, что частота кроссинговера между отдельными генами в группе сцепления постоянна. Морган предложил оценивать расстояние между генами в хромосоме в относительных единицах – процентах (%) кроссинговера (по предложению советского генетика А.С.Серебровского единица, равная 1% кроссинговера, была названа морганидой). Определения между сцепленными генами проводиться путем подсчета суммарного процента кроссоверных особей в потомстве анализирующего скрещивания. Поскольку в опыте Моргана количество рекомбинантных форм по окраске тела и длине крыльев у дрозофилы составило 17% кроссинговера (или 17 морганидам). Определение аналогичным путем расстояния между другими генами в группах сцепления обнаружило линейный порядок расположения генов в хромосоме. Это позволило установить взаимное расположение генов в группах сцепления и составить генетические карты хромосом.

Генетическая карта хромосом является графическим отображением линейной последовательности расположения генов в группе сцепления   А   в      с  д      Е   р  О К  

Она не дает точного представления об истинном физическом расстоянии между генами в хромосоме, так как частота кроссинговера неодинакова по длине хромосомы (например, в околоцентромерных районах кроссинговер происходит очень редко). Чем меньше расстояние между генами в хромосоме, тем точнее процент кроссинговера отражает фактическое расстояние между ними. При больших расстояниях между генами множественный кроссинговер искажает истинное расстояние между ними. В связи с этим при составлении генетических карт хромосом расстояния между далеко отстоящими генами определяются не по частоте кроссинговера между ними, а путем сложения расстояний (в % кроссинговера) между многими промежуточными генами. Поэтому общая длина хромосомы на генетической карте может превышать 100%. В настоящее время генетические карты хромосом построены для многих биологических объектов:

дрозофилы, кукурузы, томатов, мышей, в том числе и для человека. У человека анализ сцепления генов классическими методами невозможен. Для составления карт хромосом используются: генеалогический метод, основанный на анализе родословных, методы молекулярной биологии, генной инженерии,  дифференциальной окраски хромосом, культивирования гибридных соматических клеток человек-мышь.

Основные положения хромосомной теории.

Наследственный материал дискретен и представлен отдельными генами.

Гены расположены в хромосомах и занимают в них определённое место

Гены в хромосомах расположены в линейном порядке.

Гены одной хромосомы образуют группу сцепления.

Количество групп сцепления равно числу пар гомологичных хромосом или гаплоидному набору – п хромосом. Гетерогаметный (ХУ) пол имеет на одну группу сцепления больше по «У»-хромосоме (у женщин – 23, мужчин – 24).

Гены, расположенные в одной хромосоме и признаки, зависящие от сцепления генов, наследуются совместно.

Сцепление генов может нарушаться кроссинговером, и в результате образуются рекомбинантные хромосомы.

Частота кроссинговера прямо пропорциональна расстоянию между неаллельными генами этой хромосомы. Частота кроссинговера зависит от силы сцепления между генами: чем сильнее сцеплены гены, тем меньше величина кроссинговера (обратная зависимость). Расстояние между ними выражается в условных единицах морганидах. Одна морганида равна одному проценту кроссинговера  (1 морганида = 1% кроссинговера)

Частота кроссинговера не превышает 50%. Если гены расположены на расстоянии 50 морганид, то кроссоверных и некроссоверных гамет образуется поровну.

«ЦИС»  и «ТРАНС» формы сцепления

                                                               

Форма сцепления генов влияет на процент фенотипического кроссоверного и некроссоверного соотношения  в потомстве. Например: расстояние между генами АВ равно 10 морганид. Определить некроссоверные и кроссоверные гаметы для «цис» и «транс» сцепления генов.

 

        «ЦИС»   АВ = 10 морганид.  некроссоверные гаметы АВ и ав  100 – 10 = 90 : 2  по 45%,                                             

                1 морганида = 1%   кроссоверные  гаметы   аВ и  Ав  по 5%

  

     «ТРАНС»  АВ = 10 морганид     некроссоверные гаметы аВ и Ав  100 – 10 = 90 : 2  по 45%,                                             

                                                   кроссоверные  гаметы   АВ и  ав  по 5%

9. Результаты американского ученого генетика Т. Моргана не опровергают закон независимого наследования Г. Менделя. Т. Морган изучал наследование двух пар признаков на новом объекте генетических исследований – плодовой мушке дрозофиле. Он провёл дигибридное скрещивание и получил отклонения от опытов Г. Менделя. Анализируя полученные результаты, он отрыл закон сцепленного наследования: «гены, локализованные в одной хромосоме, наследуются сцеплено». Он делает вывод, что гены анализируемых признаков – цвета тела и длины крыльев находятся в одной хромосоме, принадлежат одной группе сцепления и поэтому наследуются сцеплено  

Тогда как Г. Мендель открыл закон независимого наследования признаков, потому что анализируемые признаки у гороха - цвет  и форма  горошин контролируются генами, расположенными в разных негомологичных хромосомах .

Негомологичные хромосомы, а значит и гены, в них локализованные  комбинируются независимо друг от друга в анафазе мейоза, обнаруживая в потомстве гибридов независимое сочетание признаков.

Наследование  ограниченное и контролируемое полом.

Признаки человека, ограниченные полом. Их развитие обусловлено генами, расположенными в аутосомах обоих полов, но проявляются только у одного пола. 

Признаки, ограниченные полом. Например, гены, определяющие ширину таза женщины, молочность, локализованы в аутосомах, наследуются от отца и матери, но проявляются только у женщин. Среди мужских признаков, ограниченных полом, можно назвать количество, распределение волосяного покрова на теле, тип певческого голоса – тенор, бас, баритон, альт.

 Если генотип проявляется у обоих полов, но по-разному, то это признаки, контролируемые или зависимые, или модифицируемые полом. 

У мужчин такими признаками являются раннее облысение, подагра. Эти признаки аутосомно – доминантные и проявляются как у доминантных гомозигот АА, так и у гетерозигот Аа. У женщин лысость - рецессивна - а, и проявляется только у рецессивных форм – аа. Поэтому лысых мужчин гораздо больше, чем женщин. Ген подагры у мужчин имеет 80% пенетрантности, а у женщин 12%.  Экспрессивность признаков, обусловлена половыми гормонами, контролируется половой конституцией, начиная с периода полового созревания.


ГЕНЕТИКА ЧЕЛОВЕКА

Генетика человека сформировалась с учетом особенностей, создающих трудности при изучении наследственности и изменчивости человека.

ЧЕЛОВЕК  КАК  ОБЪЕКТ    ГЕНЕТИЧЕСКИХ   ИССЛЕДОВАНИЙ

Основные генетические закономерности имеют универсальное значение и в полной мере приложимы к человеку.

Для человека характерны все известные в генетике типы  наследования признаков: доминантные, кодоминантные, рецессивные, аутосомные и сцепленные с половыми хромосомами, ограниченные и контролируемые полом.

Человек, как объект генетических исследований, имеет специфику, которая создает значительные трудности (недостатки) в изучении его наследственности и изменчивости:

невозможно использовать основной метод в генетике – гибридологический, невозможно скрещивать в искусственных условиях, т.е. проведения прямых экспериментов;

сложный кариотип - большое число хромосом в кариотипе: 2п - 46,

большое число групп сцепления – у женщин – 23, у мужчин – 24. Аутосомных – 22 и две по половым хромосомам: по Х  и У хромосомам;

немногочисленное потомство – невозможно проводить статистический анализ. Человек - одноплодная особь (за одну беременность, как правило, рождается один ребенок), исключение - рождение  близнецов,

малое количество детей в браке,

невозможность формировать необходимую схему брака, так как
люди свободно вступают в брак (в основе браков лежат любые мотивы,
кроме научно-исследовательских целей)

позднее половое созревание- продолжительность цикла развития до наступления половой зрелости,

редкая смена поколений – одно поколение у человека 25 лет

продолжительность жизни соизмерима с жизнью исследователя, одновременно можно наблюдать и проанализировать 3 – 4 поколения.

невозможность создания одинаковых условий, среда для человека более широкое понятие, чем для животных и растений. Наряду с питанием, климатом и др. абиотическими и биотическими факторами, средой для человека являются и социальные факторы, трудно изменяемые по желанию исследователя

характерен большой генотипический и фенотипический полиморфизм(наличие в пределах одного вида резко различаться особей друг от друга)

К достоинствам (преимущества) человека, как объекта генетических исследований  можно отнести:

исчерпывающие знания по анатомии и физиологии человека,

большое число изученных мутаций, пополняемых и в настоящее время,

многочисленность человеческой популяции в целом, позволяют всегда выбрать нужную схему брака.


Пути компенсации «недостатков человека» как объекта генетических исследований  можно отнести:

возможность выбора из популяции брачных пар, которые соответствуют целям генетического исследования

в больших популяциях можно выбрать достаточное количество семей с данным признаком для проведения статистического анализа.

возможность подбора и регистрации в течение длительного времени семей с интересующими исследователя признаками. В некоторых семьях определённые признаки прослеживаются на протяжении многих поколений

высокая степень изученности фенотипа человека методами анатомии, физиологии, иммунологии, биохимии в клинике врачами всех специальностей

разработка новейших методов работы с ДНК, методов гибридизации соматических клеток человека и животных, что позволяет эффективно осуществлять картирование человеческих хромосом, т.е. определять расположение генов в хромосомах.

В связи с этим исследования в области генетики человека и медицинской генетики проводятся с помощью методов, учитывающих особенность человека, как генетического объекта. К таким методам относятся: основные и дополнительные методы.

Основные: генеалогический, близнецовый, цитогенетический, популяционно-статистический.

Дополнительные: биохимический, микробиологический, гибридизация соматических клеток, дерматоглифический, моделирование, клинический.  


ГЕНЕАЛОГИЧЕСКИЙ МЕТОД

Основой метода является составление родословной и её последующий анализ. Задачами этого метода является установление наследственного характера признака и определение типа наследования. Даёт возможность изучать явление сцепленного наследования и взаимодействия генов, определить пенетрантность аллелей. Он лежит в основе медико-генетического консультирования.

Составление родословной – это сбор сведений о семье. Начинается с человека, обратившегося в врачу – генетику. Человек с которого начинают составлять родословную называется  п ро б а н д о м. При составлении родословной используют стандартные символы. Поколения в родословной обозначают римскими цифрами, которые ставят слева от родословной. Арабскими цифрами нумеруют потомство одного поколения слева направо. Братья и сестры располагаются в порядке рождения.

СИМВОЛЫ РОДОСЛОВНОЙ.

Генетический анализ родословной.

Установление наследственного характера заболевания:

а) признак наследственный, если он не единичный в родословной

б) признак единичный в родословной, он может быть:

ненаследственный – результат мутации,

наследственный – рецессивный

доминантный, но  с низкой пенетрантностью

результат взаимодействия генов

результат кроссинговера

Типа наследования (доминантный или рецессивный признак). Встречается ли признак во всех поколениях, многие ли члены родословной обладают этим признаком

а) если признак доминантный:

то он встречается часто в каждом поколении, как по вертикали, так и горизонтали;

если болен один из родителей, то признак проявится в первом поколении или у 50% потомства, или 100%

если больны оба родителя, то признак проявится у 75% или 100%потомства

б) если признак рецессивный:

признак встречается редко, не во всех поколениях, наследование по горизонтали

наблюдается перескок через поколение

при наличии признака у родителей и всего потомства

проявляется у детей, родители которых не имеют этого признака

при наличии признака у одного из родителей признак проявится у половины 50% потомства, либо вообще не проявится.

Характера наследования признака (аутосомный или сцепленный с полом).

Предлагаем рабочую гипотезу о сцепленном с полом наследовании. Согласно легенде определяем зиготность анализируемых членов родословной, расписываем их генотип. Рассматриваем несколько примеров (семейных пар) по одной родословной, предполагая, что ген локализован в Х – хромосоме составляем и решаем генетические задачи, анализируя:

появления частоты признака  у лиц обоих полов, у лиц какого пола встречается чаще

лицам, какого пола передаётся признак от отца или матери.


Делаем вывод:

а) аутосомно – рецессивный или аутосомно – доминантный,

если проявляется с одинаковой частотой у мальчиков и девочек,

б) признак доминантный сцепленный с полом - ХА.   если: 

признак чаще встречается у лиц женского пола,

от отца признак переходит всем дочерям, а все сыновья похожи на мать, то

Р Ха Ха   х ♂  ХА У  

      Г       Ха                   ХА  

                                                   У  

в     F девочки ♀ ХА Хa, а мальчики  ♂ Ха У (крисс –кросс или бисс-кросс: наследование – от отца дочерям, от матери сыновьям).

если у матери доминантный признак (ХА Х..), а у отца рецессивный (Ха У), то передача признака происходит вне зависимости от пола (затрудняет определения характера наследования признака)

в)  признак рецессивный сцепленный с полом   Ха если:

признак чаще встречается у лиц мужского пола

наблюдается перескок через поколение, от «деда внуку» (метод «деда»)

вероятность наследования 25% от всех детей и 50% у мальчиков,

девочки 100% здоровы,

при условии:

Р ХА Ха     х ХА У  

Г        ХА                 ХА

              Ха               У  

F    ХА ХА ,   ХА Ха ,   ХА У,   Ха У    -  25% от всех детей

(родители здоровы, но мать гетерозиготна ХА Ха , то она передаёт Ха как мальчикам так и девочкам, у мальчиков в силу гемизиготности ХаУ признак проявляется, а у девочек нет они все девочки здоровы, т.к. они от отца наследуют ХА, но часть девочек становятся носительницами патологического гена ХА Ха

На основании полученных данных делаем вывод: о типе и характере наследования признака:

аутосомно – доминантный или

аутосомно – рецессивный,

сцепленный с Х – хромосомой доминантный или рецессивный,

голандрический (сцепленный с У - хромосомой), если признак передается только по мужской линиии.

Определение пенетрантности.

Пенетрантность гена, по формуле K =  х 100%,  где К – пенетрантность, n – количество больных потомков, N – общее количество потомков.

Определение вероятности рождения ребенка в семье с наследственной патологией (на основе решения генетической задачи)

Определение взаимодействия аллельных и неаллельных генов и их тип (полное доминирование, неполное доминирование, кодоминирование, эпистаз, комплементарность)

ДЕРМАТОГЛИФИЧЕСКИЙ МЕТОД

Дерматоглифика- наука, изучающая узоры на коже.

Наука о папиллярных линиях, контролируемых генотипом, узоры индивидуальны и сохраняются в течение всей жизни, их практически невозможно удалить. Поэтому их изучение используют для определения зиготности близнецов, идентификации личности, для установления отцовства, в криминалистике, для диагностики хромосомных болезней.

Классификация:

- Дактилоскопия – изучение узоров на подушечках пальцев

- Пальмоскопия – изучение узоров на ладонях

- Плантоскопия – изучение узоров на подошве стопы

ДАКТИЛОСКОПИЧЕСКИЕ показатели:

1. Тип узора (качественный показатель)

2. Дельтовый индекс (количественный показатель)

3. Гребневой счёт (количественный показатель)

1. Типы узоров:

Дуга (англ. arch)

Петля (англ.loop)

Двойная петля

Завиток (англ.whorl)

A- 5-6%

LU>LR

L – 62%

2L

W

32%

Dl=0

Dl=1

Dl=2

Dl=2

А – дуга полузамкнутый простой рисунок

L -  полузамкнутый узор, различают по направлению открытого конца – ульнарный (LU –  петля ульнарная, рисунок открывается в сторону мизинца) и радиальный (LR – петля радиальная, рисунок открывается в сторону большого пальца )

Wконцентрический узор

Узорная формула:  D (правая рука)  - I     II     III     IV     V        

                                                                   W  LR     A     2L    LU

S (левая рука)  -  I     II     III     IV     V    

                              W   LU   LU    W     A                                                                                                      

2. Дельтовый индекс

Dl – дельта (треугольник) образуется в результате схождения папиллярных линий, идущих из 3-ех направлений и нигде не пресекающихся.

Дельтовый индекс равен   сумме дельт на 10 пальцах и колеблется от 0 до 20  дельт

Aдуга не имеет трирадиуса Dl = 0

LU, LRпетля имеет один трирадиус Dl = 1

2Lдвойная петля имеет два трирадиуса Dl = 2

Wзавиток имеет два трирадиуса Dl = 2

3. Гребневой счёт (Q) – это количество папиллярных линий, пересекающих прямую проведенную из центра рисунка в центр радиуса.

Тип узора

W

LU

2L

A

LR

Номер пальца

1(I)

большой

2(II)

указательный

3(III)

средний

4(IY)

безымянный

5(Y)

мизинец

Dl

2

1

2

0

1

 Σ = 6

Q

27

10

20

0

13

Σ = 70

В норме гребневой счёт равен Q10 = 127±50 ♀

                                                   Q10 = 145±50 ♂

ПАЛЬМОСКОПИЯ:

1. Ладонные подушечки – это шесть возвышений окружающих           

    центральную ямку на ладони:

а. Тенар

б. Гипотенар

в. Ладонные межпальцевые подушечки (4 штуки)

а. Тенар у основания большого пальца

б. Гипотенар – у противоположного края ладони

в. Межпальцевые подушечки расположенные у межпальцевых промежутков от I  - Y пальцев

 2. Ладонные складки (В норме – 5, реже 4)

Пястно-фаланговая

Дистальная, трёхпальцевая, поперечная

Проксимальная, 5-ти пальцевая, косая

Складка большого пальца.

Запястная, карпальная, браслетная

При соединении дистальной и проксимальной складок образуется ЧПЛ четырёхпальцевая складка или борозда ЧПБ. Количество ладонных складок при этом уменьшается с 5 до 4. Образование ЧПЛ происходит в норме 5-6% случаях. 100% характерно для хромосомных синдромов.

3. Ладонные поля

Ладонные поля

Индекс

полей

Индекс полей по Камминсу

Тенар

1

1

Область карпальной складки – между тенаром и гипотенаром

2

2

Гипотенар

3

3

Область между гипотенаром. и проксимальной складкой – над гипотенаром

4

4

Область между проксимальной и дистальной складкой

5I

5

Область между дистальной и пястно-фаланговой складкой

5II

6

Основание пятого  пальца

6

1

Межпальцевая область между 5 и 4 пальцем

7

2

Основание четвёртого  пальца

8

3

Межпальцевая область между 4 и 3 пальцем

9

4

Основание 3-его пальца

10

5

Межпальцевая область между 3 и 2 пальцем

11

6

Основание 2-ого  пальца

12

7

Межпальцевая область между 2 и 1 пальцем

13

8

4. Ладонные пальцевые трирадиусы (треугольники), лежат у основания I IY - пальцев

  

      II         III              IY    Y              

 

    a           b  c      d       дельта, трирадиусы обозначаются прописными буквами лат. алфавита (a, b, c, d)

Первые a, b, в норме всегда присутствуют,  c  и  d могут отсутствовать. Также могут появляться дополнительные межпальцевые трирадиусы a1, b1, c1 d1


5. Главные ладонные линии
 -

обозначаются заглавными буквами  латинского алфавита  (А, B,С, D)

Они начинаются от ладонных трирадиусов    a  b  c d   и заканчиваются в определенных полях.

 Формула для главных ладонных линий:    A      B      C       D

                                                                        5’       7       9       11

Главная ладонная линия А  берёт начало от трирадиуса а и наиболее часто заканчивается в полях 5I , 3, 4, реже в полях 5II , 2.

Главная ладонная линия В берет свое начало от трирадиуса в и наиболее часто заканчивается в полях 5", 7, 6, реже — в 5', 8, 9.

Главная ладонная линия С берет начало от трирадиуса с, она наиболее вариабельна, может отсутствовать вместе с трирадиусом  с. Чаще всего оканчивается в полях 7 и 9.

Главная ладонная линия Д берет начало от трирадиуса d и идет к полям 7, 9, 11.

6. Индекс Камминсасумма полей выхода главных ладонных линий A и D  по индексу полей Камминса           ИК= А + D

    A    B  C      D       ® главные ладонные линии

    5                      6       →  номер поля по Камминсу

    ИК= 5 + 6 = 11

7. Угол atd  - главный осевой ладонный трирадиус.

Трирадиус t  находится в проксимальной части ладони в близи браслетной складки.

Угол  atd, образуется  при пересечении линий проведённых от трирадиусов a и d к трирадиусу t.   В норме угол atd равен 57°, при болезни Дауна — 81°, при трисомии по другим аутосомам — 108°.

atd = 57º (норма)

at1d 81º (с. Дауна)

atIId > 100º (с.Патау, с.Эдвардса)

t – трирадиус, который  расположен к проксимальному краю ладони.

a   d

 t

 

 


Дерматоглифические показатели.

Аутосомные анеуплоидии

1) 47,+21,xxс. Дауна (ЧПЛ, atd > 81º, одна складка на мизинце, преобладают петли)

2) 47,+18,ху(хх) – с. Патау (LR>LU, at''d > 100º, ЧПЛ)

3) 47,+18, хх(ху) с. Эдвардса (подушечки слабо выражены, только дуги А, ЧПЛ, atd > 100º)

Гоносомные:

1) с. Тернера-Шерешевского

♀ 45, хо (W>L, возрастает Q и Dl, atd смещается дистально и ульнарно atd > 57º)

2) с. Клайнфельтера

♂ 47,хху ( А больше, Dl и Q снижается, atd < 57º)


Цитогенетический метод.

Цитогенетический метод основан на микроскопическом исследовании хромосом –

  •  кариотипа (индивидуального набора хромосом в норме, а также при геномных и хромосомных мутациях)
  •  полового хроматина

Позволяет выявлять

геномные мутации:

         а) полиплоидии,

         б) анеуплоидии – трисомии    2п + 1 (с. Дауна, Эдварса, Патау, Клайнфельтера),

                                     - моносомии 2п – 1 (Тернера - Шерешевского),

                                     - нулисомии  2п – 2

         в) мозаицизм  46/45 хромосом в группах клеток

хромосомные абберации – транслокации (с. Дауна), делеции (с. «Кошачьего крика», Вольфа - Хиршхорна)

микрохромосомные перестройки при моногенных синдромах (филадельфийская хромосома - делеция 21 хромосомы – миелолейкоз - белокровие)

Этапы цитогенетического метода:

подбор клеточного материала,

культивирование соматических клеток на искусственных питательных средах (клетки человека быстро размножаются на питательных средах)

добавление ФГА  - фитогемагглютинина – стимулятора митоза,

добавление колхицина – мутагена разрушающего веретено деления во время митоза, для остановки митоза на стадии метафазы

обработка клеток гипотоническим раствором, вследствие хромосомы набухают, рассыпаются и лежат свободно

окрашивание хромосом

изучение под микроскопом, фотографирование

вырезание и построение идеограммы

Основные сведения о морфологии хромосом человека получены при изучении их в метафазах митоза прометафазе-метафазе мейоза. При этом важно, чтобы количество делящихся клеток, было достаточно велико.

Подбор клеточного материала. Культивирование

Препараты хромосом можно приготовить из всех тканей и клеточных суспензий, содержащих делящиеся клетки. У человека в большинстве случаев используют препараты из клеток костного мозга, кратковременной культуры крови или из длительной культуры фибробластов кожи. Используют биоптаты семенников, слущенные эмбриональные клетки плода (аминиоцентез), плацетобиопсия (биопсия плода – хорионбиопсия и плаценты).

Наиболее простым и доступным методом является культивирование клеток крови. Пункция костного мозга или биопсия кожи для культивирования фибробластов технически сложнее, и к тому же аспирация костного мозга – весьма неприятная процедура. Препараты из костного мозга имеют, однако, то преимущество, что дают возможность изучать митозы in vivo, вне культуры клеток, а сразу после взятия материала у пациента.

В крови здоровых людей нет делящихся клеток. Однако митоз этих клеток можно стимулировать искусственно, обработав их стимулятором митоза фитогемагглютинином ФГА. Берут один миллилитр периферической крови. Суспензию лейкоцитов выращивают в культуральной среде in vitro 72 часа и затем готовят препараты хромосом. Чтобы остановить клетки в прометафазе, подавляют образование веретена деления веществами с колхицином. Для свободного распределения хромосом в плоскости препарата клетки обрабатывают гипотоническим раствором. Затем каплю суспензии наносят на стекло и окрашивают.

Окрашивание.

Наиболее простой способ окрашивания – простая рутинная сплошная по всей длине хромосомы основным (щелочным) красителем Гимза или 2% - ным ацетоорсеином или ацеткармином. Эти красители окрашивают хромосомы целиком, равномерно и интенсивно. Для выявления численных аномалий хромосом этот метод вполне достаточен.

Для получения более детальной картины структуры хромосом или их сегментов используют различные способы дифференциального окрашивания. Методы дифференциальной окраски хромосом основаны на действии солевых растворов с определённым Ph, температурным режимом, обработкой ферментами протеазами. Этими методами установлена четкая структурная разнородность хромосом по длине на красящиеся (тёмные - гетерохроматин) и некрасящиеся (светлые - эухроматин) полосы. Дифференциальное окрашивание приводит к появлению линейного рисунка по длине хромосомы. Окрашивание может охватывать отдельные районы. Рисунок этих полос специфичен, индивидуален для каждой пары хромосом. Рисунок сегментации зависит от особенностей неоднородности целостного комплекса ДНК – белок в разных участках по длине хромосом.

Различные типы сегментов обозначают по методам, с помощью которых они выявляются наиболее отчетливо.

Способы дифференциального окрашивания: Q, G, R, C, T - окрашивание.

а) Q – сегменты (quinacrine, акрихин) – участки хромосом способных связывать флюорохромы, флюоресцирующие (яркое свечение) после окрашивания акрихин – ипритом. Q – сегменты соответствуют участкам богатым АТ парам (55 – 65%) ДНК и содержат тканеспецифические гены, реплицирующиеся во второй половине S – периода интерфазы. Преимущество Q метода состоит в том, что позволяет даже в интерфазном ядре идентифицировать «У» хромосому человека по яркой флуоресценции в виде парных светящихся точек. Для просмотра таких препаратов используют люминесцентный микроскоп.

б) G – сегменты (Gitmsa, Гимза) выявляются при окрашивании красителем Гимза в сочетании с дополнительными протеолитическими процедурами, которые способствуют тому, что краситель адсорбируется наиболее интенсивно на определённых  G – сегментах (образуя тёмные диски -  гетерохроматиновые участки и светлые - эухроматиновые). Этот метод чаще используют в повседневной работе большинства лабораторий, поскольку он не требует использование флуоресцентного микроскопа. Q и G сегменты совпадают.  К разновидностям окрашивания по методу Гимзы относятся R и С – окрашиваемость

в) R – сегменты (reverse, обратные) окрашиваются после тепловой денатурации и располагаются между Q и G сегментами. Окрашенные и неокрашенные сегменты располагаются обратно тому, что наблюдается при G и Q – окрашивании.  R – сегменты, соответствуют участкам богатым ГЦ – парам (50 – 60%) ДНК, которые более устойчивы к тепловой денатурации. Они содержат общеклеточные гены, реплицирующиеся в первой половине S – периода интерфазы (на G и Q окрашенных хромосомах это светлые – эухроматиновые участки).  На Rокрашенных хромосомах это тёмные  эухроматиновые. Гетерохроматиновые и околоцентромерные районы остаются светлыми

        

             G                                                                                                       R

Схематичное  изображение дифференциальной G и  R окраски хромосом кариотипа человека

г) С– сегменты (constituve heterochromatin, конститутивный гетерохроматин) окрашивают прицентромерные районы хромосом, более устойчивые к химическим и физическим повреждениям. В этих участках ДНК с многократно повторяющимися последовательностями. С – окрашивание позволяет выявить сегменты центромерных участков коротких плеч 13, 14, 15, 21, 22, и У хромосом. Это окрашивание выявляет, структурный, или конститутивный гетерохроматин.

д) Т – сегменты, окрашивание теломерных концевых зон хромосом.

Достижения молекулярной цитогенетики позволили внедрить в клиническую цитогенетику новых технологий, таких как ДНК диагностика, гибридизация нуклеиновых кислот на препарате in siti, а также компьютерных систем для анализа хромосом. ДНК диагностика основана на использовании технологии рекомбинантных молекул ДНК для выявления молекулярно генетического  дефекта хромосом. Флуоресцентная гибридизация  на препарате in siti FISH - Fluorescent In Situ Hybrization включает применение специально подготовленных (флюоресцирующих) ДНК проб. ДНК – зонды  представляют собой клонированные фрагменты генома человека для выявления генетических дефектов на хромосомном уровне. При этом используется многоцветовая флуоресцентная

in siti гибридизация ДНК на препарате метафазных хромосом или интерфазных клеток для маркировки хромосом или их участков. Данная диагностика, охватывает практически весь спектр хромосомных аномалий, что в первую очередь позволяет выделять редкие хромосомные синдромы. Метод FISH может применяться и для диагностики анеуплоидий в интерфазных ядрах.

Классификация хромосом

Группа А (1 – 3) – 6 хромосом, три наиболее крупных хромосом: первая и третья пары метацентрические, а вторая умеренно субметацентрическая

Группа В (4 - 5) – 4 хромосомы, две пары длинных больших субметацентриков, неразличимых по размеру и морфологическим признакам.

Группа С (6 - 12) – 14 хромосом, семь пар аутосом средней величины с субмедианно расположенной центромерой.  К этой группе относится половая Х-хромосома, она сходна с самыми крупными хромосомами из группы  С – 6 и 7.

Группа Д (13 - 15) – 6 хромосом, три пары больших (средней величины) акроцентриков не различимых между собой.

Группа Е (16 - 18) – 6 хромосом, три пары малых субметацентрических хромосом  16 – хромосома имеет почти медианную локализацию центромеры, а 18 –пара хромосом более акроцентрична, т.е отлтчается меньшей длиной коротких плеч

Группа F (19 - 20) – 4 хромосомы, две пары маленьких метацентриков

Группа G (21 - 22) – 4 аутосомы, две пары мелких акроцентриков. Эти хромосомы неразличимы. К  этой группе относится У-хромосома (мелкий акроцентрик)

Половые хромосомы  Х и У распределяются в конце идеограммы.

Анализ фотокариограммы нормального кариотипа человека.

Хромосомы окрашены простым рутинным способом,  краситель распределяется равномерно по всей длине хромосомы, поэтому они подлежат группой идентификации.

На фотографии метафазной пластинки (46, ХХ – женский кариотип или 46,ХУ – мужской кариотип) находят хромосомы и обводят (в кружок):                                                                                                     

1. первыми  выделяют группу G - красным карандашом маленькие акроцентрики группы  G  21,22 пары - их 4 - две пары, если это женский кариотип (46, ХХ)  или 5 акроцентриков, если это мужской кариотип (46, ХУ) с акроцентрической  У хромосомой идендифицируемой с хромосомами группы G.

2. вторыми выделяют группу Д, и обводят синим карандашом крупные акроцентрики группы Д 13–15 три пары аутосом  - их 6 .                                                                                                                                                                                                                                         

3. третья группа  выделяют группу Е - коричневым карандашом - их 6 аутосом  – 3 пары . Хромосомы группы Е (16 – 18 пары) идентифицируют индивидуально: 16-  хромосома – более метацентрик, 17-ая – субметацентрик, 18-ая –более акроцентрическая хромосома. Это хромосомы мелких размеров, они выделяются                                                                                             

4. четвёртая  группа  выделяют группу F - зеленым карандашом выделяют маленькие метацентрики группы F 19, 20 пары, их 4 – 2 пары.                                                                                                                                                                                          

5. прятая группа выделяют группу А. Далее  идентифицируют  хромосомы группы А:  1-я пара - самые большие метацентрики, 2-я пара хромосом – самые большие субметацентрики и 3-я пары хромосомы  большие метацентрики, но меньше первой пары хромосом. Выделяют эти хромосомы черным (простым) карандашом - их 6 – 3 пары.                  

6. шестая группа выделяют группу В.  Хромосомы группы В - типичные субметацентрики  крупных размеров (4, 5 пары). Их отмечают произвольно, возле каждой хромосомы ставят номер (4,4 5,5)                                                                                  

7. седьмая группа С. Оставшиеся хромосомы - это хромосомы группы С и Х - половые хромосомы подлежат групповой идентификации. Хромосом группы С их 14 аутосом.Они средних размеров, типичные субметацентрики  Выделяют эти хромосомы желтым карандашом в последнюю очередь.

Половые хромосомы: Х - хромосому выделяют желтым цветом вместе с хромосомами группы – С.

У- красным цветом  – маленький акроцентрик, похож на хромосомы  группы  G.

Затем на метафазной пластинке подсчитывают общее число хромосом. В нормальном кариотипе  человека оно равно 46.

Определяют пол по количеству самых мелких акроцентрических хромосом из группы G  и хромосом из группы С:

Если кариотип – 46, ХХ – женский, то в группе С будет 16 хромосом: из них 14 аутосом группы С плюс две половые Х-хромосомы. А в группе G 4 - акроцентрика

Если мужской кариотип 46, ХУ, то в группе С будет 15 хромосом: 14 – аутосом группы С и одна половая Х-хромосома и в группе G – пять акроцентриков                                                                                                                                                   

Идентифицированные хромосомы вырезают, раскладывают по группам. А, В, С, D, Е, F, G, нумеруют пары от 1 по 22 и  приклеивают в альбом. Половые хромосомы располагают в конце идеограммы.

Символика хромосом

Кариотип человека в норме и при хромосомных заболеваниях требуют унифицированной символики хромосом. В настоящее время исследователи всего мира – клинические генетики, невропатологи, педиатры, психологи, психиатры используют «Международную систему для цитогенетической номенклатуры хромосом человека». Согласно последней номенклатуре такие морфологические признаки хромосом, как теломеры, центромеры, специфические полосы по длине хромосомы, используются в качестве сравнительных знаков. В хромосоме выделяют -  короткое p и длинное - q плечи хромосом. В каждом плече выделяют районы, полосы и сегменты, которые пронумерованы от центромеры к теломеры, например, запись – 6 q 2,3 указывает на то, что это хромосома 6, длинное плечо q, район 2, сегмент 3. Районы и сегменты на хромосомах проявляются после дифференциального окрашивания хромосом различными методами Q, G, R, C, T.

В номенклатуре существует следующие обозначения для описания нормальных кариотипов 46, ХХ девочка и 46, ХУ мальчик. В начале кариотипа записывается общее число хромосом, включая половые хромосомы. Затем записываем половые хромосомы.

Численные аномалии обозначаются изменением числа хромосом в кариотипе и указанием (+) или (–) той или иной присутствующей или отсутствующей хромосомы. Исключением являются половые хромосомы, при количественных аномалиях которых (+) или (–) никогда не ставятся. Причём отсутствие одного из гомологов хромосом или его части (делеция) в кариотипе, несмотря на тип мутации (численной или структурной), носит название моносомии – полной или частичной, а присутствие – трисомии полной или частичной. Полиплоидии отражаются только числом хромосом (69).  

АУТОСОМНЫЕ ГЕНОМНЫЕ  АНЕУПЛОИДИИ

В начале кариотипа записываем общее число хромосом, включая половые хромосомы. Затем записываем половые хромосомы. Знак плюс или минус ставится перед хромосомой для указания на добавочную или отсутствующую хромосому.

существует три цитогенетических формы синдрома Дауна: регулярная (простая) трисомия (93%), транслокационная (5%), мозаичная (2%). Регулярная трисомия синдрома Дауна в цитогенетической номенклатуре записывается как  47,ХХ,+ 21(девочка) и 47,ХУ,+21(мальчик). Показано, что критический сегмент, отвечающий за фенотипическое проявление синдрома Дауна, расположен в участке 21q22.

Синдром Патау -  цитогенетически различают три формы: простая трисомия (75%), транслокационная (20%), мозаичная (5%), Простая трисомия синдрома Патау формула кариотипа 47,ХХ,+13(девочка), 1: 1 47,ХУ,+13(мальчик)

Синдром Эдварса 47,ХХ,+18 девочки рождаются значительно чаще

Запись ГОНОСОМНЫХ АНЕУПЛОИДИЙ:

синдром Тернера45,ХО, (девочка) полная моносомия, существует несколько цитогенетических вариантов, в том числе мозаичных форм

синдром трипло – «Х»47, ХХХ (девочка) полная трисомия

синдром Клайнфельтера 47, ХХУ, (мальчик), существует несколько цитогенетических вариантов синдром дисомии по «У» хромосоме  47, ХУУ (мальчик),

Структурные аномалии типа делеций, дупликаций, инверсий, инсерций и транслокаций обозначают как: del(-), dup(+), inv, ins и t соответственно, центрические робертсоновские - rob. Когда необходимо обозначить какой – либо участок при описании аномалий хромосом, то вначале пишут число хромосом в кариотипе, затем номер хромосомы в которой произошла мутация, потом символ плеча (p или q) и знаки плюс или минус записываем после символа плеча. 46,ХХ, del, Х p – женский кариотип с 46 хромосомами и делецией длинного плеча Х – хромосомы. 45,ХХ, rob 15,16 – кариотип с 45 хромосомами и робертсоновской транслокацией, 46,ХУ, t 2,5, q21, q31 – транслокация произошла между сегментами 21 и 31 длинных плеч 2 и 5 хромосом.

Запись АУТОСОМНЫХ АББЕРАЦИЙ:

1. Синдром Вольфа – Хиршхорна – частичная моносомия - делеция (утрата части генетического материала) короткого плеча 4 хромосомы

Формула синдрома Вольфа – Хиршхорна  - 46,4 p  , ХУ, утрата сегмента p 16

2. Синдром «крика кошки» - частичная моносомия  делеция короткого плеча 5 хромосомы, формула синдрома: 46, 5p ,ХХ,  утрата сегмента  p 15

3. Филадельфийская хромосома Ph делеция 21 хромосомы, впервые описана в Филадельфии. Она выявляется только в клетках кроветворной системы - костного мозга, гранулоцитах. Мутантная клетка вытесняет нормальные кроветворные. У носителей этой мутации развивается хронический миелолейкоз. При синдроме Дауна острый лейкоз возникает в 10 – 20 раз чаще, чем среди общей популяции.

4. Транслокационные центрические робертсоновские - rob формы:

синдрома ДАУНА 46,t 21/21,ХХ; 46,t 21/15,ХУ ( чаще на 15, реже 14, еще реже на 21, 22 и У хромосомы); синдрома ПАТАУ – 46, t 13/13, ХХ;  46,t 13/15,ХУ.

Мозаичные формы

Эта группа заболеваний, вызванная соматическими мутациями на первых стадиях онтогенеза – дробления. Дети – мозаики могут появляться у здоровых родителей.

При  мозаицизме mos обозначают кариотип каждoго  аномального и нормального клона клеток, после чего записывают в скобках [ ]. Число проанализированных клеток, кариотипы разных клонов обозначают косой чертой /. Нормальный клон всегда обозначается последним  

Мозаичный синдром Дауна mos 47,ХХ, +21[60]/46,ХХ[40], запись кариотипа говорит о том, что у девочки с мозаичной формой с. Дауна при анализе 100 клеток обнаружено 40 клеток с нормальным кариотипом и 60 клеток с простой трисомией по 21 хромосоме.

Мозаичный синдром Тернера 45,ХО, [80]/ 46,ХХ [20] или 45,ХО[30]/ 47,ХХХ[70]

ПОЛОВОЙ ХРОМАТИН

В 1949 г. Барр и Бертрам в ядрах нейронов самок кошек обнаружили интенсивно, окрашенную глыбку хроматина. Она имеет треугольную форму и прилежит к внутренней мембране ядра. Далее было установлено, что только одна из двух Х-хромосом в соматических клетках женских особей функционально активна, другая конденсируется (факультативные гетерохроматин), и в интерфазном ядре образует Х-хроматин, или тельце Барра. Этот процесс имеет случайный характер в эмбриональном периоде. В норме у женщин (46, ХХ)– одно тельце Барра, у мужчин (46, ХУ) оно отсутствует. Изменение числа Х-хромосом ведёт к изменению числа телец Барра.

Количество телец Барра всегда на единицу меньше, чем количество половых Х-хромосом в кариотипе. Сумма п Х – 1. 

Этот феномен получил название правила С Т Ю А Р Т А.  Например, если кариотип 47, ХХХ, то три Х-хромосом минус одна, равняется два тельца Барра. Присутствие полового хроматина у мужчин, а также наличие дополнительных или отсутствие телец Барра у женщин характерно для нарушений в системе половых хромосом.

Увеличение числа У-хромосм приводит к увеличению флуоресцирующих телец в интерфазных ядрах, названных У-хроматином.

Разработан экспресс-метод определения полового хроматина в соскобе буккального эпителия слизистой щеки. Материал соскоба, полученный с помощью шпателя, переносится на предметное стекло и окрашивается 1% -ным раствором ацетоарсеина, накрывается покровным стеклом и изучается с помощью светового микроскопа.

Используют определение полового хроматина для:

Своевременное определение пола в решении вопросов, о наследственных  сцепленных с полом заболеваний,

Экспресс-диагностики хромосомных болезней, связанных с нарушением комплекса половых хромосом это с. Клайнфельтера 47, ХХУ. 48, ХХХУ, Тернера 45, ХО, Морриса 46, ХУ – женский фенотип, трипло – Х – суперженщина 47, ХХХ, дисомию по У-хромосоме 47, ХХУ. Возможность выявить мозаицизм по половым хромосомам – гинандроморфизм – ХХУ/ХХ проявляются как, женские так и мужские признаки. Описаны самые разнообразные формы кариотипов ХУ/ХО, ХХ/ХО, ХХХ/ХО,ХХ/ХХХ, тройные мозаики ХО/ХХ/ХХХ.

Определение пола в судебной медицине

В онкологии для определения опухоли по половому хроматину и выбора правильного гормонального лечения

Цитогенетический метод применяется для:

диагностики хромосомных и геномных болезней

изучения хромосомных и геномных мутаций

определения пола при нарушении половой дифференцировки фенотипа

изучения полового хроматина

Метод генетики соматических клеток

Этот метод представляет собой культивирование, клонирование, гибридизацию и селекцию соматических клеток. КЛОНИРОВАНИЕ – получение потомков (большого числа клеток) от одной клетки за счет деления. Клонированные клетки используют для получения большого числа клеток для хромосомного анализа,  для изучения особенностей обмена, для количественного учета мутаций, для доказательства гетерогенности клеточных популяций.

Селекция в генетике соматических клеток  применяют для отбора мутантов по резистентности, ауксотрофности. Отбор мутантов по резистентности основан на их выживании в присутствии, какого – либо летального фактора. Отбор ауксотрофных клеток основан на их свойствах использовать для своего роста строго определенные вещества, не синтезируемые клеткой.

Путем гибридизации устанавливается локализация генов в хромосомах. Гибридизация основана на слиянии совместно культивируемых клеток двух разных типов. Гибридные клетки или гетерокарионы, содержат ядра с хромосомными наборами двух разных видов, например человека и мыши, человека и крысы, человека и китайского хомячка. Генотипы таких клеток находятся в состоянии дисбаланса и поэтому при клеточном делении гетерокарионы обычно теряют часть хромосом. В разных гибридных клетках утрачиваются хромосомы одного вида. В гибридных клетках «человек - мышь» постепенно исчезают хромосомы человека. Постепенная утрата хромосом человека может привести в конечном итоге к сохранению единственной хромосомы. Так сохранение 9 хромосомы человека в  гибридной клетке «человек - мышь»  позволило установить, что в ответ на введение вируса  клетки этого клона начали вырабатывать интерферон. Поэтому установили, что ген ответственный за синтез интерферона расположен в 9 хромосоме.   

Методы моделирования

Разработаны два метода: биологическое  и  математическое  моделирование.                                                                                      С помощью этих методов решаются  разные задачи , имеющее значение как для разработки теоретических основ генетики человека, так и для практического медико-биологического консультирования.

Биологическое моделирование – это использование животных , имеющих наследованные аномалии, соответствующие аномалиям человека.

Используется в генетике для:

изучения патогенеза наследственных заболеваний.

разработки методов их лечения.

Математическое моделирование – основано на использовании компьютерных технологий. С помощью этого метода изучаются:

Распространение мутаций в популяциях при разных условиях действие отбора;

Влияние экспериментальных эволюционных факторов в разных сочетаниях на генофонд популяций при распространении наследственной патологии.

                         

лизнецовый метод

Это метод изучения генетических закономерностей на близнецах. Впервые он был предложен Ф. Гальтоном в 1875 г. Близнецовый метод дает возможность определить вклад генетических (наследственных) и средовых факторов (климат, питание, обучение, воспитание и др.) в развитии конкретных признаков или заболеваний у человека. При использовании близнецового метода проводится сравнение:

1)   монозиготных (однояйцевых) близнецов — МБ с дизиготными (разнояйцевыми) близнецами — ДБ;

2) партнеров в монозиготных парах  между собой;

3) данных анализа близнецовой выборки с обшей популяцией.

Монозиготные близнецы образуются из одной зиготы, разделившейся на стадии дробления на две (или более) части. С генетической точки зрения они идентичны, т.е. обладают одинаковыми генотипами. Монозиготные близнецы всегда одного пола. Имеют одну плаценту.

Особую группу среди МБ составляют необычные типы близнецов: двухголовые (как правило, нежизнеспособные), каспофаги ("сиамские близнецы"). Наиболее известный случай — родившиеся в 1811 г. в Сиаме (ныне Таиланд) сиамские близнецы — Чапг и Эиг. Они прожили 63 года, были женаты на сестрах-близнецах; Чанг произвел на свет 10, а Энг - 12 детей. Когда от бронхита умер Чанг, спустя 2 часа умер и Энг.  Их связывала тканевая перемычка шириной около 10 см от грудины до пупка. Позднее было установлено, что соединявшая их перемычка содержала печеночную ткань, связывающую две печени. Любая хирургическая попытка разделить братьев вряд ли в то время была бы успешной. В настоящее время разъединяют и более сложные связи между близнецами.

Дизиготные близнецы развиваются в том случае, если одновременно две яйцеклетки оплодотворены двумя сперматозоидами. Естественно, дизиготные близнецы имеют различные генотипы. Они сходны между собой не более, чем братья и сестры, т.к. имеют около 50 % идентичных генов.

Общая частота рождения близнецов составляет примерно 1 %, из них около 1/3 приходится на монозиготных близнецов. Известно, что число рождений монозиготных близнецов сходно в разных популяциях, в то время как для дизиготных эта цифра существенно различается. Например, в США дизиготные близнецы рождаются чаще среди негров, чем белых. В Европе частота появления дизиготных близнецов составляет 8 на 1000 рождений. Однако в отдельных популяциях их бывает больше. Самая низкая частота рождения близнецов присуща монголоидным популяциям, особенно в Японии. Отмечается, что частота врожденных уродств у близнецов, как правило, выше, чем у одиночно рожденных. Полагают, что многоплодие генетически обусловлено. Однако это справедливо лишь для дизиготных близнецов. Факторы, влияющие на частоту рождения близнецов, в настоящее время мало изучены. Есть данные, показывающие, что вероятность рождения дизиготных близнецов повышается с увеличением возраста матери, а так же порядкового номера рождения. Влияние возраста матери объясняется, вероятно, повышением уровня гонадотропина, что приводит к учащению полиовуляцни. Имеются также данные о снижении частоты рождения близнецов почти во всех индустриальных странах.

Близнецовый метод включает в себя диагностику зиготности близнецов. В настоящее время используются следующие методы для: ее установления.

1. Полисимптомный метод. Он заключается в сравнении пары близнецов по внешним признакам (форма бровей, носа, губ, ушных раковин, цвет волос, глаз и.т.п.). Несмотря на очевидное удобство, это -метол до известной степени субъективный и может давать ошибки.

2. Иммуногенетический метод. Более сложный, он основывается на анализе групп крови, белков сыворотки крови лейкоцитарных антигенов, чувствительности к фенилтиокарбамиду и др, Если у обоих близнецов по этим признакам различий нет, их считают монозиготными.

Для монозиготных близнецов вероятность сходства по всем показателям равна.

3. Достоверным критерием зиготности близнецов является приживляемость

кусочков кожи. Установлено, что у дизиготных близнецов такая пересадка всегда заканчивается отторжением, в то время как у монозиготных пар отмечается высокая приживляемость трансплантантов.

4. Метод дерматоглифики заключается в изучении папиллярных узоров пальцев, ладоней и стоп. Эти признаки строго индивидуальны и не изменяются в течение всей жизни человека. Не случайно, что эти показатели используются в криминалистике и в судебной медицине для опознания личности и установления отцовства. Сходство дерматогли-фических показателей у монозиготных близнецов значительно выше, чем у дизиготных.

5.  Близнецовый метод включает также сопоставление групп моно- и дизиготных близнецов по изучаемому признаку.

Если какой-либо признак встречается у обоих близнецов одной пары, то она называется конкордантной, если же у одного из них, то пара близнецов называется дискордантной (конкордантность — степень сходства, дискордантность — степень различия).

При сопоставлении моно- и дизиготных близнецов определяют коэффициент парной конкордантностн, указывающий на долю близнецовых пар. в которых изучаемый признак проявился у обоих партнеров. Коэффициент конкордантностн (Кп) выражается в долях единицы или в процентах и определяемся по формуле:

Кп = С \ С+Д      где С — число конкордантных пар. Д — число дискордантных пар.

Сравнение парной конкордантностн у моно- и дизиготных близнецов дает ответ о соотносительной роли наследственности и среды в развитии того или иного признака или болезни. При этом исходят из предположения о том, что степень конкордантностн достоверно выше у монозиготных, чем у дизиготных близнецов, если наследственные факторы имеют доминирующую роль в развитии признака.

Если значение коэффициента конкордантностн примерно близко у монозиготных и дизиготных близнецов, считают, что развитие признака определяется главным образом негенетическими факторами, т.е. условиями среды.

Если в развитии изучаемого признака участвуют как генетические, так и негенетические факторы, то у монозиготных близнецов наблюдаются определенные внутрипарные различия. При этом различия между моно- и дизиготными близнецами по степени конкордантностн будут уменьшаться. В этом случае считают, что к развитию признака имеется наследственная предрасположенность.

Для количественной оценки роли наследственности и среды в развитии того или иного признака используют различные формулы.

Чаще всего пользуются коэффициентом наследуемости, который вычисляется по формуле:

Н = КМБ — КДБ (в процентах) или (в долях единицы),

        100 -  КДБ

где Н — коэффициент наследуемости. К — коэффициент парной конкордантностн в группе монозиготных (МБ) или дизиготных (ДБ) близнецов.

В зависимости от значения Н судят о влиянии генетических и средовых факторов на развитие признака. Например, если значение Н близко к 0, считают, что развитие признака обусловлено только факторами внешней  среды. При значении Н от 1 до 0,7 — наследственные факторы имеют доминирующее значение в развитии признака или болезни – это группы крови, цвет глаз, резус – фактор, а среднее значение Н от 0,4 до 0,7 свидетельствует о том, что признак развивается под действием факторов внешней среды при наличии генетической предрасположенности.

Например, конкордантность МБ по  заболеваемости шизофрении равна 70%, а у ДБ – 13%. Вычисляем по формуле Н = КМБ – КДБ / 100 – КДБ = 70 -13 \ 100 – 13 = 0,65 или 65 %. В данном случае преобладают генетические факторы, но существенную роль играют и условия среды.

С помощью близнецового метода было выявлено значение генотипа и среды в патогенезе многих инфекционных болезней. Так, при заболевании корью и коклюшем ведущее значение имеют инфекционные факторы, а при туберкулезной инфекции — существенное влияние оказывает генотип. Исследования, проводимые на близнецах, помогут ответить на такие вопросы как: влияние наследственных и средовых факторов на продолжительность жизни человека, развитие одаренности, чувствительность к лекарственным препаратам. В клинической фармакологии нет более эффективного метода способа оценки действия новых лекарственных препаратов и схем лечения, чем сравнение терапевтических результатов на однояйцовых близнецах. Также оценивают эффективность разных педагогических приёмов в процессе обучения.

Биохимические методы

    Биохимические показатели отражают сущность болезни более адекватно, чем клинические симптомы. Эти методы направлены на выявление биохимического фенотипа организма. Им принадлежит ведущая роль в диагностике моногенных наследственных болезней. Принципы биохимической диагностики менялись на разных этапах развития генетики:

  •  до 50-х годов – искали метаболиты в моче (алкаптонурия, фенилкетонурия);
  •  50- 70-е – выявление энзимопатий и метаболитов;
  •  с 70-х – белки.

    В настоящее время все эти объекты являются предметом биохимических исследований.

    Так как биохимических методов очень много, поэтому при их использовании дол-жна быть определенная система схема обследования строится на:

  •  клинической картине болезни;
  •  генеалогических сведениях;
  •  поэтапном исключении определенных классов болезней (просеивающий метод).

    Биохимические методы многоступенчаты.

Объекты биохимических исследований:

  •  моча;
  •  пот;
  •  плазма и сыворотка крови;
  •  форменные элементы крови;
  •  культуры клеток (фибробласты, лимфоциты).

    При использовании просеивающего метода в биохимической диагностике выделяют уровни: первичный  и уточняющий. 

    Цель первичной диагностики – выявление здоровых индивидов и отбор индивидов для последующей диагностики. На этом этапе используется моча и небольшое количество крови.

Программы первичной биохимической диагностики бывают массовыми и селективными.

Массовые просеивающие программы

    Применяют в диагностике фенилкетонурии, врожденного гипотериоза, адреногенитального синдрома, врожденных аномалий развития нервной трубки и болезни Дауна. В основном их используют в пренатальной диагностике:

  •  определение в сыворотке крови беременной женщины веществ (сывороточных маркеров матери) -  скрининг -тесты на содержание:

   АФП (альфа - фетопротеин), ХГЧ (хорионический гонадотропин),  несвязанный   

        эстриол; ассоциированный с беременностью плазменный белок – А; сывороточный активин – А;

  •  выделение клеток или ДНК плода из организма матери.

    АФП – белок, вырабатываемый печенью плода, его концентрация меняется на разных сроках беременности (существуют нормативные показатели и показатели при различных нарушениях): при с.Дауна – понижена, при дефектах нервной трубки и брюшной стенки – повышена.

Селективные программы

   1.   Используются простые качественные реакции:

  •  тест с FeCl3 на выявление фенилкетонурии – при наличии в моче фенилпировиноградной кислоты фильтровальная бумага  окрашивается в зеленый цвет;
  •  тест с динитрофенилгидразином для выявления кетокислот;
  •  микробиологический ингибиторный тест Гатри – биохимические нарушения у новорожденных – аминокислот и углеводов: кровь новорожденного → диск фильтровальной бумаги → на агаровую культуру, которую выращивают на минимальной питательной среде, содержащей антиметаболит искомой аминокислоты (фенилаланина, лейцина, гистидина, фруктозы, галактозы и т.д.) –он должен тормозить рост микробов: при наличии в крови фенилаланина - разрушается антиметаболит и микробы растут.

   2. Точные методы (можно обнаружить большие группы отклонений):

  •  тонкослойная хроматография мочи и крови → наследственные нарушения обмена аминокислот, олигосахаридов, мукополисахаридов;
  •  газовая хроматография → наследственные болезни обмена органических кислот;
  •  электрофорез гемоглобинов → вся группа гемоглобинопатий.

    В современных условиях многие этапы биохимической диагностики осуществляются приборами: аминоанализаторами.

    

Пример программы селективного скрининга на наследственные болезни обмена веществ с острым течением и летальным исходом (МГНЦ РАМН):

1 этап - 14 тестов (качественных и количественных) на:

  •  белок;
  •  кетокислоты;
  •  цистин, гомоцистин;
  •  креатинин;
  •  ионы аммония и т.д.

2 этап – а) тонкослойная хроматография мочи и крови для выявления:

  •  аминокислот;
  •  фенольных кислот;
  •  моно- и дисахаридов и др.соединений.

 б) электрофорез мочи для выявления:

  •  гликозамингликаны.

Показания для применения биохимических методов

У новорожденных:

  •  Судороги, кома, рвота, гипотония, желтуха, специфический запах мочи и пота, ацидоз, нарушенное кислотно-основное состояние, остановка роста.
  •  

                                                               У детей:

  •  Задержка физического и умственного развития, потеря приобретенных  функций, специфическая клиническая картина болезни.

                                                  У взрослых:

    Для диагностики болезни и гетерозиготного носительства:

  •  Гепатолентикулярная дегенерация, недостаточность 1- антитрипсина, недостаточность глюкозо – 6 – фосфат- дегидрогеназы и т.д.

    Следует отметить, что для диагностики многих болезней биохимические методы заменяются молекулярно-генетическими в связи большей точности и экономичности.

Популяционно-статистический метод

    Сущность этого метода заключается в изучении частот генов и генотипов в различных популяциях. Существенным моментом при использовании этого метода является статистическая обработка полученных данных – математический метод. В гетерозиготном состоянии находится значительное количество   рецессивных аллелей, что обусловливает развитие различных наследственных заболеваний. Мутации могут передаваться потомству во многих поколениях, что приводит к генетической гетерогенности, лежащей в основе полиморфизма человеческих популяций. Этот метод позволяет:

оценить вероятность рождения лиц с определенным фенотипом в данной группе населения

рассчитать частоту носительства в гетерозиготном состоянии рецессивных аллелей

Основой для выяснения генетической структуры популяции является закон генетического равновесия Харди-Вайнберга. Математическим выражением является формула: (pA + qa)2, где р – частота встречаемости аллеля А,q – частота встречаемости аллеля а.

Раскрытие этой формулы дает возможность рассчитать частоту встречаемости людей с разным генотипом: р2АА + 2рq + q2аа.  

МЕДИКО – ГЕНЕТИЧЕСКОЕ КОНСУЛЬТИРОВАНИЕ (МГК)

    Основной целью МГК является предупреждение рождения ребенка с наследственным заболеванием, а также консультирование по проблемам планирования семьи.

    По данным ВОЗ в 1990 г. из 10 новорожденных 9 родились с различной степенью генетических патологий и только 1 ребенок родился абсолютно здоровым. И даже если в первой время проявление патологий незаметно, они дадут себя знать подверженностью аллергиям,частыми простудами, сколиозом, астмой или неврозами. А позднее, уже став взрослыми, эти бывшие физиологически незрелые дети будут первыми кандидатами на атеросклероз, диабет, ишемическую болезнь или рак.

    Наследственная и врожденная патология составляет значительную часть общей заболеваемости и смертности населения, особенно детского возраста. 4,2 – 6,5% детей рождается с генными болезнями; 2,5 – 3,5% - врожденными пороками развития (ВПР); 1% - хромосомными синдромами; 1% - мультифакториальными заболеваниями. В целом на долю детей с наследственной и врожденной патологий приходится более 40% коек в педиатрических клиниках.

    Также хорошо известны высокие показатели уровня гетерозиготного носительства генов многих  наследственных заболеваний, что свидетельствует о значительном грузе наследственной патологии среди населения. Например, около 5% людей – гетерозиготны по гену гемоглобинопатий и муковисцедоза (5%); 3% людей – по генам болезней хромосомной нестабильности, а каждый 50-тый – по гену фенилкетонурии или врожденной гипоплазии коры надпочечников.

    Из этих показателей наглядно вытекает огромное социальное значение наследственной и врожденной патологии, проявляющееся не только в повышенной детской смертности, но и в частой и продолжительной госпитализации, инвалидизации и социальной дизадаптации больных детей.

    В связи с этим становится понятным, что решающее значение для клинической генетики и всей клинической медицины по-прежнему сохраняет профилактика наследственной и врожденной патологии, направленная на предупреждение вновь возникающих болезней, а также патологии, развивающейся в результате наследственной предрасположенности и воздействия факторов внешней среды.

Профилактика наследственной и врожденной патологии включает следующие виды:

МГК;

пренатальную диагностику;

диагностику гетерозиготных состояний;

диспансеризацию;

проверку на мутагенность и гигиеническую регламентацию продуктов питания, воды, воздуха, лекарственных соединений;

искусственное осеменение спермой донора и пропаганду медико-генетических знаний.

    МГК относится к одному из видов специализированной медицинской помощи. Ее место в медицинской практике определено тем, что объектом ее внимания является отдельный человек и его семья, а не популяция в целом.

    Попытки генетического консультирования предпринимались на протяжении веков в различных странах, особенно при вступлении в брак молодых людей. Например, в Мюнхене в 1917 году было разработано специальное обращение к молодым людям, вступающим в брак:

« Тот, кто заключает брак, не разузнавши здоров он или болен, берет на себя большую ответственность перед своим супругом и перед потомством…».

В России первая МГК была организована в 1929 году С.Н.Давиденковым в возглавляемом им Институте нервно – психической профилактики. В условиях клинических учреждений МГК стали проводиться за рубежом с 1940 года (шт. Мичиган). Сейчас в США более 500 консультаций, Англии – более 50, в России организовано 85 МГК и кабинетов, где работают более 300

врачей-генетиков и врачей-лаборантов.

   Медико – генетическая служба (МГС) охватывает 4 уровня:

Районный (городской) уровень.

Региональный уровень.

Межрегиональный уровень.

Федеральный уровень.

   Ситуации и связанные с ними показания для направления на МГК:

Ретроспективное консультирование (после рождения ребенка) – родился больной  

ребенок в семье = родители хотят знать прогноз его здоровья и риск появления этого заболевания

у последующих детей;

Проспективное консультирование (до рождения ребенка) – намечается рождение  ребенка =

родители хотят знать прогноз, т.е.риск рождения определяется до  наступления беременности или на

ранних ее сроках.

         Проспективное проводится при:

наличии кровного родства между супругами;

неблагоприятном семейном анамнезе (психические заболевания, болезни с поздним дебютом);

воздействие вредных средовых факторов (тяжелые инфекции, облучение, прием лекарств, профессиональные вредности и т.д.).

            Ретроспективное проводится при:

когда в семье имеется заболевание, но наследственный дефект только подозревается и для уточнения диагноза требуется применение генетических методов исследования.

            Другие показания для МГК:

наличие аналогичных заболеваний или симптомов у нескольких членов семьи (в родословной);

отставание ребенка в физическом и умственном развитии;

наличие ВПР;

первичное бесплодие у супругов и первичная аменорея (особенно в сочетании с недоразвитием вторичных половых признаков);

привычное невынашивание беременности;

непереносимость пищевых продуктов и лекарственных препаратов;

неблагоприятное течение данной беременности (угроза выкидыша, многоводие, гипотрофия плода).

Заболевания

Показания

Риск рождения

больного ребенка

Метод диагностики

Хромосомные

Возраст матери 35 лет или бо-

лее лет

Один из родителей имеет

сбалансированную транслокац.

Предыдущий ребенок имеет

хромосомную аномалию

1-10 (в зависимости

от возраста)

3-20 (в зависимости

от транслокации)

Хромосомный анализ кле-

ток, полученных в результа-

те хорионбиопсии или

амниоцентеза

Моногенные

Риск рождения ребенка с ауто-

сомно-рецессивным наруше-

нием обмена

 1- 25

Биохимический, молек.-ге-

нетический анализ клеток,

полученных в результате

хорионбиопсии или амнио-

центеза

Риск рождения ребенка с нас-

ледственным моногенным за-

болеванием, для детекции ко-

торого существуют молекуляр-

ные маркеры

  25-50

Молек.-генет.анализ ДНК,

изолирован.из клеток, по-

лученных в рез-те хорио-

биопсии или амниоцентеза

Риск рождения ребенка с моно-

генным синдромом мальфор-

мации без биохимических или

молекулярных маркеров

25-50

УЗИ

Врождённые

пороки

развития

(ВПР)

Риск рождения ребенка с де-

фектом нервной трубки (анэнце-

фалия или менингомиелоцеле)

или др.мультифакториального

синдрома с ВПР

1-10

УЗИ, опр.АФП и др. мар-

керов в амниотической

жидкости

В соответствии с приведенными выше основными задачами по МГК работа врача-генетика включает 4 этапа:

  1.  ЭТАП. Изучение анамнеза болезни, составление генеалогической карты, проведение цитогенетических и биохимических исследований для уточнения диагноза. Дополнительное обследование родителей

      по основным методам генетики (опр. полового хроматина, кариотипа и т.д.).

    При моногенных заболеваниях для семьи с отягощенным анамнезом направление на пренатальной

диагностике осуществляет МГК, предварительно проведя молекулярно-генетическое исследование супругов и пробанда.

   

Для ВПР и синдромов, обусловленных хромосомными анеуплоидиями тактика другая. Большинство этих

состояний не подлежат коррекции постнатальной или лечению, поэтому они ложатся тяжелым грузом на семью и общество (до 5% новорожденных – высокая частота).

   Скрининговые (массовые) методы используют для проведения эффективной пренатальной профилактики хромосомных синдромов и ВПР. Это позволяет выявить среди беременных группы «высокого» риска у плода и направить их на цитогенетическую диагностику.

Методы пренатальной (дородовой) диагностики.

      Метод

Стадия гестации, недели

Определяемые показатели

Аномалии плода

Риск (гибель плода)

Исследование

крови матери

15-18 (до 21 нед.)

АФП и др.белки плода

Дефекты нервной трубки, анеуплоидии

Отсутств

Ультрасонографическое исследование

6-40

Изображение

Задержка развития плода, различные морфологические аномалии, скелетные

дисплазии

Отсутств

Исследование

ворсинок хориона

9-12

Ткань трофобласта

эмбриона

Цитогенетические, биохимические, молекулярные

1-2%

Амниоцентез

15-18

Амниотическая

жидкость и клетки

Цитогенетические, биохимические, молекулярные,

дефекты нервной   трубки

0,2-5%

Биопсия плода

18-20

Кожа плода

Печень плода

Дерматологические заболевания.

Дефицит гепатоспе-

цифичных ферментов.

2%

2-5%

Кордоцентез

20-23

Пуповинная кровь плода

Заболевания крови

2%

Характеристика методов:

Амниоцентез. Пункция околоплодного пузыря через брюшную стенку (трансабдоминально) для получения околоплодной жидкости (15-20 мл) под контролем УЗИ, в ней содержатся клетки плода. Чаще определяют: АФП  (при повышенном риске ВПР нервной системы); изоферменты щелочной фосфатазы (при подозрении на муковисцидоз).

 - Кордоцентез. Взятие крови плода из сосудов пуповины под контролем УЗИ. Цель: выявление хромосомных заболеваний, иммунодефицитов, инфекций, ДНК-диагностики генных болезней. Проводят с20 по 23 неделю.

-  Биопсия хориона. Сквозь переднюю брюшную стенку (трансабдоминально) или через шейку матки (трансцервикально) под контролем УЗИ получают (отсасывая или отщипывая) небольшое количество ворсин хориона. Определяют состав хромосом, анализ генов. Очень большой риск (2,5-3%): прерывание беременности, гибель плода, внутриматочное инфицирование.

 - Фетоскопия. Осмотр плода эндоскопом, введённым в амниотическую полость через переднюю стенку матки (на 18-24 неделе; риск – 6-8%). Осуществляют биопсию кожи плода (ихтиоз, буллезный эпидермолиз), плаценты. Применяется редко;

    Неинвазивный скрининг не является диагностическим – с его помощью формируется только группа

«высокого» риска у плода.

    Одним из этих методов является иммуноферментный анализ (ИФА) сыворотки. Проводят во 2-ом триместре беременности   (16-21 неделя). В качестве скрининг-тестов используются уровни сывороточных маркеров:

  •  АФП
  •  Хорионического гонадотропина человека (ХГЧ) – общий ХГЧ или - субъединицы ХГЧ
  •  Неконьюгированного эстриола

   Эти методы называют «биохимический скрининг на хромосомные анеуплоидии».

Например, в норме уровень АФП = 0,98 МоМ (0,5 – 2,0 МоМ); ХГЧ = 1,10 МоМ (0,5 – 2,0 МоМ), а

при дефектах нервной трубки – увеличение в крови АФП, при анеуплоидиях – уменьшение в крови АФП.

МоМ – условные единицы (отношение уровня маркера у пациентки к медиане «нормального» уовня маркера в соответствующий срок).

   Выявляемость анеуплоидии у плода при использовании результатов биохимического скрининга 

в качестве единственного критерия при формировании группы риска во 2-ом триместре беременности

составляет 60-65%. 

Это говорит о том, что не все случаи анеуплоидии у плода  (в силу клинического полиморфизма) сопровождается указанными отклонениями уровней СМ (сывороточные маркеры).

     Эти отклонении могут наблюдаться и при различной акушерской патологии; в результате нарушения синтеза гормонов или проницаемости плаценты; при различных формах состояния угрозы прерывания беременности;

могут быть генетически детерминированными и иметь место в каждой последующей беременности и у женщин с определенным генотипом при здоровом плоде.

       Чаще всего в клинической практике при биохимическом скрининге используют два СМ: АФП и ХГЧ, но оптимальным считается использование трех: АФП, ХГЧ и нЭ.

    Аргументами, объяснящими причины отклонения уровней СМ в крови  матери при беременности плодом с хромосомной анеуплоидией являются следующие:

  •  нарушения проницаемости плаценты;
  •  компенсаторная гиперфункция плаценты;
  •  угнетение первичного синтеза АФП печенью плода

   Так же существуют УЗИ-маркеры для различных хромосомных аберраций у плода во II триместре

(укорочение длинных трубчатых костей; увеличенная шейная складка; внутриутробная задержка

развития плода; атрезия 12-перстной кишки; пороки развития сердца, почек; патология плаценты;

измененное количество околоплодных вод – маловодие, многоводие).

    Все отклонения от нормы, выявленные при этих неинвазивных методах является показанием для проведения цитогенетического исследования инвазивных диагностических процедур.

    Для точного синдромального диагноза плода с МВПР прежде всего важно установить этиологическую причину пороков развития – хромосомную или нехромосомную. Таким образом,

цитогенетический анализ плода является методом дифференциальной диагностики патологического

состояния плода. Эффективность УЗИ при хромосомных анеуплоидиях во II триместре беременности = 88%.

     В настоящее время используются компьютерные  автоматизированные программы расчета индивидуального риска на основании результатов неинвазивных скрининговых исследований («Прогноз» - уровень АФП, ХГЧ,

возраст, вес пациентки, срок беременности, данные УЗИ плода расчет индивидуального риска хромосомных анеуплоидий у плода).

    Оба этих метода СМ и УЗИ при использовании в комплексе повышают эффективность неинвазивного скрининга.

    В настоящее время начаты пренатальные неинвазивные исследования беременных в I триместре беременности (10-14недель). При этом в сыворотке женщин определяются уровни (free--ХГЧ и РАРР-А, а при УЗИ: измеряется толщина воротникового пространства (ТВП) и наличие или отсутствие носовой кости). РАРР – А – ассоциированный с беременностью плзама-протеин-А.

  Инвазионные диагностические процедуры – небезопасные манипуляции для пролонгированной беременности

(риск прерывания беременности 1,5-2%). Таким образом, риск, сопровождающий инвазионные процедуры

не должен превышать генетический риск заболевания. В зависимости от вида процедур, сроков их

проведения и состояния плода, риск его потери различный:

  •  наименьший – трансабдоминальные процедуры во II триместре;
  •  наибольший – в I триместре трансцервикальные.

Таким образом, для проведения инвазивных процедур и цитогенетического исследования плода

в  настоящее время являются:

  1.  попадание пациентки в группу «высокого»  риска при прохождении неинвазивных диагнотических
  2.  процедур (ИФА,УЗИ);
  3.  возраст женщины старше 36 лет;
  4.  семейное носительство хромосомных перестроек.

    В настоящее время в комплексе неинвазионного пренатального скрининга рассматривается  анализ клеток и

ДНК плода, циркулирующих в материнском кровяном русле.

I. Клетки плода в материнской циркуляции

    В крови беременной женщины присутствуют клетки плода: трофобласты, лимфоциты, гранулоциты,

тромбоциты и эритробласты. Наиболее привлекательные для исследования – это незрелые ядерные

красные клетки крови (эритробласты). Они имеют полный комплект ядерных генов и развиваются в процессе беременности раньше, чем белые клетки крови и в большом количестве присутствуют в крови плода уже в

I триместре беременности. В материнской циркуляции они сохраняются не более 90 дней

они не сохраняются от предыдущих беременностей. В норме у человека эритробласты отсутствуют.

В 1 мл цельной крови матери – 1 плодная клетка. После различных этапов обогащения и селекции эритробластов плода из 16 мл образца материнской крови выделяют 19 клеток плода. Можно сортировать клетки по отличию физических и биохимических характеристик эритробластов матери и плода.

   Этот неинвазионный подход связывают с пренатальной диагностикой хромосомных анеуплоидий: увеличение концентрации плодных клеток в крови матери при анеуплоидиях у плода по сравнению с таковой при нормальном плоде, т.к.при анеуплоидиях возникает незрелость и отек плаценты, что увеличивает проницаемость плаценты и увеличение трансфузии клеток плода в периферическую кровь матери).

II. ДНК плода в материнской циркуляции

    Молекулярный анализ ДНК плазмы беременной женщин показал, что материнская плазма (сыворотка) содержит как материнскую, так и плодную ДНК новые возможности для неинвазивной пренатальной диагностики.

    Было показано, что количество ДНК плода в плазме крови резко возрастало при, например, при трисомии 21;

при преждевременных родах и т.д. Механизмы этого пока остаются неясными.

  1.  ЭТАП - Определение типа наследования болезни.

     3    ЭТАП - Оценка генетического риска (прогноз потомства) =  определяется двумя способами:

  •  теоретические расчеты или расчеты менделеевского риска, основанные на генетических закономерностях – когда четко установлен характер наследования;
    •  эмпирические данные (эмпирический риск), основанный на фактических наблюдениях (для большинства мультифакториальных  болезней и хромосомных синдромов).

    Генетический риск расценивается по следующим критериям:

низкий, если не достигает 5% (противопоказаний к деторождению нет);

средний, если равен 6- 20% (рекомендации по планированию семьи зависят от величи-

ны риска и тяжести последствий данного заболевания, а также от возможности провести пренатальную диагностику);

высокий более 20%.

  •  модифицированный генетический риск – теоретический риск может изменяться за счет дополнительных факторов. Например: при хорее Гентингтона (аут.-дом. с полной пенетрантностью) – риск для сына
  •  мужчины, отец которого болел этим заболеванием, отсутствует, если мужчина (отец ребенка) не болел
  •  этим заболеванием и дожил до преклонного возраста (хотя имел риск, равный 50%), т.е. риск
  •  снижается по мере увеличения возраста здорового отца.

Моногенная наследуемая патология – теоретический риск;

Полигенно наследуемая патология -  риск устанавливается на основе эмпирических данных

(шизофрения, эпилепсия и др.). Фактического материала много, созданы специальные таблицы,

где данные риска рассчитаны в зависимости от состояния здоровья  родителей уже родившихся детей и др. родственников

Хромосомные болезни – повторные случаи аномалий по половым хромосомам редки.

При синдромах ХХУ и ХХХ обнаруживается связь с возрастом матери. Неблагоприятным будет

прогноз при транслокациях, когда в гаметах одного из родителя имеется сбалансированная хромосомная мутация. Риск рождения ребенка с синдромом Дауна увеличивается, если возраст матери превышает

35 лет.

Случаи единичной патологии – возможными причинами могут быть:

  •  генные или хромосомные мутации, возникшие в одной из гамет родителей или на ранних стадиях развития плода;
  •  выщепление редкого рецессивного гена вследствие гетерозиготности родителей;
  •  сбалансированная транслокация в генотипе одного из родителей;
  •  инфекционные болезни у женщины в период беременности.

4.Официальное заключение с рекомендациями, совет врача - генетика  - должно быть  объективным, т.к. необоснованный  благоприятный совет может обернуться травмой после рождения больного    ребенка. Трудности морально- этического характера: вмешательство в семейную тайну. Корректное

отношение врача к пациенту; необходимость стерилизации или искусственного оплодотворения при высокой степени генетического риска – это должно решаться законодательным путем; ответственность врача –

генетика за дачу совета на основании вероятного прогноза. Необходимо, чтобы пациент понял медико-генетическую информацию. Консультант не должен давать категорические советы, метод его работы – убеждение. Окончательное решение принимают сами консультирующиеся.

Хромосомные синдромы. Аутосомные  синдромы.

1.Синдром Дауна.

   Клиническое описание синдрома сделано в 1866 году. Частота 1: 550 – 700 новорождённых среди умственно отсталых детей выявляется 10-12 % больных синдромом Дауна. Выделяют 3 формы:

- простая трисомия по хромосоме 21. Встречаются в 95% всех случаев.

- транслокация 21 хромосомы на другие ( чаще на 15, реже на 14, ещё реже на 21, 22, У- хромосому) – 4% случаев.

- мозаичный вариант синдрома – 1%

   Фенотипы: брахицефалическая форма черепа с ускорением переднее–заднего размера и утолщением затылка, избыток кожи на затылке, плоский профиль лица, эпикант (вертикальная кожная складка у внутреннего угла глазной щели), монголоидный разрез глазных щелей, помутнение хрусталика, косоглазие, короткий нос с широким плоским переносьем, полуоткрытый рот с толстыми губами и высунутым языком (макроглоссия), узкое и короткое нёбо. Руки короткие и широкие, поперечная складка ладоней. Часто наблюдаются врождённые пороки сердца (дефект межжелудочковой перегородки, открытый артериальный проток), деформация скелета. Умственная отсталость (имбицильность, дебильность.)                                               

 2.Синдром Патау

    Частота встречаемости 1: 6000 новорождённых.  Различают три формы:

- простая трисомия по хромосоме 13 (75 % случаев);

- транслокация (чаще робертсоновская) (20 % случаев);

- мозаичная  (5%).

  Фенотипы: микроцефалия, тригоноцефалия (расширение черепа в затылочной   и сужение в лобной части), узкие глазные щели, широкое основание носа, низко посаженные деформированные уши, микрофтальмия (малые размеры глазного яблока), микрогнатия (малые размеры верхней челюсти), расщелина губы и нёба, полидактилия, пороки внутренних органов (головного мозга, сердца и сосудов, почек, пищеварения, половых органов). Дети погибают обычно в течение первых трёх месяцев жизни.

3.Синдром Эдвардса

Частота встречаемости 1: 7000. Различают 2 формы:

- трисомная по хромосоме 18 (90 % случаев);

- мозаичная (10 % случаев).

   Фенотип: задержка роста, множественные аномалии развития: долихоцефалический череп (преобладание продольных размеров головы над поперечным) с выступающим затылком, «птичий» профиль лица, короткие и горизонтально расположенные глазные щели; маленькие, деформированные низко расположенные уши, избыточная кожа на затылке; микростомия (узкая ротовая щель); флексорное сгибание  кисти с наложением указательного пальца на III, а V на IV; «стопа – качалка»  (с провисающим сводом и выступающей кзади пяткой); синдактилия; врождённые пороки сердца и крупных сосудов. Продолжительность жизни резко снижена.

 4.Трисомия по хромосоме 8 .

  Частота встречаемости 1: 50000. Различают 2 формы:

- мозаичный вариант (84 % случаев);

- трисомия по хромосоме 8 (16 % случаев).

   Фенотип: множественные изменения опорно–двигательного аппарата; туловище длинное, слияние рёбер и позвонков, сколиоз, кифоз , spina bifida в грудном или в поясничном отделах (расщепление позвоночного столба); ограничены движения в суставах. Отмечается выраженный черепо-лицевой дисморфизм: большой квадратный череп, выступающий лоб, гипертелоризм, косоглазие, микрогнатия, вывернутая нижняя губа, короткая шея, низко расположенные деформированные уши. Пороки внутренних органов: подковообразная почка, гидронефроз, гипоплазия гениталий. Задержка физического и интеллектуального развития.

5.Синдром «кошачьего крика»

  Синдром делеции короткого плеча хромосомы 5 (утрата сегмента р15). Частота встречаемости 1 : 50000. Наиболее характерным является специфический плач, напоминающий кошачье мяуканье, что обусловлено изменениями гортани.

 Фенотип: умственное и физическое недоразвитие, микроцефалия, лунообразное лицо, эпикант, антимонголоидный разрез глазных щелей, косоглазие, неправильное расположение зубов (передние резцы выступают вперёд). Продолжительность жизни снижена, только 14% больных доживают до 10 лет.

6.Синдром Вольфа- Хиршхорна

   Синдром делеции короткого плеча хромосомы 4 (сегмент р16). Частота встречаемости

1: 100000

   Фенотип: при рождении снижен вес. Характерна задержка физического и психомоторного развития. Умеренная микроцефалия, клювовидный нос, деформированные низко расположенные уши, высокий лоб с глубокой кожной складкой, косоглазие, эпикант, гипертелоризм (увеличения расстояния между внутренними краями глазниц), пороки внутренних органов. Обычно больные умирают в возрасте до одного года.

Гоносомные синдромы.

1.Синдром Клайнфельтера.

  «Классическая форма» синдрома  47, ХХУ, составляет 80% всех случаев  синдрома и встречается  с частотой 1:500 – 700; 20% приходится на 48, ХХХУ, редко встречается мозаичные варианты: 46,ХУ/ 47, ХХУ и др.

  Фенотип: высокий рост, узкие плечи, широкий таз, скудное оволосение, гинекомастия, гипоплазия тестикул, бесплодие, в некоторых случаях умственная отсталость.

2.Синдром Шерешевского-Тернера.

  Единственный известный у человека случай моносомии 45,Х0. Частота встречаемости 1:1430 новорождённых девочек. Классический вариант 45,Х0 – 55% всех случаев синдрома. Возможны частичные моносомии и мозаичные варианты.

  Фенотип: низкий рост, «щитовидная»  грудная клетка, крыловидные складки на шее, широкая переносица, гипертелоризм, недоразвитие первичных и вторичных половых признаков, первичная аменорея, бесплодие, склонность к  психогенным реакциям.

3.Синдром трипло-Х или полисомии по Х-хромосоме

  Синдром трипло-Х (47,ХХХ) встречается с частотой 1:770 новорождённых девочек и протекает бессимптомно в раннем детском возрасте. Около 30% больных сохраняют детородную функцию. Клинически больные имеют недоразвитые яичники, гипоплазию матки, преждевременный климакс, склонность к психогенным реакциям, неспецифические соматические дисморфии разной степени выраженности. Наблюдается прямая зависимость тяжести клинических проявлений от числа Х-хромосом.

Генные болезни.

1.Фенилкетонурия связана с нарушением обмена аминокислот. Наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Вызвана нарушением функционирования фермента фенилаланингидроксилазы, превращающей фенилаланин (ФА) в тирозин. Вследствие этого ФА  сначала накапливается в крови, а затем  происходит накопление промежуточных продуктов (фенилпировиноградной, фенилуксусной и др. кислот), оказывающих токсическое действие на ЦНС, нарушающих функции печени, обмена белков, метаболизм гормонов. Частота встречаемости в России 1:12000 (Москва). Первые проявления болезни в возрасте 2-6 месяцев: вялость, судороги, характерный «мышиный» запах, гипопигментация кожи, волос, радужки, задержка психомоторного развития. При отсутствии лечения развивается тяжёлая умственная отсталость.

2. Галактоземия связана с нарушением углеводного обмена. Наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Болезнь возникает при недостатке фермента, расщепляющего лактозу (молочный сахар) до галактозы. Новорождённый ребёнок не переносит грудное вскармливание. У него появляется желтуха, рвота, понос, гепатоспленомегалия с исходом в цирроз печени, задержка психомоторного развития, возможна смерть.

Частота встречаемости 1:100000 новорождённых.

3. Алкаптонурия связана с обменом тирозина. Наследуется по аутосомно-рецессивному типу. В отсутсвие фермента оксидазы гомогентизиновой кислоты она накапливается и у пожилых людей откладыватся в суставные хрящи, которые темнеют и постепенно развиваются артриты. Встречается редко (3-5:1000000).

4. Муковисцидоз обусловлен генной мутацией в 7-ой хромосоме. Наследуется по аутосомно-рецессивному типу.  Частота встречаемости 1:2500 новорождённых. Сопровождается множественными  поражениями желез внешней  секреции, что проявляется выделением секретов повышенной вязкости. В результате этого происходит закупорка дыхательных путей, протоков поджелудочной железы. Возникают болезни дыхательной системы и желудочно-кишечного тракта. У больных выраженная гипотрофия, авитаминозы.

Наследственные болезни с нетрадиционным наследованием.

1.Митохондриальные болезни возникают в результате точечной мутации митохондриальной ДНК.

Проявляются в нарушении энергетического обмена. Характерно  многообразие форм и наследования. Симптомы появляются рано, поражаются многие системы органов (сердце и сосуды, органы зрения, нервная система и др.).

2.Болезни импринтинга  (Синдром Прадера-Вилли и др.). Генетическую основу составляет моноаллельная экспрессия  генов, т.е. «выключении» локуса хромосомы одного из родителей. Если импринтирован материнский ген, экспрессируется («включается») только отцовский и наоборот. Причинами могут быть делеции, др. мутации.

3. Болезни, обусловленные экспансией тринуклеотидных повторов. Данная патология зависит от количества тринуклеотидных повторов в мутантном аллеле. Чем их больше, тем тяжелее протекает болезнь. Поскольку количество повторов формируется в мейозе у одного из родителей, может быть более тяжёлое течение в последующих поколениях, что связано с их увеличением.  Клиническая картина зависит от дозы генов. Примером является синдром Мартина-Белла (умственной отсталости с ломкой Х-хромосомой). Фенотип: удлинённое лицо, выступающий лоб, большие оттопыренные уши, большие кисти и стопы, умственная отсталость. Цитогенетика: отличается ломкостью в дистальной части длинного плеча Х-хромосомы (Хq), что напоминает «спутник». Частота встречаемости 1:2000 – 1:5000.

Мультифакториальные болезни.

  Это – болезни с наследственной предрасположенностью, составляют 92% патологии человека (гипертоническая болезнь, ишемическая болезнь сердца, бронхиальная астма, шизофрения и др.). Наследуются полигенно и обусловлены суммарным (аддитивным) действием генетических и средовых факторов, превышающих определённый «порог», необходимый для развития патологии.

Врождённые пороки развития.

  Частота встречаемости в России 25-35 детей на 1000 рождений.

  По причине возникновения: генетические, средовые, мультифакториальные. По времени возникновения: гаметопатии, бластопатии, эмбриопатии.

  Причины возникновения ВПР:

Эндогенные факторы (изменение генотипа, эндокринные болезни, возраст родителей).

Экзокринные факторы (физические, химические, биологические).