Хромосомні мутації

Відео: Види мутацій. Геномні і хромосомні мутації

Розрізняють два основних типи хромосомних мутацій: чисельні хромосомні мутації і структурні хромосомні мутації. У свою чергу, чисельні мутації поділяються на анеуплоідіі, коли мутації виражаються у втраті або появі додаткової однієї або декількох хромосом, і поліплоїдії, коли збільшується число гаплоїднийнаборів хромосом. Втрату однієї з хромосом називають моносомією, а виникнення додаткової хромосоми у будь-якої пари хромосом - трисомія. Структурні хромосомні мутації представлені транслокаціями, делеціями, Інсерція, інверсіями, кільцями і ізохромосома.

Чисельні хромосомні мутації

Трисомії. Трисомія називають появу в каріотипі додаткової хромосоми. Найвідомішим прикладом трисомії є хвороба Дауна, яку часто називають трисомія по хромосомі 21. Результатом трисомії по хромосомі 13 є синдром Патау, а по хромосомі 18 - синдром Едвардса. Всі названі трисомії - аутосомні. Інші трисомії по аутосомам нежиттєздатні, гинуть внутрішньоутробно і, мабуть, втрачаються у вигляді спонтанних абортів. Життєздатними є індивідууми з додатковими статевими хромосомами. Більш того, клінічні прояви додаткових хромосом X або Y можуть бути дуже незначними.

Зазвичай трисомії виникають через порушення розходження гомологічних хромосом у анафазе мейозу I. У результаті в одну дочірню клітину потрапляють обидві гомологічні хромосоми, а в другу дочірню клітки не потрапляє жодна з хромосом бивалента. Іноді, однак, трисомія може бути результатом порушення розходження сестринських хроматид в мейозі II. У цьому випадку в одну гамет потрапляють дві абсолютно однакові хромосоми, що в разі її запліднення нормальним спермием дасть трісомную зиготу. Цей тип хромосомних мутацій, що ведуть до трисомії, називають нерозходженням хромосом. Аутосомні трисомії виникають через нерозходження хромосом, що спостерігається переважно в оогенезі, але і в сперматогенезе нерасхождение аутосом також може бути. Нерасхожденіе хромосом може відбуватися і на ранніх стадіях дроблення заплідненої яйцеклітини. У цьому випадку в організмі присутній клон мутантних клітин, який може захоплювати більшу або меншу частину органів і тканин і іноді давати клінічні прояви, подібні до тих, які спостерігають при звичайній трисомії.

Причини нерасхожденія хромосом залишаються неясними. Відомий факт зв`язку між нерозходженням хромосом (особливо хромосоми 21) і віком матері до сих пір не має однозначної інтерпретації.

моносомії. Відсутність будь-якої аутосоми є в абсолютній більшості випадків несумісним з нормальним розвитком і призводить до ранніх спонтанних абортів. Дуже рідкісний виняток - моносомія по хромосомі 21. Моносомія може бути результатом нерасхожденія хромосом або втрати хромосоми під час її руху до полюса клітини в анафазе.

Анеуплоїдія за статевими хромосомами. Моносомія за статевими хромосомами призводить до утворення організму з каріотипом ХО, клінічним проявом якого служить синдром Тернера. У 80% випадків моносомия по хромосомі X є результатом порушення мейозу у батька (нерасхождение хромосом X і Y). Більшість ХО-зигот гинуть внутрішньоутробно.

Трисомія за статевими хромосомами може бути трьох типів - з каріотипом 47, XXY, 47, XXX і 47, XYY. Трисомія 47, XXY відома як синдром Клайнфелтера. Приблизно в 50% випадків причиною синдрому є нерасхождение хромосом X в оогенезі, інші 50% випадків пояснюються нерозходженням хромосом X і Y сперматогенезу. Абортіруется близько 50% ембріонів з таким каріотипом. Трисомія 47, XXX є в абсолютній більшості випадків результатом нерасхожденія хромосом в гаметогенезе матері. Навпаки, трімосія 47, XYY відбувається в результаті порушення мейозу в гаметогенезе батька. Це порушення може статися тільки в мейозі II внаслідок нерозходження хромосом Y. Трисомии 47, XXX і 47, XYY зустрічаються з частотою 1: 1000 серед жінок і чоловіків відповідно, вони проявляються відносно невеликими фенотипическими змінами і зазвичай виявляються у вигляді випадкових знахідок.

Полиплоидия. Поліплоїдні клітини містять втричі більший або учетверенное гаплоїдний набір хромосом. У людини триплоїдія виявляється іноді у спонтанних абортусов, відомо також кілька випадків живонароджених, але хворі гинули протягом 1-го місяця життя. Триплоїдія може бути обумовлена порушенням мейотического розбіжності всього набору хромосом в мейозі жіночих або чоловічих статевих клітин. В результаті або яйцеклітина, або сперматозоїд виявляються диплоїдними. Як механізм Триплоїд розглядають також можливість запліднення яйцеклітин двома сперматозоїдами. У тому випадку, коли триплоїдія обумовлена батьківським диплоїдним набором хромосом, виникає міхуровий переродження плаценти, так званий міхурово занесення.

Структурні хромосомні мутації

Структурні мутації хромосом можуть виникати тільки в результаті розриву хромосом з наступним возз`єднанням, що супроводжується порушенням вихідної конфігурації хромосом. Такі мутації можуть бути збалансованими або незбалансованими. При збалансованих хромосомних мутацій немає втрати або надлишку генетичного матеріалу, тому вони не мають фенотипічних проявів, крім тих випадків, коли в результаті розриву хромосоми в місці розриву виявляється функціонально важливий ген. У той же час у носіїв збалансованих хромосомних мутацій можуть утворюватися незбалансовані по хромосомному набору гамети, і, як наслідок цього, у плода, що виникло від запліднення такої гаметой, хромосомний набір виявиться також незбалансованим. При незбалансованому хромосомному наборі у плода розвиваються важкі клінічні прояви патології, як правило, у вигляді комплексу вроджених вад розвитку.

Делеції. Делеция означає втрату ділянки хромосоми. Термінальні делеції виникають, коли в результаті одного розриву в хромосомі сама хромосома коротшає, а фрагмент зазвичай втрачається при наступному діленні клітини. Решта делеции, які називаються інтерстиційними, виникають в результаті двох розривів в хромосомі. Делеция ділянки хромосоми обумовлює моносомія по цій ділянці, яка, як правило, виявляється летальною. Вважається, що делеція більше 2% хромосомного матеріалу від гаплоидного набору буде летальної. У той же час деякі делеционного синдроми сумісні з життям. До них відносяться синдром Вольфа- Хіршхорн і синдром «котячого крику».

дуплікації. Дуплікація - подвоєння ділянки ДНК, також може виникнути Дуплікація частини хромосомного матеріалу, залученого в транслокацию. Мікродуплікаціі можуть також бути результатом нерівного кросинговеру в гомологічних хромосомах. Зазвичай дуплікації не призводять до появи настільки виражених аномалій розвитку, як делеції.

Транслокації. Транслокаціями називають перенесення генетичного матеріалу з однієї хромосоми на іншу. Якщо розриви виникають одночасно в двох хромосомах і останні обмінюються утворилися вільними сегментами, то такі транслокації називають реципрокного. В цьому випадку каріотип залишається представленим 46 хромосомами, а транслокація може бути виявлена тільки при детальному аналізі хромосом. Реципрокні транслокации зазвичай не супроводжуються фенотипическими проявами. Реципрокні транслокации призводять до утворення незбалансованих гамет, коли вони проходять мейоз. Зазвичай реалізуються наступні дві можливості: в одну гамет потрапляють дві нормальні, а в іншу - дві транслоцироваться (такий тип розбіжності називається альтернативним) хромосоми, і в обидві гамети потрапляють одна нормальна і одна транслоцироваться хромосома. У другому випадку можливі дві комбінації з нормальною і транслоцироваться хромосом. Теоретично все 4 типу розбіжності повинні реалізуватися з однаковою ймовірністю.

Особливий вид реципрокних транслокацій є так звані робертсонівські транслокации. В цьому випадку розриви в двох акроцентріческіх хромосомах локалізуються в області центромер або в безпосередній близькості від них. Довгі плечі хромосом зливаються, а короткі губляться. Оскільки короткі плечі акроцентріческіх хромосом містять гени рРНК, то їх втрата ніяк не проявляється, так як множинні копії цих генів містяться також в інших акроцентріческіх хромосомах. Тому робертсоновской транслокация функціонально є збалансованою. У каріотипі число хромосом зменшується до 45. Як і при реципрокних транслокаціях, ризик утворення незбалансованих гамет пов`язаний з тим, як протікає мейоз у носіїв робертсоновской транслокации.

Можливе утворення 6 типів гамет в результаті різних способів розбіжності хромосом, залучених в робертсоновской транслокацию:

1) гамети з нормальними хромосомами;

2) комплементарні їм гамети з робертсоновской транслокацией (обидва типи гамет збалансовані);

3) гамети, що несуть одну нормальну і транслоцироваться хромосому;

4) гамети, що несуть другу нормальну і транслоцироваться хромосому;

5) гамети, що несуть тільки одну нормальну хромосому;

Відео: 9 HORRIBLE HUMAN MUTATIONS

6) гамети, що несуть тільки другу нормальну хромосому.

У тому випадку, коли робертсоновской транслокация є результатом злиття довгих плечей хромосом 21, все гамети будуть незбалансованими. У родині, в якій один з батьків є носієм такої транслокації, всі діти будуть з хворобою Дауна.

Інсерції. Коли сегмент однієї хромосоми переноситься і вставляється в іншу хромосому, таку перебудову називають Інсерція. Для того щоб відбулася инсерция, необхідно не менше 3 розривів хромосом. Оскільки в разі виникнення инсерции не губиться і не додається новий генетичний матеріал, таку перебудову вважають збалансованою. Однак у носіїв такої инсерции 50% гамет виявляться незбалансованими, оскільки вони будуть нести хромосому або з делецией, або з Інсерція. Внаслідок цього будуть утворюватися зиготи з частковою моносомією або часткової трисомія.

Інверсії. Інверсією називають хромосомну мутацію, коли після двох розривів в одній хромосомі сегмент хромосоми, розташований між розривами, повертається на 180 ° і займає інвертовану положення. Якщо в інвертований сегмент потрапляє центромера, то таку інверсію називають періцентріческой, а якщо інверсія сегмента хромосоми відбувається в межах одного плеча - парацентрической. При інверсії не відбувається втрати генетичного матеріалу, крім тих випадків, коли розрив хромосоми може торкнутися функціонально важливий ген. Тому носії обох типів інверсій не мають, як правило, будь-яких патологічних симптомів. Більш того, деякі інверсії, наприклад періцентріческая інверсія в хромосомі 9, зустрічаються як нормальна ознака з досить високою частотою в деяких етнічних групах. Як і при інших збалансованих перебудовах, інверсії в мейозі можуть призводити до утворення незбалансованих гамет.

Відео: Біологія Генні мутації однонуклеотидний заміни

Ізохромосома. Ізохромосома виникають в тих випадках, коли центромера ділиться не поздовжньо, а поперечно. В результаті один з плечей втрачається, а друге подвоюється. Найчастіше виявляється ізохромосома, складена з довгих плечей хромосоми X. В цьому випадку у індивідуума, носія такої ізохромосома X, виявляють прояви синдрому Шерешевського-Тернера.

Кільцеві хромосоми. Цей тип хромосомної мутації виникає в тому випадку, коли розриви спостерігаються в обох плечах якийсь хромосоми. Ацентріческіе фрагменти при цьому втрачаються, а центральна частина хромосоми замикається в кільце. Якщо така кільцева хромосома утворюється з аутосоми, то через відсутність значної частки генетичного матеріалу цієї хромосоми гамета і зигота виявляються незбалансованими, що має привести до ранньої втрати зародка з кільцевої хромосомою. Якщо все-таки зародок утворюється, то кільцева хромосома має тенденцію губитися під час мітотіческіхделеній клітин. Як наслідок, виникає мозаїцизм за наявністю в клітинах кільцевої хромосоми.