Хромосомные аберрации (аберрации хромосомного типа, хромосомные мутации, хромосомные перестройки) — нарушение структуры хромосом, которые происходят синхронно в обоих хроматидами. Классифицируют делеции (удаление участка хромосомы), инверсии (изменение порядка генов участка хромосомы на обратный), дупликации (повторение участка хромосомы), транслокации (перенос участка хромосомы на другую). Хромосомные перестройки носят, как правило, патологический характер и нередко приводят к гибели организма. Показано значение хромосомных перестроек в видообразовании и эволюции.

Возникновение хромосомных аберраций

В ходе кроссинговера образуются разрывы хромосом, которые затем репаруються. Нарушение процесса репарации могут привести к появлению хромосомных перестроек. Разрывы хромосом и, как следствие, образование перестроек происходят под действием различных мутагенных факторов: физической (ионизирующее излучение), химического или биологического (транспозонов, вирусы) природы. Также некоторые хромосомные перестройки (аберрации) характерны для носителей специфических сайтов ломкости.

Делеции

Различают терминальные (потеря конечного участка хромосомы) и интеркалярный (потеря части хромосомы в ее внутреннем участке) делеции. Если после образования делеции хромосома сохранила центромеру, она аналогично другим хромосом передается при разделении, участки же без центромеры как правило теряются. При конъюгации гомологов при кроссинговера в нормальной хромосомы на месте делеции в мутантной хромосоме образуется так называемая делецийна петля, которая компенсирует отсутствие делетованои участка.

Исследованы делеции редко захватывают протяженные участки хромосом, обычно такие аберрации летальные. Лучше изученным заболеванием, обусловленным делецией, является синдром кошачьего крика, описанный в 1963 году Джеромом Леженом. В его основе лежит делеция небольшого участка короткого плеча 5 хромосомы. Для больных характерен ряд отклонений от нормы: нарушение функций сердечно-сосудистой, пищеварительной систем, недоразвитие гортани (с характерным криком, напоминающим кошачье мяуканье), общее отставание развития, умственная отсталость, лунообразное лицо с широко расставленными глазами. Синдром встречается у 1 из 50000 новорожденных.

Другой интересным примером этого вида хромосомных аберраций является делеция в гене, кодирующем рецептор CCR5. Этот рецептор используется вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ) для распознавания своей Т-лимфоцитов. Продукт гена с делецией получил название CCR5-Δ32, этот вариант CCR5 не обнаружена ВИЧ, и носители такой мутации к ВИЧ невосприимчивы (это около 10% европейцев).

Дупликации

Дупликации появляются в результате неравного кроссинговера (в этом случае второй гомолог несет делецию) или в результате ошибки в ходе репликации. При конъюгации хромосомы с дупликацией и нормальной хромосомы как и при делеции формируется компенсационная петля.

Практически у всех организмов в норме наблюдается множественность генов, кодирующих рРНК (рибосомальные РНК). Это явление назвали избыточностью генов. Так в E. coli на рДНК (ДНК, кодирующий рРНК) приходится 0,4% всего генома, соответствует 5-10 копиям рибосомальных генов.

Другой пример дупликации — мутация Bar у Drosophila, обнаруженная в 20-х годах XX века Т. Морганом и А. Стертевантом. Мутация обусловлена ​​дупликацией локуса 57.0 X-хромосомы. В нормальных самок (B + / B +) глаза, по 800 фасеток, у гетерозиготных самок (B + / B) глаза, по 350 фасеток, у гомозигот по мутации (B / B) — всего 70 фасеток. Обнаружены также самки с трижды повторенным геном — double Bar (B D / B +).

В 1970 году Сусуму Оно в монографии «Эволюция путем дупликации генов» разработал гипотезу об эволюционном роль дупликаций, которые поставляют новые гены, не затрагивая при этом функций выходных генов. В пользу этой идеи говорит близость ряда генов по нуклеотидному состава, кодирующих различные продукты. Это трипсин и химотрипсин, гемоглобин и миоглобин и ряд других белков.

Инверсии

Различают парацентрични (инвертированный фрагмент лежит по одну сторону от центромеры) и перицентрични (инвертированный фрагмент лежит по разные стороны от центромеры) инверсии. При инверсии не происходит потери генетического материала, потому как такие инверсии как правило, не влияют на фенотип, но если в инверсионной гетерозиготы (т.е. организме, несет как нормальную хромосому, так и хромосому с инверсией) происходит кроссинговер, то существует вероятность формирования аномальных хроматид. В случае парацентричнои инверсии образуется одна нормальная и одна инвертированная (фенотипически нормальная) хроматиды, дицентрична хроматида с дупликацией и делецией (при расхождении хроматид она обычно разрывается на две) и ацентрична хроматида с дупликаций и делецией (обычно теряется). В случае перицентричнои инверсии образуется одна нормальная и одна инвертированная хроматиды, а также две хроматиды с дупликаций и делеция. Гаметы, несущие дефектные хромосомы, обычно не развиваются или погибают на ранних этапах эмбриогенеза. Но гаметы с инвертированной хромосомой развиваются в организмы, 50% гамет которых нежизнеспособны. Таким образом мутация сохраняется в популяции.

У человека наиболее распространенной является инверсия в 9 хромосоме, не вредит носителе, хотя существуют данные, что у женщин с этой мутацией существует 30% вероятность выкидыша.

Транслокации

Кроме переносов участков из одной негомологичной хромосомы на другую, классифицируют также реципрокные транслокации (когда две негомологические хромосомы обмениваются участками), робертсоновские транслокации (при этом две негомологические хромосомы объединяются в одну), а также транспозиции (переноса участка хромосомы на место на той же хромосоме).

Транслокация, реципрокная транслокация и транспозиция, которые не сопровождаются потерей генетического материала (сбалансированные транслокации), часто оказываются фенотипически. Однако, как и в случае с инверсиями, в процессе гаметогенеза часть сформированных гамет несет летальные перестройки. Например, в случае реципрокной транслокации обычно выживает не более 50% зигот.

Примером транслокации может служить «семейный» синдром Дауна. При этом заболевании у одного из родителей фенотиопово не проявляются транслокация двадцать первом хромосомы на четырнадцатом. У такого человека с вероятностью в 1/4 образуются гаметы с двумя 21 хромосомами (одна свободная и одна транслокована). При слиянии такой гаметы с нормальной образуется трисомик по 21 хромосоме.

Другой пример — транслокация типа «Филадельфийская транслокация» между девятой и двадцать второй хромосомами. В 95% случаев именно эта мутация является причиной хронического миелоцитарного лейкоза (англ. Chronic myelogenous leukemia).

Робертсоновские транслокации, возможно, является причиной различий между числом хромосом у близкородственных видов. Показано, что два плеча второй хромосомы человека соответствуют 12 и 13 хромосомам шимпанзе. Возможно, второй хромосома образовалась в результате робертсоновских транслокаций двух хромосом обезьяноподобных предков человека. Таким же образом объясняют тот факт, что различные виды дрозофилы имеют от 3 до 6 хромосом.

Робертсоновские транслокации привели к появлению в Европе нескольких видов-двойников (хромосомные расы) у мышей группы видов Mus musculus, которые, как правило, географически изолированы друг от друга. Набор и, как правило, экспрессия генов при робертсоновских транслокациям не меняются, поэтому виды практически не отличаются извне. Однако они имеют различные кариотипы, а плодовитость при межвидовых скрещиваниях резко снижена.

Сайты ломкости

В 70-х годах XX века было обнаружено явление повышенной ломкости хромосом — при окрашивании метафазных хромосом культур клеток некоторых индивидов красителями некоторые их участки оставались бесцветными. Для этих участков характерна повышенная вероятность хромосомных разрывов. Природа этого явления еще не до конца изучена, возможно оно связано с тем, что в этих участках хроматина находится в неконденсованих форме. Исследования говорят о связи этого явления с одной из форм слабоумия (синдром Мартина-Белла), а также заболеваемостью раком.

Изображения по теме

  • Хромосомные аберрации
  • Хромосомные аберрации