ОТВЕТ. Хромосомные болезни - это группа заболеваний, вызываемых изменениями числа (геномные мутации) или структуры (хромосомные аберрации) хромосом, видимыми в световой микроскоп.
Механизмы возникновения хромосомных болезней - мутации:
геномные (например, болезнь Дауна – трисомия по 21 хромосоме);
хромосомные (например, синдром кошачьего крика).
Полиплоидные мутации приводят к образованию триплоидов (кариотип 69 хромосом) и тетраплоидов (кариотип 92 хромосомы), которые погибают в начале внутриутробного развития. Гетероплоидия может быть в виде моносомии (выживают только с синдромом Шерешевского-Тернера 45,ХО, аутосомные моносомики не выживают) и трисомии (обладают жизнеспособностью по 21 и 22 хромосоме, по Х-хромосоме).
Хромосомные аберрации возникают во время кроссинговера; они обозначают номером хромосомы, короткого или длинного плеча и избытком (+) или нехваткой (-) генетического материала. Например, синдром кошачьего крика: 5р - - это делеция короткого плеча пятой пары хромосом.
Хромосомные аберрации и изменения количества хромосом могут возникать на разных этапах:
нарушения в гаметах родителей;
нарушения в процессе эмбрионального развития при дроблении зиготы.
В первом случае хромосомные мутации в гамете одного из родителей (могут происходить как в митозе периода размножения, так и в 1-ом или 2-ом делениях мейоза периода роста и созревания) приводят к подобной аномалии хромосом во всех клетках развивающегося организма, то есть полный мутант . В этом случае у здоровых родителей рождается ребенок с хромосомой аномалией. Во втором случае возникает нарушение вследствие митотического деления бластомеров (дробление бластомера идет по типу митоза, но отсутствует стадия морфологического роста клеток перед новым митозом).
|
1) Нормальный митоз во время дробления зиготы. |
|||
|
46 хромосом, 2с |
46 хромосом, 2с |
||
|
Мозаицизм (изменения количества хромосом): 46 хромосом (92 хроматиды) 4с |
2) Нарушения во время митоза (при дроблении) – например, одна хромосома не разошлась на хроматиды и образуется два типа бластомеров: с 45 хромосомами и с 47 хромосомами. При последующем дроблении этих клеток возникают две линии (клоны ), сохраняющие особенности аномального кариотипа. |
||
|
45хромосом, 2с |
47хромосом, 2с |
||
|
45хр. (90 хр-д) 4с |
47хр. (94 хр-д) 4с |
||
|
45хр.2с 45хр.2с |
47хр.2с 47 хр. 2с |
||
В зависимости от стадии, на которой произошло нарушение, и интенсивности размножения клеток число этих клеточных популяций (клонов) может быть различным. Остальные клетки, которые ведут начало от нормальных бластомеров, будут иметь неизменный кариотип. Такое явление называется генетическим мозаицизмом. Мозаичные организмы могут содержать несколько (2, 3, 4 и более) клеточных клонов с различными кариотипами. Это явление может сопровождаться патологией всего организма, либо отдельных его органов и систем. При незначительном количестве аномалий клеток фенотипические проявления могут не обнаруживаться. Подобным образом могут образовываться и клоны со структурными аномалиями хромосом.
Структурные аномалии хромосом
Делеция или нехватка – это утрата части хромосомного материала, происходящая в результате двух разрывов и одного воссоединения с утратой сегмента, лежащего между разрывами. Редко встречаются делеции, которые называются «концевой нехваткой» (дефишенси). Такая делеция возникает в результате одного единственного разрыва и часть хромосомы, не несущая центромеры, теряется. Например, 5р - - сидром кошачьего крика.
Кольцевая хромосома – возникает в результате утраты двух теломерных участков с последующим воссоединением разорванных проксимальных концов. Такие хромосомы нестабильны и часто утрачиваются.
Дупликации – удвоение сегмента хромосомы, в результате которого клетка или организм, несущий дупликацию, становятся гипердиплоидными по данному сегменту. Первично дупликация может возникнуть при неравном кроссинговере. Фенотипически дупликации не так неблагоприятны, как делеции.
Изохромосомы – возникают в результате поперечного разрыва хромосом в районе центромеры, при этом образуются две метацентрические хромосомы, у которых оба плеча полностью идентичны. Так как каждая хромосома состоит из совершенно идентичных плеч, она оказывается дупликатной по этому плечу и имеет делецию второго плеча. У человека описаны изохромосомы Х-, У-, 21 хромосомы и др. Фенотипически это всегда сопровождается дефектами развития плода.
Инверсии – структурная аномалия хромосомы, возникающая вследствие двух разрывов, поворота участка между разрывами на 180 0 и соединения разорванных концов в новом порядке. Если в инвертированный участок попадает центромера хромосомы, то такую инверсию называют перицентрической , если инверсия захватывает только плечо хромосомы, то она называется парацентрической . Гены в инвертированной части хромосом лежат в обратном порядке по отношению к исходной хромосоме. Сама по себе инверсия обычно не изменяет фенотип носителя инвертированной хромосомы, однако во время мейоза при гаметогенезе будет образовываться то или иное количество гамет, приводящих потомство к гибели на ранних этапах развития.
Транслокация – обмен сегментами между хромосомами. Различают три типа транслокаций:
реципрокные – взаимный обмен участками негомологичных хромосом;
нереципрокные (транспозиции) – участок хромосомы изменяет свое положение или включается в другую хромосому без взаимного обмена;
центрические (робертсоновские) – происходят при слиянии двух центромер негомологичных акроцентрических хромосом, с образованием одной мета- или субметацентрических хромосом., короткие плечи утрачиваются и образуется сбалансированный кариотип (как правило, короткие плечи акроцентрических хромосом состоят из гетерохроматина);
дицентрические (полицентрические) – слияние двух (или более) фрагментов негомологичных хромосом, несущих участки с центромерами.
В случае гетероплоидии особенно тяжелы моносомии. Моносомии по аутосомам заканчиваются летально еще в первые дни эмбрионального развития или приводят к гибели зародыша на более поздних стадиях (спонтанные аборты). Полные трисомии описаны у человека по большому количеству хромосом: 8, 9, 13, 14, 18, 21, X, Y. Наиболее изученными синдромами, в основе которых лежат нарушения в системе аутосом (геномные мутации, хромосомные мутации) являются трисомии 21, 13, 18, транслокационная форма Дауна, синдром «кошачьего крика», в системе половых хромосом трисомии XXY, XXX, XYY и моносомия XO.
болезнь дауна
(трисомия 21; 47,XX(XY)+21 )
Диагностика болезни Дауна уже у новорожденного не вызывает затруднений (рис. 5). При болезни Дауна встречается от 9 до 29 соматических аномалий. Чаще при этом синдроме имеются:
· Брахицефальный череп со сглаженным затылком и уплощенным лицом, эпикант;
· Пятна Брушфильда (светлые пятна на радужке);
· Маленькие недоразвитые ушные раковины;
· Увеличенный «складчатый» язык;
· Широкие кисти с короткими пальцами и укороченными искривленными пятыми пальцами (клинодактилия);
· Поперечная борозда на одной или обеих ладонях («обезьянья складка»);
· Расширенные промежутки между 1 и 2-м пальцами стоп.
 |
| Рис.5. Симптомы трисомии 21 |
Интеллектуальный дефект больных углубляется с возрастом. Известно, что примерно у 60% детей с болезнью Дауна имеются разные формы глазной патологии а у 70% обнаруживают тугоухость.
Большое внимание в последние годы уделяется изучению патогенеза синдрома Дауна. Сегодня предложена объединенная генетическая гипотеза синдрома Дауна и болезни Альцгеймера. В статусе таких больных выявляется преждевременное старение, преобладание дегенеративных сосудистых нарушений, сахарный диабет, катаракта͵ липофусциноз, амилоидоз, избирательное повреждение холинергических нейронов в базальных ганглиях, склонность к злокачественным новообразованиям, специфические нарушения слуха и другие признаки, а главное – характерные нарушения интеллекта͵ напоминающие таковые при старческой болезни Альцгеймера.
Использование цитогенетичеcких методов исследования показало, что примерно 80% всех случаев простой трисомии 21 имеет материнское происхождение и около 20% – отцовское. При этом лишь 20% всех случаев «материнского» синдрома Дауна обусловлено нерасхождением хромосом 21-ой пары во втором делении мейоза, а остальные – ошибками первого деления мейоза.
Болезнь дауна транслокационной формы
Транслокационные формы синдрома Дауна наблюдаются в 3-4% случаев. Число хромосом в данном варианте болезни нормальное – 46, так как дополнительная хромосома 21 транслоцирована на аутосомы 13, 14, 15 и 22 (рис.6)
Хромосомные болезни – это группа наследственных патологических состояний, причиной которых является изменение количества хромосом или нарушение их структуры. Наиболее часто отмечаются трисомии, реже моносомии.
Хромосомные болезни клинически выражаются множественными врожденными пороками развития. Большинство хромосомных мутаций являются возникающими заново вследствие мутации в гамете здорового родителя, а не наследуемыми в поколениях, что связано с высокой смертностью больных в дорепродуктивном периоде.
Аномалии аутосом .
Трисомия 8. У больных отмечается неглубокая умственная отсталость и физическое недоразвитие. Типичным проявлением служат удлиненность туловища, преобладание скелетных аномалий, нарушение речи, вывернутая нижняя губа – в 20% случаев. Такие больные относительно жизнеспособны и в половом возрасте могут иметь потомство.
Трисомия 13 - синдром Патау – впервые был описан этим ученым в 1960 году. Наблюдается высокая ранняя смертность (в течение первого года жизни умирает 90% детей). Характерны тяжелые аномалии строения: расщепление твердого и мягкого неба, незаращение губы, недоразвитие или отсутствие глаз (микрофтальмия или анофтальмия), деформированы и низко расположены ушные раковины, деформация кистей и стоп – полидактилия и синдактилия (сращение пальцев), отсутствие переднего мозга, дефекты внутренних органов.
Трисомия 18. Впервые этот синдром был описан Дж. Эдвардсом в 1960 году. Чаще синдром встречается у девочек. Череп необычной формы: узкий лоб и широкий выступающий затылок, очень низко расположенные деформированные уши, недоразвитие нижней челюсти, деформация кистей, пальцев. Дефекты сердца, почек, легких, головного мозга. Могут дожить до года.
Трисомия по 21, синдром Дауна. Наиболее распространенная из всех аномалий. Характерные признаки: монголоидный разрез глаз, косоглазие, нависающая складка над верхним веком, короткий широкий нос, плоское лицо, большой, часто не умещающийся во рту язык, полуоткрытый рот. Больные маленького роста, коже шелушиться, на щеках румянец. Нередко имеются нарушения строения внутренних органов (сердца, крупных сосудов). Психически – это дибилы и идиоты. Но в отличие от других видов олигофрении у больных болезнью Дауна сохраняется эмоциональная сфера при глубоком интеллектуальном дефекте. Они иногда могут научиться читать и писать, но считать не могут. У них недоразвит головной мозг, половые железы и вторичные половые признаки. Потомства обычно не оставляют, но описано несколько случаев рождения детей у таких лиц.
Эта патология довольно часто встречается у новорожденных. К настоящему времени описано много хромосомных нарушений у человека. Это синдром Патау (синдром трисомии по хромосоме 13), синдром Дауна (синдром трисомии по хромосоме 21), синдром Эдвардса (синдром трисомии по хромосоме 18), синдром трисомии по хромосоме 22. При этих синдромах в клетках организма находится не 46 хромосом, как положено, а 47, то есть имеется одна лишняя хромосома: 13 при синдроме Патау, 21 - при синдроме Дауна и т. д. (рис. 5). Для многих из этих синдромов описаны мозаичные формы, то есть в организме в одних клетках содержится 47 хромосом, в других - 46 (рис. 6). При синдроме трисомии по хромосоме 8 мозаичные формы преобладают над полными трисомиями. Этим можно объяснить многообразие фенотипических проявлений трисомии по хромосоме 8. Наряду с больными, имеющими по 15-20 врожденных пороков в различных органах, встречаются лица лишь с умеренными поражениями скелетно-мышечной системы.
В последнее время в литературе появляются сообщения о том, что причиной рождения детей с синдромом Дауна может быть мозаицизм хромосом одного или обоих родителей.
Что происходит при образовании и формировании нового организма? У ребенка должно быть столько же хромосом, сколько у родителей (46). В половых клетках человека, образующихся в результате мейоза, содержится 23 хромосомы. У женщин при формировании половой клетки в нее попадает хромосомы (22 + Х), так как во всех яйцеклетках (в норме) содержится только одна Х-хромосома. При формировании мужских половых клеток - сперматозоидов - в одни, помимо аутосом, попадает Х-хромосома (22+ Х), а в другие Y-хромосома (22+Y). Оплодотворение любой яйцеклетки, всегда имеющей 22 + X, сперматозоидом с 22 + Х обусловливает развитие женского организма, а оплодотворение сперматозоидом с 22+Y развитие мужского организма (рис. 7). Но если половые клетки родителей содержат по 23 хромосомы, то почему иногда рождаются дети с 47 хромосомами? Формирование половых клеток - очень ответственный период в жизнедеятельности организма. Этот процесс, казалось бы, хорошо защищен от влияния различных факторов.
Однако, как показывает практика, обнаруживается зависимость появления новорожденных с синдромом Дауна (дети с 47 хромосомами), от возраста женщины.
Полученные данные наглядно свидетельствуют, что чем старше мать, тем вероятность рождения ею ребенка с синдромом Дауна резко повышается (табл. 2).
Уместно отметить, что возраст матери не безразличен и для состояния нервной системы новорожденных, так как его увеличение повышает частоту врожденных аномалий. Если принять частоту аномалий детей, которые родились у самых молодых матерей, за единицу (группа рожениц в возрасте 16-20 лет), то при возрасте рожениц 31-35 лет частота аномалий нервной системы у детей увеличивается в 4,3 раза, а группу женщин в возрасте 41-45 лет повысит количество аномалий нервной системы у детей уже в 10 раз.
В последние 15 лет установлено, что первая фаза мейоза происходит у девочки в эмбриональном периоде (на 4-6-м месяце развития плода), а второе деление и созревание яйцеклетки -в период полового созревания, что соответствует примерно 11-12 годам. Далее попеременно то в правом яичнике, то в левом созревает одна клетка в каждые 28-30 дней. Таким образом, одна клетка будет "ждать" 11-12 лет, пока наступит второе деление, а другая - 25 или 40 лет.
На 100 женщин в среднем встречается одна, у которой созревают одновременно две яйцеклетки, оплодотворение которых приводит в дальнейшем к рождению двойни. А недавно стал известен случай, когда женщина родила шестерых близнецов. Это означает, что в данном случае одновременно созрело шесть клеток.
Разнояйцевые близнецы могут быть однополыми или разнополыми, но рожденными вместе. Однояйцевые близнецы бывают только однополые (либо мальчики, либо девочки) и формируются из одной оплодотворенной клетки (зигота), которая еще раз делится.
Частота рождения близнецов различна и зависит от разных причин, не все из которых еще выяснены. На частоту рождения близнецов влияет возраст матери и число предшествовавших родов. С увеличением возраста матери и порядкового номера родов увеличивается частота рождения близнецов. Описаны такие семьи, в которых женщины в ряде поколений имели близнецов, то есть обладали наследственным предрасположением к многоплодию. Рождение близнецов одного пола еще не является доказательством их однояйцевости. Однояйцевые близнецы очень часто сильно похожи друг на друга, но бывают случаи, когда они не очень похожи, так как у одного из них были менее благоприятные условия внутриутробного развития.
А так ли это важно, родились разно- или однояйцевые близнецы? Да, это важно. К примеру, заболел один из пары однояйцевых близнецов. Врач пристально должен наблюдать за другим и быть готовым начать лечение второго, еще здорового, близнеца. Почему? Изучение развития и заболеваемости близнецов оказало большое влияние на развитие генетики и медицины, на понимание роли наследственности и среды в возникновении многих болезней человека. Если какой-то признак имеет сходство у однояйцевых близнецов, то это есть свидетельство его зависимости от наследственности. Изучение заболеваемости однояйцевых и разнояйцевых близнецов показало, что для появления таких заболеваний, как корь, коклюш, ветряная оспа и др., необходимо только инфекционное начало, а "предрасположение" организма имеет малое значение. А вот для появления таких болезней, как дифтерия, свинка, воспаление легких, полиомиелит и туберкулез, играют роль наследственные свойства организма.
Количество созревающих ежемесячно яйцеклеток находится под гормональным контролем и также зависит от возраста женщины.
Совершенно естественно, что клетки, из которых формируются яйцеклетки, со временем стареют, то есть "портятся", и как бы природа их ни защищала, они все равно с определенной вероятностью повреждаются. Второе деление мейоза может произойти с ошибками, например, с нерасхождением хромосом - будут возникать яйцеклетки с 24 хромосомами или вообще с неправильным распределением хромосом по двум дочерним клеткам, вследствие чего в яйцеклетку может попасть больше хромосом, чем строго необходимо. Оплодотворение таких клеток приведет к появлению ребенка с хромосомными аномалиями, в том числе и с синдромом Дауна.
Что влияет на повреждение половых клеток? Ученые выдвинули ряд возможных предположений для объяснения причин, вызывающих появление хромосомных аномалий.
Первая - касается изменения pH (кислотности среды), наступающего в организме в результате старения или болезней, особенно воспалительных заболеваний половых органов женщин, что может способствовать не расхождению хромосом в мейозе.
Вторая - связана с явлением эндокринопатии (изменение гормонального статуса), которое аналогичным образом может привести к появлению детей с мозаицизмом хромосом и с синдромом Дауна. Напомним, что эндокринные сдвиги увеличиваются с возрастом женщины.
Третья - относится к применению различных лекарств или химических веществ, содержащихся в воде, продуктах питания, которые также могут способствовать возникновению хромосомных аномалий. Недавно в литературе появились данные о связи между концентрациями фтора в воде в центральных областях США и повышенной частотой рождения детей с синдромом Дауна. При содержании 0,1-0,2% фтора частота рождения детей с этим синдромом равнялась 0,39 на 1000 новорожденных детей, а при концентрации 1,0-2,6% она возрастала до 0,58 на 1000 новорожденных.
Итак, мы выяснили, что у женщин формируется в среднем одна половая клетка в месяц, а это значит, что совершенно отсутствует возможность выбора. У мужчин, так же как и у женщин, с возрастом количество половых клеток с неправильным набором хромосом увеличивается, что казалось бы, должно приводить к еще большему появлению частоты новорожденных с хромосомными аномалиями и, в частности, с синдромом Дауна. Но природа распорядилась по-своему. Она "позволила" мужчине образовывать не одну клетку в месяц, а много миллионов, что приводит к возможности отбора, как бы конкуренции, поэтому и считалось, что нет "вины" мужчин в появлении детей с синдромом Дауна из-за того, что происходит отбор нормальных сперматозоидов. Однако данные последних лет показывают, что и мужчины могут быть повинны в появлении ребенка с синдромом Дауна. В организме мужчин могут образовываться сперматозоиды (гаметы) с двумя хромосомами 21, что при слиянии с женской яйцеклеткой даст развитие ребенку с тремя хромосомами 21, то есть с синдромом Дауна.
Интересен опыт анализа частоты рождения больных детей с синдромом Дауна в Дании, где Министерством здравоохранения был организован учет рождения больных детей с этим синдромом. По данным статистики в 1950 году на 79 558 новорожденных было зафиксировано 116 детей с синдромом Дауна (частота 1:685), а в 1970 году, спустя 20 лет, на 70 802 новорожденных - 71 больной ребенок (1:994). Средний возраст рожениц снизился при этом на 5 лет.
Следовательно, можно думать о том, что чем моложе мать, тем меньше вероятность рождения у нее ребенка с болезнью Дауна, равно как и с некоторыми другими хромосомными болезнями. Этот вывод подтвержден сегодня многочисленными статистическими исследованиями во многих странах мира.
Причинами этой группы заболевания являются изменения числа аутосом (по типу моносомии или трисомии) или различные хромосомные мутации аутосом. Наиболее часто встречаются нарушения по 8, 9, 13 (синдром Патау), 18 (синдром Эдвардса), 21 (синдром Дауна) хромосомам.
Для диагностики болезни необходимо определить:
Тип мутации (геномная или хромосомная)
Вовлеченную в процесс хромосому
Форму (полная или мозаичная)
Вид болезни (спорадический случай или наследственная форма)
Мутации аутосом вызывают нарушение общего генетического баланса клеток, поэтому патологические эффекты проявляются на всех этапах онтогенеза и в различных органах. Главные эффекты мутаций проявляются в двух вариантах: летальности и врожденных пороках развития. Летальный эффект – один из главных факторов внутриутробной гибели плода. Родившиеся живыми младенцы имеют многочисленные нарушения развития. При различных хромосомных аномалиях наблюдаются сходные клинические проявления: низкий вес при рождении, задержка физического и умственного развития, нарушения формирования лицевого и мозгового черепа (деформация ушных раковин, микроцефалия, мозговые грыжи),
пороки развития внутренних органов. Если при рождении у младенца выявляются несколько пороков развития, то в первую очередь следует подумать о наличии у него хромосомного заболевания.
Синдром Дауна. Встречается с частотой 1:700-1:800 родов, при этом отсутствует зависимость от пола ребенка. Риск рождения больного ребенка увеличивается с возрастом матери и в меньшей степени зависит от возраста отца.
Цитогенетические варианты болезни разнообразны: 95% - полная трисомия (при этом «материнский вклад» - 80%), транслокационная форма (21 хромосома + 15 хромосома) – данная форма болезни может наследоваться от родителей.
Больные дети разных рас удивительно похожи друг на друга. Больные имеют характерный внешний вид: монголоидный разрез глаз, круглое уплощенное лицо, плоская спинка носа, крупный (обычно высунутый) язык, деформированные уши. Характерны дерматоглифические особенности: «обезьянья» складка на ладони, две кожные складки на мизинце. У больных выявляются пороки внутренних органов, чаще сердечно-сосудистой системы, органов пищеварения, почек.
У больных нарушается физическое и умственное развитие: рост взрослых больных на 20 см ниже среднего, умственная отсталость (олигофрения) разных степеней. Больные ласковые, послушные, могут осваивать несложные практические навыки. Однако снижение мышечного тонуса в сочетании с разболтанностью суставов не позволяет выполнять тонкие координированные движения. Средняя продолжительность жизни составляет 30-35 лет.
Синдром «кошачьего крика» обусловлен выпадением (делецией) участка короткого плеча 5 хромосомы (кариотип: 46, 5 p-). У детей наблюдается необычный плач, напоминающий требовательное кошачье мяуканье. Клиническая картина значительно варьирует у разных больных. Характерный крик обусловлен изменением гортани (сужение, мягкость хрящей, уменьшение надгортанника). Практически у всех больных отмечаются изменения строения мозгового и лицевого черепа: лунообразное лицо, микроцефалия. Ушные раковины деформированы и низко расположены. Встречаются пороки сердца и костно-мышечной системы: синдактилия, косолапость. Большинство больных умирает в возрасте до 1 года.
