Cхема нормального мейоза НЕРАСХОЖДЕНИЕ ХРОМОСОМ В 1

Cхема нормального мейоза

НЕРАСХОЖДЕНИЕ ХРОМОСОМ В 1 ДЕЛЕНИИ МЕЙОЗА МЕЙОЗ НЕРАСХОЖДЕНИЕ ХРОМОСОМ В 2 ДЕЛЕНИИ МЕЙОЗА ТРИСОМИЯ МОНОСОМИЯ НОРМА ТРИСОМИЯ МОНОСОМИЯ

Хромосомные болезни v Болезни, обусловленные геномными мутациями или структурными изменениями отдельных хромосом. v Хромосомные болезни возникают в результате мутаций в половых клетках одного из родителей. Из поколения в поколение передаются не более 3— 5 % из них. v Хромосомными нарушениями обусловлены примерно 50 % спонтанных абортов и 7 % всех мертворождений. v В настоящее время у человека известно более 700 заболеваний, вызванных изменением числа или структуры хромосом. v Частота заболеваний 6 -10 из 1000 новорожденных.

Примеры заболеваний Болезни, обусловленные нарушением числа аутосом (неполовых) хромосом v Синдром Дауна — трисомия по 21 хромосоме, к признакам относятся: слабоумие, задержка роста, характерная внешность, изменения дерматоглифики; v Синдром Патау — трисомия по 13 хромосоме, характеризуется множественными пороками развития, идиотией, часто — полидактилия, нарушения строения половых органов, глухота; практически все больные не доживают до одного года; v Синдром Эдвардса — трисомия по 18 хромосоме, нижняя челюсть и ротовое отверстие маленькие, глазные щели узкие и короткие, ушные раковины деформированы; 60% детей умирают в возрасте до 3 -х месяцев, до года доживают лишь 10%, основной причиной служит остановка дыхания и нарушение работы сердца.

Примеры заболеваний Болезни, связанные с нарушением числа половых хромосом v Синдром Шерешевского — Тёрнера — отсутствие одной Х-хромосомы у женщин (45 ХО) вследствие нарушения расхождения половых хромосом; к признакам относится низкорослость, половой инфантилизм и бесплодие, различные соматические нарушения (микрогнатия, короткая шея и др. ); v Синдром Клайнфельтера — полисомия по X- и Y-хромосомам у мальчиков (47, XXY; 48, XXYY и др. ), признаки: евнухоидный тип сложения, гинекомастия, слабый рост волос на лице, в подмышечных впадинах и на лобке, половой инфантилизм, бесплодие; умственное развитие отстает, однако иногда интеллект нормальный.

Болезнь Дауна v Первое наследственное заболевание, о котором стало известно, что оно вызывается хромосомным дефектом. v Характеризуется заметным отставанием в развитии психики, плохой мышечный тонус, косой разрез глаз, кожные складки у внутренних углов глаз, толстый язык, маленький рот и подбородок, одна горизонтальная складка на ладони, небольшие белые пятна на радужной оболочке глаз, косоглазие, седловидный нос, маленькая голова, зубы развиваются медленно, могут вообще отсутствовать, неправильный прикус, лицо плоское, маленькие уши, короткая шея, часто бывают катаракты. Часто сочетается с врожденными пороками сердца и другими врожденными заболеваниями. v Заболевание встречается у 1 из 800 - 1000 новорожденных, но опасность рождения ребенка с синдромом Дауна увеличивается, если мать старше 34 лет и отец старше 42 лет.

Синдром Патау v Неизлечимое хромосомное заболевание v Частота встречаемости среди новорожденных – 1 : 5000 -7000 (соотношение полов 50 : 50%). v Неадекватное развитие костей черепа, Патология пищеварительной системы, опорно – двигательного аппарата, . сердечно – сосудистой системы, . мочеполовой системы, удвоение матки и влагалища. v Во всех случаях присутствуют стойкие нарушения интеллекта. v Со стороны центральной нервной системы наблюдается недоразвитие основных мозговых структур.

Основы цитогенетики человека

ХРОМАТИН • (от греч. Chroma — цвет, краска), комплекс ДНК и белков. Образует хромосомы клеток эукариот, входит в состав нуклеоида у прокариот. • В. Флемминг (1880) • Состав хроматина: – ДНК (30— 45%), – гистоны (30— 50%): Н 1, H 2 A, H 2 B, H 3 и H 4 – негистоновые белки (4— 33% ) • Эухроматин и Гетерохроматин (факультативный и конститутивный)

СВОЙСТВА ЭУХРОМАТИН ГЕТЕРОХРОМАТИН (КОНСТИТУТИВНЫЙ) АКТИВНЫЙ НЕАКТИВНЫЙ ГЕТЕРОХРОМАТИН (ФАКУЛЬТАТИВНЫЙ) Структура диффузный конденсированный Синтез РНК + - - Синтез ДНК + + Тип нуклеотидный последовательностей ДНК Уникальные, умеренные повторы Высокоповторяющая ся, сателлитная ДНК Локализация Плечи хромосом Центромера, теломеры, интеркалярный гетерохроматин + поздняя репликация

УРОВНИ УПАКОВКИ ХРОМАТИНА • Длина ДНК в диплоидном наборе хромосом человека - 2 м, а всех метафазных хромосом - 150 мкм • ДНК соединяется с гистоновыми (основными) и негистоновыми (кислыми) белками, образуя нуклеопротеидные фибриллы • Компактизация генетического материала достигается спирализацией, (конденсацией) и связью ДНК с белками

НУКЛЕОСОМНЫЙ УРОВЕНЬ Нуклеосома - дисковидная структура, являющаяся элементарной единицей упаковки хромосомной ДНК в хроматине. Описана в 1974 году Р. Корнбергом Представляет собой белковую глобулу (октаэдр), содержащую по 2 молекулы четырех гистонов - (Н 2 А, Н 2 В, Н 3, Н 4), вокруг которой двойная спираль ДНК образует 1, 67 витка (146 + 10 -100 пар нуклеотидов). Диаметр нуклеосомной нити - около 11 нм Длина ДНК уменьшается в 5 -7 раз.

СТРУКТУРА НУКЛЕОСОМЫ ДНК+ Гистоновый октамер: 2 H 2 A 2 H 2 B 2 H 3 2 H 4

Структура нуклеосомы (рентгеноструктурный анализ)

НУКЛЕОНЕМНЫЙ УРОВЕНЬ Дальнейшая компактизация нуклеосомной нити обеспечивается пистоном H 1, который, соединяясь с линкерной ДНК и двумя соседними белковыми телами, сближает их друг с другом. В результате образуется более компактная структура, построенная по типу соленоида. Такая Хроматиновая фибрилла, имеет диаметр 20— 30 нм. Виток спирали содержит 5 -6 нуклеосом ДНП укорачивается в 6 раз

Хромонемный уровень Следующий уровень структурной организации генетического материала обусловлен укладкой хроматиновой фибриллы в петли. В их образовании принимают участие негистоновые белки, способные узнавать специфические нуклеотидные последовательности вненуклеосомной ДНК, отдаленные друг от друга на расстояние в несколько тысяч пар нуклеотидов. Эти белки сближают указанные участки с образованием петель из расположенных между ними фрагментов хроматиновой фибриллы. Участок ДНК, соответствующий одной петле, содержит от 20 до 80 т. п. н. Возможно, каждая петля является функциональной единицей генома. В результате такой упаковки хроматиновая фибрилла диаметром 20— 30 нм преобразуется в структуру диаметром 100— 200 нм, называемую интерфазной хромонемой.

Супернуклеосомная нить образует петли и изгибы, составляя основу хроматиды. Обнаруживается в профазе. Диаметр петель = 50 нм, диаметр хроматиды 300 нм. Нить ДНП укорачивается еще в 10 -20 раз.

Отдельные участки интерфазной хромонемы подвергаются дальнейшей компактизации, образуя структурные блоки, объединяющие соседние петли с одинаковой организацией. Они выявляются в интерфазном ядре в виде глыбок хроматина. Существование таких структурных блоков обусловливает картину неравномерного распределения некоторых красителей в метафазных хромосомах, что используют в цитогенетических исследованиях

Хромосомный уровень Вступление клетки из интерфазы в митоз сопровождается суперкомпактизацией хроматина. Отдельные хромосомы становятся хорошо различимы. Этот процесс начинается в профазе, достигая своего максимального выражения в метафазе митоза и анафазе. В телофазе митоза происходит декомпактизация вещества хромосом, которое приобретает структуру интерфазного хроматина. Митотическая суперкомпактизация облегчает распределение хромосом к полюсам митотического веретена в анафазе митоза. Толщина плеча хромосомы – 700 нм. Укорочение ДНП еще в 20 раз.

ХРОМОСОМЫ В ИНТЕРФАЗЕ И В МЕТАФАЗЕ

Хромосомы типа ламповых щеток (ооциты амфибий, профаза 1 мейоза)

1 – плечо хромосомы 2 – первичная перетяжка (центромера) - которая делит хромосому на плечи, служит местом локализации кинетохора. 3 – вторичная перетяжка. Морфологический признак, позволяющий идентифицировать отдельные хромосомы в наборе. От первичной перетяжки отличается отсутствием заметного угла между сегментами хромосомы. Вторичные перетяжки бывают короткими и длинными, локализуются в разных точках по длине хромосомы. У человека это 9, 13, 14, 15, 21 и 22 хромосомы. 4 – Сателлит (SAT) — округлое или удлинённое тельце, отделённое от основной части хромосомы тонкой хроматиновой нитью, по диаметру равный или несколько меньший хромосоме. Форма, величина спутника и связывающей его нити постоянны для каждой хромосомы. 5 - хроматиды

Морфологические типы хромосом l l l Метацентрические хромосомы (М) Субметацентрические (Sm) Субакроцентрические (Sа) Акроцентрические (А) Телоцентрические (Т) Хромосомы типа (М) называют равноплечими. l Хромосомы типа (Sm, Sа) называют неравноплечими. l Хромосомы типа (А, Т) называют палочковидными. P l Q

КАРИОТИП - совокупность признаков (число, размеры, форма и т. д. ) полного набора хромосом, присущая клеткам данного биологического вида (видовой кариотип), данного организма (индивидуальный кариотип). • видоспецифичность кариотипа • Аутосомы/гоносомы 44+ХХ и 44+ХУ • (а) - метафазная пластинка хромосом человека. • (b) - идиограмма хромосом человека (раскладка хромосом с учетом их размера, расположения центромеры).

Кариотип человека • В кариотипе человека различают следующие типы хромосом: 1. Метацентрические (равноплечие). р =q. 2. Субметацентрические (неравноплечие). р ˂q. 3. Акроцентрические. плечо р имеет спутники, представляющие собой районы ядрышкового организатора. Здесь находятся гены р. РНК. Спутники соединяются с коротким плечом спутничной нитью.

1960 г. Денверская классификация хромосом человека основана на различиях формы, положения центромеры, значении центромерных индексов, наличии вторичных перетяжек и спутников. Группа А (1 - 3 пары) – большие метацентрические хромосомы; Группа В (4, 5 пары) – большие субметацентрические, различаются только при специальном (дифференциальном окрашивании);

1960 г. Денверская классификация хромосом человека основана на различиях формы, положения центромеры, значении центромерных индексов, наличии вторичных перетяжек и спутников. Группа С (6 – 12 пары, Х) – средние субметацентрические, различаются при дифференциальном окрашивании; Группа D (13 -15 пары) – большие акроцентрические, различаются при дифференциальном окрашивании;

1960 г. Денверская классификация хромосом человека основана на различиях формы, положения центромеры, значении центромерных индексов, наличии вторичных перетяжек и спутников. Группа Е (16 -18 пары). Относительно короткие, метацентрические или субметацентрические Группа F (19 -20 пары): две короткие, субметацентрические хромосомы.

1960 г. Денверская классификация хромосом человека основана на различиях формы, положения центромеры, значении центромерных индексов, наличии вторичных перетяжек и спутников. Группа G (21 и 22 пары): это маленькие акроцентрические хромосомы. К этой группе относят и Y-хромосому.

1971 г. Парижская классификация хромосом человека основана на методах окрашивания (бэндинга), позволяющих выявить комплекс поперечных полос (бэндов) на хромосоме. G-окрашивание – обработка трипсином и окрашивание красителем Гимзы. В световой микроскоп в хромосомах видны светлые и темные полосы (G-сегменты). R-окрашивание обработка хромосом горячим фосфатным буфером и окрашивание красителем Гимза либо флуорохромом оранжевым акридином. Маркируются Gотрицательные участки хроматина. С-окрашивание – окрашивание раствором гидроокиси бария при 60 o С в красителе Гимза. Выявляет центромерные районы хромосом и участки структурного гетерохроматина. Т-окрашивание – анализ теломер хромосом и районов ядрышковых организаторов при окрашивании азотнокислым серебром.

Международная цитогенетическая номенклатура хромосом человека Короткое плечо хромосом обозначают латинской буквой p, а длинное - q. Каждое плечо хромосомы разделяют на районы, нумеруемые по порядку от центромеры к теломере. В некоторых коротких плечах выделяют один такой район, а в других (длинных) - до четырех. Полосы внутри районов нумеруются по порядку от центромеры. Локализация гена точно известна ген эстеразы D - 13 q 14 - четвертая полоса первого района длинного плеча тринадцатой хромосомы. Локализация генов не известна точно. ген ретинобластомы - 13 q, длинное плечо тринадцатой хромосомы.

Спектральное кариотипирование окрашивание хромосом набором флуоресцентных красителей, связывающихся со специфическими областями хромосом. В результате гомологичные пары хромосом приобретают идентичные спектральные характеристики, что облегчает выявление таких пар, и облегчает обнаружение межхромосомных транслокаций (перемещений участков между хромосомами) — транслоцированные участки имеют спектр, отличающийся от спектра остальной хромосомы.