У человека хромосома: Сколько хромосом у человека

Содержание

Сколько хромосом у человека

Человека часто любят сравнивать с другими представителями животного и растительного царства, упоминая при этом число хромосом. Мол, у здорового человека 46 хромосом, а у речного рака 116. Что же это, рак круче человека? А у бокоплава Parhyale hawaiensis 46 хромосом, как и у человека. Выходит, мы родственники с бокоплавом?

Стоит напомнить, что хромосомы — это такие штуки, в которые в наших клетках упакована ДНК. В обычных клетках у человека 46, или 23 пары, хромосом (23 достались нам от мамы и 23 — от папы. Итого 46). В 22 парах хромосомы похожи друг на друга, «гомологичны» — их называют аутосомами. Кроме того, у человека есть пара половых хромосом: две одинаковые «ХХ» у женщины и две разные «XY» у мужчины. Таким образом, пол будущего ребёнка целиком зависит от отца: получится мальчик или девочка, зависит от того, какая половая хромосома наследуется от папы: Х или Y. Мать может передать ребёнку только Х-хромосому.

Полный набор хромосом называется кариотип. В каждой хромосоме содержится в плотно скрученном виде очень большая молекула ДНК. Один и тот же набор генов может быть упакован в разное число хромосом. Поэтому совпадение числа хромосом у человека и бокоплава ни о чём не говорит. И количество хромосом никак не связано с «крутизной» хозяина: у земноводного амфиумы ДНК в 30 раз больше, чем у человека, и при этом всего 14 хромосом.

Угревидная амфиума (Amphiuma means). Фото: Daniel Thompson.

В результате мутаций кариотип может меняться. Нарушается структура хромосом, может увеличиваться или уменьшаться, даже удваиваться их количество. С хромосомными аномалиями связан ряд (более 700) наследственных болезней. Самая известная — синдром Дауна, который обычно развивается, когда у человека три 21-х хромосомы вместо двух. В итоге в кариотипе получается 47 хромосом вместо 46.

Изредка бывает, что изменение кариотипа внешне никак не проявляется, и человек живёт и ничего не подозревает, пока не пытается завести детей. Совсем редко может случиться, что и на репродуктивной функции хромосомная аномалия заметно не отразилась. Описаны случаи, когда в некоторых семьях хромосомная мутация передавалась из поколения в поколение.

В связи с этим можно вспомнить ещё один распространённый вопрос: если у шимпанзе 48 хромосом, а у человека 46, как же у нас мог быть общий предок? По-видимому, когда-то наши пращуры, как и современные человекообразные, обладали кариотипом с 48-ю хромосомами, но в какой-то момент у кого-то из предков в результате мутации две хромосомы слились в одну. Эта гипотеза нашла ряд подтверждений, когда генетики стали сравнивать кариотип человека и наших ближайших родственников — человекообразных обезьян. Подробно о слиянии хромосом у предков человека рассказывается в статье «История одной мутации»…

Хромосомы человека, структура, количество, набор, Х-хромосома, Y-хромосома : Все про гены!

      Генетическая информация каждого человека сохраняется в 23 парах хромосом, которые очень отличаются размерами и формой. Хромосома 1 — самая большая, ее размер более чем в три раза больше, чем размер 22 хромосомы. Двадцать третья пара хромосом — это две специальные хромосом, X и Y, которые определяют наш пол. Женщины имеют пару Х-хромосом (46, XX), в то время как у мужчин эта пара состоит из одной Х и одной Y хромосомы (46, XY).

 

   Основной составляющей каждой хромосомы является ДНК, а гены — это основные составляющие хромосомной ДНК. Молекула каждой хромосомы очень длинная, поэтому для компактности она плотно намотанная на специфические белки-гистоны. Это явление называется суперскручивание или суперкомпактизация. Для сравнения можно себе представить, что вся ДНК, которая содержится в ядре каждой клетки, в развернутом виде должна иметь длину около трех метров. Если вымерять длину всей ДНК организма человека, то, стоить отметить, что если нити ДНК сложить по длине, то этой двойной нитью можно было бы соединить Землю и Солнце около 70 раз. Длина ДНК одной хромосомы составляет в среднем 5 см.

 

    Почти в центре каждой хромосомы содержится ее центромера, небольшой участок, которая делит хромосому на две части, образуя при этом длинное плечо (q) и короткое плечо (р). Кроме того, для более детального и точного исследования хромосом используется метод окраски хромосом специальными красителями. Использование которых вызывает образование характерной полосатой структуры. Каждая хромосома имеет уникальную четкую полосатую структуру, а каждая полоска имеет номер, который помогает определить (локализировать) конкретную часть хромосомы (локус). Этот метод, при котором положение данного гена определяется размещением его на конкретной полосе хромосомы называется цитогенетическим картированием. Например, ген бета-гемоглобина (HBB) размещен на хромосоме 11p15.4. Это означает, что ген HBB расположен на коротком плече (р) хромосомы 11 и находится на 4 полосе 15 участка этой хромосомы.

 

     Появление новых методов анализа ДНК, позволяет более детально изучить структуру хромосом. Метод цитогенетического картирования, можно назвать взглядом с «высоты птичьего полета» в отношении тех техник, которые доступны сейчас для генетического исследования. Так, основной целью проведения известного проекта «Геном человека» является выявление и определение последовательности более чем 30000 генов ДНК человека.

 

      Кариограмма мужчины

 

  Это изображение 23 пар человеческих хромосом. Они окрашены и размещены по мере уменьшения размера. Наличие в последней паре Y хромосомы, свидетельствует о том, что этот набор хромосом — мужской.

Сколько хромосом у человека здорового?

Фото: UGC

Внешний вид, умственные и физические способности — все это заложено в геноме человека до рождения. Однако из-за различных нарушений, факторов окружающей среды и наследственности иногда происходят отклонения в цепочке ДНК. Из-за неправильного хромосомного набора велик риск развития синдрома Дауна у еще не рожденного ребенка. Сколько хромосом у человека здорового и больного? Об этом далее.

Сколько хромосом у человека здорового

Однажды ученые задумались: что определяет рост человека, количество рук, ног, пальцев, цвет волос, физическую силу и способности к обучению?

Сегодня люди знают: информация, необходимая для формирования и развития организма, содержится в длинной цепочке генов, которая состоит из дезоксирибонуклеиновой (ДНК), рибонуклеиновой (РНК) кислот и белков.

Читайте также

Заикание у ребенка: причины, симптомы, лечение

В этой цепи находится около 3,1 млрд генов, однако только 1,5% несут в себе основные сведения о будущем человека. Остальную часть ДНК называют мусорной, поскольку она не кодирующая.

Что такое хромосома? Хромосома — это структурная единица генома, которая состоит из нуклеиновых кислот и белков. Образуется из одной, но чрезвычайно длинной молекулы ДНК, предназначается для хранения и передачи основной наследственной информации.

Это понятие впервые предложил немецкий ученый Генрих Вильгельм Готфрид в 1888 году. В буквальном переводе «хромосома» означает ‘окрашенное тело’, так как эта структура хорошо реагирует на красители при исследовании.

В начале XX века была выдвинута теория, что именно хромосомы отвечают за наследственность. В ходе экспериментов на плодовой мушке выявили, что в нуклеопротеидной единице локализовано огромное число генов в определенной последовательности.

Читайте также

Передается ли COVID-19 половым путем, рассказала казахстанский врач

Здоровый человек имеет 46 хромосом в 23 парах. Двадцать две пары отвечают за определенный набор генов (аутосомные), а двадцать третья — за пол человека. Одну из половых хромосом мы наследуем от матери, вторую — от отца.

Если последняя пара в геноме состоит из двух XX хромосом, родится девочка, если же XY — мальчик.

Синдром Дауна: количество хромосом у человека

К сожалению, уже на стадии зарождения плода в геноме человека может появиться патология, которая приводит к развитию синдрома Дауна. Вероятность рождения ребенка с таким отклонением зависит от многих факторов: наследственности, возраста яйцеклетки и нарушения во время ее формирования.

Распознать даунизм можно уже во время беременности. Именно поэтому мы рекомендуем систематически посещать медицинское учреждение для планового осмотра и прохождения УЗИ.

Читайте также

12 фактов о крови: самая редкая группа, определение, совместимость, характер

Читайте также: Ученые обнаружили «гены смерти»

Прослеживается зависимость вероятности появления синдрома у ребенка с возрастом роженицы:

  • 20–25 лет — 1:1562;
  • 25–30 — 1:1000;
  • 35–39 — 1:214;
  • 45 и выше — 1:19.

Возраст отца также влияет на вероятность развития отклонений у эмбриона. Это особенно заметно, если мужчине более сорока двух лет. Возможность появления патологий не зависит от расы и экономического благосостояния людей.

Чем обусловлено развитие синдрома Дауна? Он возникает из-за изменений порядка и количества хромосом. Наиболее частая причина — появление третьей копии структурной единицы в двадцать первой паре хромосом.

Таким образом, у человека, страдающего синдромом Дауна, 47 хромосом вместо 23-х пар.

Читайте также

Как узнать пол ребенка без УЗИ: народные приметы

Существует еще два типа этой болезни:

  • Мозаицизм — это наиболее легкий вид патологии, который возникает в 5% случаев. Он обусловлен неразъединением хромосом при формировании гамет (половых клеток) родителей. Из-за этого во время развития плода клетки некоторых тканей и внутренних органов будут развиваться с отклонениями.
  • Транслокация. Причина этой разновидности синдрома — перенос 21 хромосомы или ее части на другие структурные единицы. Вероятность развития данной патологии — 4%.

Впервые подробное описание болезни сделал врач Джон Лэнгдон Даун в 1862 году. Он считал ее одним из видов психического расстройства, которое сказывается на внешнем виде человека.

До того момента, пока в 1959 году не были названы точные причины развития недуга, синдром Дауна был тесно связан с расизмом. В то время патология называлась «монголизмом» из-за формирования у больных складки над верхним веком, сходной с эпикантусом монголоидных рас. В 1965 году это название было упразднено, но, несмотря на это, в некоторых современных медицинских справочниках синдром Дауна именуют не иначе как «монголизм».

Читайте также

Преждевременное старение плаценты при беременности: что нужно знать

Для людей с синдромом Дауна характерны определенные внешние черты:

  1. Аномально короткий череп.
  2. Плоский затылок.
  3. Складка на шее у младенцев.
  4. Короткие руки и ноги.
  5. Постоянно открытый рот ввиду слабости мышц.
  6. Плоский и маленький нос.
  7. Косоглазие.
  8. Гиперподвижность суставов.
  9. Короткая шея.
  10. Деформированная грудная клетка.

Кроме того, люди с лишней хромосомой часто страдают от болезней сердечно-сосудистой системы, лейкоза, а также серьезно отстают в физическом и умственном развитии. В 75% случаев наблюдается имбецильность, каждый пятый страдает от идиотии, а каждый двадцатый — от дебильности.

При легкой форме умственной отсталости дети с синдромом Дауна обучаемы. Если применять специальные методики, они могут научиться считать, писать, внятно и членораздельно говорить. По сути, если приложить достаточно усилий и времени, больные могут делать практически все то же самое, что и здоровые люди. Важно заниматься с особенным ребенком и обязательно консультироваться с доктором. Только квалифицированный специалист может дать рекомендации о том, как правильно взаимодействовать с малышом.

Читайте также

Белок в моче при беременности: нормы, причины повышения, лечение

К сожалению, избежать развития синдрома, если он уже определен, невозможно. Поэтому после диагностирования патологии 90% женщин прибегают к абортам. Надеемся, что в скором времени генетика позволит ставить на место и удалять лишние хромосомы человека, а также избавляться от других генетически аномалий.

Читайте также: Как узнать пол ребенка по группе крови родителей

Внимание! Материал носит лишь ознакомительный характер. Не следует прибегать к описанным в нем методам лечения без предварительной консультации с врачом.

Автор: кандидат медицинских наук Анна Ивановна Тихомирова

Рецензент: кандидат медицинских наук, профессор Иван Георгиевич Максаков

Оригинал статьи: https://www.nur.kz/family/beauty/1645914-skolko-khromosom-u-cheloveka-zdorovog/

Генетика синдромов, ассоциированных с мутацией гена FMR1

Геном человека — вся совокупность наследственного материала, заключенного в клетке человека. Геном  состоит из 23 пар хромосом, находящихся в ядре, а также митохондриальной ДНК. Хромосома представляет собой молекулу ДНК – макромолекулу, обеспечивающую хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов.

Информация, содержащаяся в ДНК, определяет то, какими свойствами будет обладать организм. Например, многие наши внешние особенности, такие как цвет глаз, кожи и волос, «записаны» в нашем геноме.

Как это происходит? Дело в том, что большую роль в развитии и функционировании нашего организма играют белки. Это молекулы, которые представляют собой цепочки аминокислот, соединенных вместе пептидной связью. Комбинации 20 стандартных аминокислот позволяют создать большое разнообразие белков, обладающих разными свойствами. Именно эти свойства определяют то, как будет строиться и функционировать наш организм.

Ген – это участок ДНК, кодирующий определенный белок. При мутации (изменении) гена возникает изменение структуры или количества белка, которое в свою очередь приводит к изменениям на уровне отдельной ткани, органа и целого организма.

Каждый ген содержит «схему» строения белка. Эта информация содержится в так называемой структурной части гена (на схеме обозначена зеленым). Но помимо этого ген несет и указания на то, как и когда следует начинать и заканчивать изготовление данного белка. Эта информация образует регуляторную часть гена (на схеме отмечена синим цветом).

Так, перед структурной частью гена находится промотор, который влияет на то, будет ли в клетке создаваться данный белок. Это позволяет клеткам производить именно те белки, которые необходимы им сейчас, и останавливать синтез ненужных в данный момент или данной клетке белков. После структурной части расположен терминатор транскрипции, дающий сигнал о завершении транскрипции гена.

Среди 23 пар хромосом человека выделяют одну пару половых хромосом (остальные 22 пары хромосом называют аутосомами). Женский организм обычно имеет в своих клетках две половые хромосомы Х (ХХ), мужской – хромосомы Х и У (ХУ). Девочка наследует по одной хромосоме Х от обоих родителей, таким образом, ее набор половых хромосом – ХХ, где одна хромосома Х унаследована от матери, а вторая – от отца. Мальчик наследует от матери хромосому Х, а от отца – хромосому У.

Организм, в клетках которого содержится две хромосомы Х, производил бы вдвое больше белков, гены которых лежат в этих хромосомах, что могло бы приводить к серьезным аномалиям. Для того чтобы этого не происходило, существует процесс Х-инактивации. Это значит, что в каждой клетке женского организма одна из Х-хромосом остается активной, другая же инактивируется и не служит для производства белков. Обычно выбор хромосомы, которая будет инактивирована, случаен. Таким образом, примерно в половине клеток организма инактивируется одна хромосома X, например, материнского происхождения, а в другой половине – другая, отцовского происхождения. Это случай равной Х-инактивации.

Часто при генетических мутациях в хромосоме Х наблюдается неравная Х-инактивация. В таком случае тяжесть заболевания может определяться степенью смещения от равной инактивации хромосомы Х, в которой имеется мутация. Если таких активных  хромосом с мутацией меньше 20%, то заболевание будет протекать легче, если их больше 80% — тяжелее.

В организме, содержащем только одну хромосому Х, такой инактивации не происходит.

FMR1 (fragile X mental retardation 1) – ген, кодирующий белок fragile X mental retardation protein (FMRP).  Этот белок является важным для нормативного когнитивного развития, а так же женской репродуктивной функции. Ген FMR1 расположен на длинном плече хромосомы Х (одна из половых хромосом).

В промоторе гена FMR1 находится некоторое число тринуклеотидных повторов CGG (цитозин-гуанин-гуанин). У здоровых людей число этих повторов варьирует от 7 до 60. При возрастании числа повторов от 60 до 200 возникает состояние премутации FraXA, а количество повторов более 200 приводит к полной мутации.

Количество повторов CGG увеличивается в процессе образования половых клеток у женщин (но не у мужчин). Таким образом, женщина, имеющая премутацию по данному гену, может передать своему ребенку полную мутацию.

Полная мутация

Большое количество повторов CGG (более 200) сопровождается аномальным метилированием (присоединением метильных групп СН3) промотора данного гена, что приводит к невозможности синтеза соответствующего белка FMRP.  Это состояние приводит к синдрому умственной отсталости, сцепленной с ломкой хромосомой Х (синдром Мартина-Белл).

Проявления данного синдрома обычно являются более тяжелыми у мальчиков. Организм, в клетках которого содержится только одна хромосома Х, не может производить белок FMRP, что и приводит к появлению соответствующих симптомов.

У девочек проявления могут варьироваться в зависимости от процесса Х-инактивации.

Премутация

Наличие в промоторе гена FMR1 количества повторов от 60 до 200 характеризуется состоянием премутации, которое может проявляться в виде синдромов FXPOI (fragile X-associated primary ovarian insufficiency) и FXTAS(fragile X tremor/ataxia).

Ссылки:

Синдромальные формы аутизма

Наследование

Диагностика

Синдром Мартина-Белл

Синдромы премутации гена FMR1

 

Померимся хромосомами? | Институт молекулярной и клеточной биологии СО РАН

Сайт Сиб. фм 7 июля 2017 г.
Сайт Новости Сибирской Науки 8 июля 2017 г.
Сайт Ассоциации выпускников НГУ 11 июля 2017 г.

Новосибирские генетики о том, чего никто никогда не делал с хромосомами

Учёные Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН обнаружили, что разница в длине хромосом, на которую никто не обращает внимания из-за большой вариативности нормы, значительно заметнее у пациентов с диагнозом “интеллектуальная недостаточность”. О результатах исследования на сегодняшний день и о гипотезах корреспонденту Сиб.фм рассказали сотрудники Сектора хромосомных патологий ИМКБ СО РАН.

800 генов умственной отсталости

Заведующий сектором хромосомных патологий Дмитрий Юдкин третий год руководит группой учёных, которая проводит комплексные исследования механизмов развития синдрома ломкой Х-хромосомы в рамках гранта от Российского научного фонда (РНФ). Этот синдром — самая распространённая причина наследственной умственной отсталости, но не основная.

— В ДНК есть ген FMR1, который отвечает за развитие головного мозга на эмбриональных этапах. В самом начале этого гена находится участок ДНК, повторяющийся несколько раз: в норме он не должен превышать 50 повторов, но происходят какие-то изменения, механизмы которых сейчас исследуют, и этот участок увеличивается до 200 и более повторов. При этом ген FMR1 прекращает свою работу, нарушается развитие головного мозга и развивается синдром. Хромосома становится ломкой от того, что система репликации не может удвоить увеличенный повтор. Когда ген “выключается”, он перестаёт синтезировать необходимый белок, — пояснил Дмитрий Юдкин.

По его словам, примерно треть пациентов — с синдромом ломкой Х-хромосомы, а две трети — это какие-нибудь другие причины. Чаще всего они не известны на генетическом уровне. Тогда говорят о том, что у пациентов недифференцированная умственная отсталость, то есть причина у неё не определена.

Сейчас уже найдено более 800 генов, которые отвечают за развитие умственной отсталости — и это далеко не все. Большинство из обнаруженных случаев умственной отсталости — единичные или их буквально несколько штук в мире.

В конце мая в Копенгагене была конференция Европейского общества генетики человека, где обсуждали заболевания, которые находятся на практике, но нигде в литературе не описаны. Сейчас есть база данных, в которую можно внести найденные генетические изменения и посмотреть, вводил ли их кто-нибудь ещё по всему миру.

— Например, находится по всему миру пять таких случаев, при этом они идеально совпадают по симптомам, идёт одна и та же мутация. По сути происходит описание нового заболевания — умственная отсталость с определённой природой, которая развивается по своим причинам.

Пациентов с аутизмом либо умственной отсталостью в институт направляет Новосибирский областной клинический диагностический центр, который входит в структуру горбольницы. Кроме того, сейчас налаживается сотрудничество с Новосибирским областным детским психоневрологическим диспансером.

Когда находятся интересные случаи, учёные всегда звонят врачам и просят пригласить родителей. Берут у них кровь, чтобы определить: это от родителей передалось или только у ребёнка.

Аномалия хромосом как интересный случай

Как раз недавно в выборке пациентов учёные заметили интересный случай. При диагностике одного ребёнка обратили внимание на то, что у одной из хромосом есть аномалия, и решили посмотреть, что это вообще за хромосома. Выяснилось, что она несёт гены рибосомной РНК и что у неё есть значительный протяжённый участок. Сейчас этой работой активно занимается Ирина Колесникова, которая год назад в рамках гранта приехала работать в Новосибирск из Санкт-Петербурга.

— Этот случай интересен вот чем. У ребёнка с интеллектуальной недостаточностью было увеличено p-плечо (13-я хромосома человека) с амплификацией (процессом образования дополнительных копий участков хромосомной ДНК) генов рибосомой РНК. То есть значительно больше, чем бывает в норме. Хотя в норме их тоже может быть разное количество. Верхняя и нижняя граница в четыре раза различаются.

То есть существует вариабельность не только между людьми, но и в пределах организма в тканях, в разных клетках. Родители оказались контактными — оба сдали кровь. Учёные выяснили, откуда эта хромосома пришла: точно такая же обнаружилась у папы, у которого при этом не было умственной отсталости.

— В литературе такие случаи тоже были описаны — в 70-х годах. Я не совсем поняла, почему нет более поздних сообщений, может, цитогенетика стала не настолько популярна, — предполагает Ирина.

Сбой в работе клеточных станций

Когда учёные стали анализировать, что же может быть у пациентов с недифференцированной умственной отсталостью, заметили, что у некоторых из них пара хромосом гетероморфные. В нашем организме все хромосомы представлены парами, в каждой из которых две одинаковые хромосомы. Но есть ряд маленьких хромосом, у которых немного отличается длина. Эта длина как раз затрагивает тот район, где находятся гены рибосомной РНК. Рибосомы — это такие клеточные станции по производству белка. А белок — это по сути всё в нашем организме: и строительный материал, и ферменты.

— Мы все состоим из белков, они — основа всей жизни. Часть этих рибосом закодирована как раз в этих разных хромосомах. Поэтому изменение длины хромосомы затрагивает информацию о рибосоме. Мы решили посмотреть, как это связано с умственной отсталостью. Хотя сейчас “умственная отсталость” говорить не принято, ввели новый термин — “интеллектуальная недостаточность”, — продолжает Ирина.

Примерно у двух из пяти человек встречаются такие хромосомы. Поскольку предполагается, что такие хромосомы могут быть связаны с умственной отсталостью, специалисты решили посмотреть, как коррелируются наличие такой хромосомы с патологией. Кроме того, им интересно, что нарушается, если такие хромосомы есть и у людей без умственной отсталости.

— Это просто та вещь, на которую никто не обращает внимания. Разница в длине хромосом всегда считается нормой. У многих людей она есть, но мы обратили внимание на то, что у пациентов, которым ставят интеллектуальную недостаточность, она чаще встречается, причём значительно виднее. То есть может быть и такое: количество генов изменилось, а их работа не нарушилась. Тогда вопрос: как нарушается работа этих генов при интеллектуальной недостаточности? — комментирует исследователь.

Любой ген даёт свой продукт, кодирует информацию о чём-либо — о РНК или о белке. Рибосомные гены кодируют информацию о рибосомной РНК. Клеточные механизмы эту информацию прочитывают и делают рибосомную РНК. У всех людей для нормального функционирования клетки количество рибосом должно быть примерно на одном и том же уровне. А если нарушается работа какого-то гена, продукт становится либо меньше, либо больше — это неправильно. Как отмечают генетики, такого быть не должно.

Увеличение копий

По-видимому, само увеличение копий этого гена не является критичным, критичным является нарушение его работы. Может, по словам специалистов, это и объясняет причину такого высокого процента интеллектуальной недостаточности в современном мире.

— Когда мы посмотрели количество рибосомной РНК у исследуемой семьи, выяснили, что у мамы с папой количество рибосомных РНК не отличается от абсолютно здорового контроля, а у сына эти показатели повышены в пять-шесть раз. Мы обнаружили, что увеличение плеча произошло за счёт увеличения количества копий этих генов рибосомной РНК.

То есть они увидели, что отец является носителем увеличенной хромосомы, но у него до сих пор всё работает нормально. Он передал эту хромосому сыну, у того произошли какие-то сбои настроек. Если хромосома увеличивается, то организм пытается это компенсировать и выровнять уровень работы генов.

— У сына клетка с этим не справилась, поэтому началась работа увеличенного числа копий этого гена. Видимо, именно это как раз связано с интеллектуальной недостаточностью. После мы решили, что нужно посмотреть других недеференцированных пациентов на предмет гетероморфизма хромосом. Поняли, что их очень много, и начали смотреть уровень рибосомных РНК. Теперь мы знаем, что у пациентов с интеллектуальной недостаточностью повышается количество рибосомной РНК, — добавляет Ирина.

Генетики отметили, что у пациентов наблюдается ещё и сдвиг в балансе двух рибосомных РНК, которые являются показателями качества образца РНК. Это соотношение должно быть один к одному по количеству и два к одному по интенсивности. В выборке отмечен дисбаланс соотношений этих РНК. Получается, что происходит нарушение не только на уровне синтеза предшественника РНК, но ещё и на уровне созревания этих рибосомных РНК.

Поиск количественных данных

Подобные сдвиги наблюдаются при нейродегенеративных заболеваниях, в частности при Альцгеймере. Но там сдвиг в другую сторону — в противоположную. Таким образом, сейчас нужно получить количественные данные о количестве копий генов.

— Альцгеймер лучше изучен: его пытаются как-то предотвратить, уменьшить проявления. Особенно много зарубежных исследований. Да и с умственной отсталостью за рубежом ситуация другая: например, на Западе на человека с таким диагнозом за всю его жизнь государство тратит примерно миллион долларов, — сообщает Ирина.

Проблема, с которой в своих исследованиях столкнулись учёные на данном этапе, — это поиск метода, который позволит посчитать, на сколько штук увеличилось количество генов. Именно в цифрах. В случае других генов это легко, а в данном — сложно.

— Сложно, потому что их копийность очень большая: если мы берём обычный ген, например пепсина (фермент, который помогает расщеплять белки в желудке), он у нас в организме существует всего в одной копии. Мы эту копию легко можем разными методами посчитать и увидеть: одна копия или их стало больше, потому что произошло какое-то нарушение. А гены рибосомной РНК даже в норме варьируются от 50 до 400 — разброс в восемь раз. И если обычного гена всего две штуки, то есть две копии, то в данном случае таких кластеров, где их по несколько штук, 10. 10 кластеров хромосом: если даже в одном произошли изменения в 50 или 100 раз, то в пределах всей клетки мы этого не увидим, потому что всё будет в пределах нормальных колебаний, — разъясняет Ирина.

Они работали с одним методом — не получилось, сейчас пытаются другим. То есть пробуют стандартные методы по порядку.

— Мы очень надеемся, что найдём метод, который позволит сделать количественную оценку. Тот, который мы применяли на семье, предполагает только качественную. Причём когда нет сомнений об увеличении плеча на большом, протяжённом участке. Но увеличение плеча может быть и совсем небольшим — в таких случаях необходима количественная оценка, чтобы адекватно сравнивать результаты. Это не просто клинический случай, поэтому нам нужна статистика: любое заявление должно быть ею подкреплено, — поясняет генетик.

Это начало большой работы, которую ещё никто нигде не делал. Сейчас генетики будут набирать выборку и будут смотреть, почему же происходит развитие умственной отсталости.

— Даже в описанных в литературе случаях с увеличением коротких плечей только в двух или трёх статьях встречается оценка количества рибосомной ДНК. А уровень экспрессии рибосомной РНК вообще до нас никто не исследовал именно в связи с врождённой умственной отсталостью. Все искали что-то другое, на это никто не обращал внимания, — подчёркивает учёный.

Возможные причины возникновения умственной отсталости

Пока гипотеза этой группы учёных такова: всё дело в нарушении передачи сигналов между нервными клетками. Одна клетка имеет кучу отростков — дендритов и аксонов. Дендриты, короткие отростки, принимают сигнал, длинные аксоны передают его дальше. Аксон одной нервной клетки соединяется с дендритом другой и передаёт ей сигнал. Так сигнал передаётся от всех наших органов к мозгу и внутри него. Так вот передача сигнала по длинному-длинному аксону — это целая серия белковых реакций.

— То есть для передачи сигнала нужно много белка. Если нарушилась сборка рибосом, — как раз то, что мы видим, — то будет нарушена передача сигнала. Возможно, всё связано с этим. Рибосомный аппарат из-за плохого синтезирования белка не успевает быстро передать сигнал — это же доли секунды. Ещё нашу семью посмотрели томографисты: у ребёнка видно, что в лобных долях нарушены проводящие пучки. Если в норме пучок должен идти вперёд и вниз, то у него вперёд и вверх, а потом разлетается в разные стороны, — комментирует Ирина.

Клеточная линия для исследований

Работа с белками сложнее, чем работа с РНК, как отмечают генетики. Поэтому, чтобы получать белок стабильного качества, нужна стабильная структура клеток. Из клеток они будут выделять рибосомные белки и смотреть соотношения с рибосомной РНК.

— Интересно будет в дальнейшем получить культуры нервных клеток и исследовать передачу сигнала у людей с нормальным уровнем рибосомной РНК и у людей с повышенным уровнем. И мы увидим, нарушается передача сигнала или нет. По крайней мере, есть работы, которые показывают нарушение синтеза рибосом — они сделаны на материале мышей. Мы движемся в интересном направлении, — отмечает Ирина.

Существует проблема выбора модели: так как на человеке нельзя исследовать, нужно выбрать модель, близкую к естественным условиям. В случае человека это чаще всего клеточная линия.

— На человеке, в том числе из-за вопросов этики, можно работать только на культурах. Как правило, это клетки, которые можно замораживать, потом размораживать и опять работать. Много известных клеточных линий изначально онкогенные, поэтому сразу встаёт вопрос экстраполяции результатов. К тому же в случае рибосомных генов показано, что в активно делящихся клетках уровень рибосомной РНК увеличивается, а уж в онкологии это происходит постоянно.

Получается, что единственная более или менее адекватная модель для исследования на человеке — это работа со стволовыми клетками.

Методы современной биологии позволяют взять кровь у пациента и из неё уже выращивать нервные клетки. Генетики могут ввести в эти клетки плазмиды с нужным количеством копий генов рибосомной РНК и смотреть, как они работают, как влияют на развитие самих клеток и их взаимодействие в культуре. Для этого берётся кровь, её клетки — специализированы: они имеют определённую форму и вырабатывают определённые белки для выполнения строго своей функции.

— У нас в организме есть и недифференцированные клетки — стволовые — без каких-либо признаков и функций. Их задача — превратиться в клетку в нужной части организма, в которой она будет нужна здесь и сейчас. В организме всегда есть стволовые клетки, которые приходят туда, где нужны какие-то клетки, и превращаются в них. Сейчас есть методы, которые позволяют взять клетку из любой ткани организма и превратить её обратно в стволовую. То есть клетка может обратно превратиться в недифференцированную. Затем с помощью специальных реактивов её можно стимулировать и превратить в любую ткань, которая нужна, — рассказывает Ирина.

Эти нервные клетки, когда появляются в культуре, начинают друг с другом собираться и формировать структуры. Их называют нейросферы — это не мозг, но система нервных клеток, которые друг с другом взаимодействуют и передают сигнал. Именно они помогают работать с наиболее приближенной моделью.

И главное, на что должны выйти исследователи, — это механизмы, из-за которых происходит нарушение.

— Мы будем получать стволовые клетки и смотреть, что происходит в нейронах. К тому же интересно, что происходит с самой рибосомой, когда нарушается её сборка. Рибосома состоит из рибосомной РНК и белка. Мы увидим, что рибосомной РНК стало в семь раз больше, но белок, скорее всего, остался на том же уровне, поэтому сам процесс сборки рибосомы будет нарушен. То есть получится: либо не функциональная рибосома, либо что-то ещё. Кроме того, нам нужно посмотреть рибосомные белки. Есть опубликованные работы, в которых указано, что нарушения синтеза некоторых из них часто сопровождаются снижением IQ.

В данном случае речь идёт не о тяжёлой умственной отсталости, а о лёгкой. В выписках не указывается уровень IQ, только диагноз: “Задержка умственного развития лёгкой степени”. Многие пациенты — это маленькие дети, поэтому не известно, как всё будет прогрессировать. Пока же учёные ищут ответы на все эти вопросы. И делают то, чего ещё никто из их коллег не делал.

Мария Тищенко

Самцы, на выход! Маленькая половая хромосома эволюционирует, но не сдается




У рептилий, например, некоторых видов черепах, половых хромосом вообще нет – из одного и того же яйца может вылупиться как самец, так и самка. Фото Reuters


Плохие новости для представителей так называемого сильного пола, в обиходе – для мужчин. Согласно исследованиям датских и американских ученых, Y-хромосома у людей, которая и определяет принадлежность к мужскому полу, может полностью исчезнуть примерно через 4,6 млн лет. Дело в том, что Y-хромосома, возникшая 300 млн лет назад, имела изначально 1438 генов. С тех пор она уже потеряла 1393 из них. (Надо заметить, что численные характеристики Y-хромосомы постоянно уточняются в процессе исследования генома человека. Так, профессор Вячеслав Тарантул в монографии «Геном человека: энциклопедия, написанная четырьмя буквами» (М., 2003) приводит минимальное оценочное количество генов в Y-хромосоме – 82.) Экстраполируя этот процесс, некоторые исследователи отводят мужчинам от 5 до 10 млн лет существования. А что дальше?..


Хромосомный шовинизм


«Мужчины полностью проиграют в битве полов. Процесс уже запущен», – считает профессор Дженни Грэйвс из Австралийского национального университета. Еще в 2004 году Грэйвс поделилась своим эволюционным пессимизмом на 15-й Международной конференции по проблемам хромосом, проходившей в университете Брюнеля. Грэйвс выдвинула гипотезу: характерная для млекопитающих Y-хромосома в конечном счете потеряет свои несколько десятков генов, включая ген SRY (так называемый ген самцовости – Sex-determining Region of Y), который отвечает за выработку мужских гормонов и за сперматогенез.


Напомним, геном человека состоит из 23 пар хромосом. У женщин 23-ю пару составляют X-хромосомы, а у мужчин к X-хромосоме присоседилась 300 млн лет назад (в силу каких обстоятельств – вопрос отдельный) Y-хромосома. Так как Y-хромосома не имеет пары, то до последнего времени считалось, что она является чуть ли не «деградирующей свалкой» генетического материала. Бытовало мнение, что отсутствие возможности исправления возникающих ошибок приводит к постепенному отключению генов Y-хромосомы.


«Эта маленькая половая хромосома определяет мужской пол у человека, – отмечает Вячеслав Тарантул. – Содержащиеся в ней последовательности рассматривают как очень юные. Скорости мутации в этой хромосоме в четыре раза выше, чем в хромосоме Х. По последним (на тот момент, 2003 год. – А.В.) уточненным данным, их максимальное число не достигает и 100. На 1 миллион букв-нуклеотидов в среднем приходится всего пять генов». Для сравнения: в женской Х-хромосоме минимальное оценочное число генов – 717.


Однако генетики задаются вопросом: почему «неполноценная» Y-хромосома, потерявшая большинство своих генов в процессе эволюции, процветает? Это пока загадка. А в том, что самцовая хромосома процветает, нет никаких сомнений.


7 ноября (первая суббота ноября с 2000 года отмечается как Всемирный день мужчин (Men’s World Day)) медиаофис Всероссийской переписи населения выпустил официальный пресс-релиз, в котором приведены такие данные: в России ожидается прирост в 300 тыс. мужчин. По данным Росстата, на начало 2020 года население России составило 146,7 млн человек, из них 68,1 млн – мужчины и 78,6 млн – женщины. К 2031 году, согласно высокому варианту прогноза, ожидается рост количества мужчин до 69,9 млн, что должно сдвинуть в положительную сторону соотношение полов. «Это говорит о постепенном увеличении численности мужчин и продолжительности их жизни», – отмечается в пресс-релизе.


По-видимому, выжившие гены выполняют в мужской хромосоме какую-то еще неизвестную функцию (функции). Так, есть основания полагать, что именно возникновение Y-хромосомы сыграло основную роль в происхождении человека от обезьяноподобных предков. Известно, например, что у всех млекопитающих, включая обезьян, на женской половой хромосоме Х имеется одинаковый кусок ДНК длиной около 4 млн последовательностей нуклеотидов. Но только у современного человека этот участок ДНК скопировался также на мужскую хромосому Y. Возможно, это и есть тот самый гипотетический «ген человека».


Еще один факт, который должен вдохновлять мужчин: наименьшее различие в геномах человека и шимпанзе наблюдается между Х-хромосомами, а наибольшее – между хромосомами Y. Хотя и здесь не обошлось без исключений: у бушменов Южной и Восточной Африки в Y-хромосоме выявлена мутация, которая имеется у обезьян, но отсутствует в популяциях других людей. Ученые предполагают, что эта мутация возникла еще до эволюционного разделения человека и шимпанзе. Впрочем, в октябре 2020 года американские ученые из Пенсильванского университета сообщили в журнале «Труды АН США» (PNAS), что, несмотря на большое родство на уровне генома Homo sapiense с шимпанзе, по Y-хромосоме мы гораздо ближе к гориллам.


Неандертальцы и COVID-19


Вообще с Y-хромосомой происходили и происходят вещи удивительные. Она, эта хромосома, все время подкидывает биологам нетривиальную информацию к размышлению.


Так, в конце сентября 2020 года появилось сообщение о расшифровке (секвенировании) Y-хромосом двух денисовцев и трех неандертальцев. Впервые была прослежена их эволюционная история. Y-хромосома денисовцев отделилась от общей ветви неандертальцев и современного человека около 700 тыс. лет назад. Y-хромосомы неандертальцев и современного человека разделились позднее – около 370 тыс. лет назад. Филогенетические связи древних и современных людей, описанные по Y-хромосоме, отличаются от таковых, описанных по аутосомному геному, но совпадают со связями по митохондриальной ДНК (она, мтДНК, наследуется только по материнской линии). По-видимому, линии как мтДНК, так и Y-хромосомы поздних неандертальцев были замещены линиями предков современного человека в ходе генетического смешения. Вероятность такого замещения повышается из-за того, что в неандертальской популяции малого эффективного размера накапливался генетический груз.


«Ну, это когда было, – скажут многие. – Какое это имеет отношение к нам?» Правильный ответ – самое непосредственное отношение!





Рядом с огромной красивой женской

Х-хромосомой «недоделанная» мужская

Y-хромосома кажется курьезом. 

Иллюстрация Depositphotos/PhotoXPress.ru


В одном из недавних выпусков журнала Nature опубликована статья исследователей из Каролинского института в Швеции и Института эволюционной антропологии Общества Макса Планка в Германии. Ученые выяснили, что гены, унаследованные от неандертальских предков, могут повысить вероятность возникновения более тяжелых последствий заражения COVID-19. Дело в том, что международная команда ученых выявила кластер генов, который связывают с более высоким риском дыхательной недостаточности у пациентов, инфицированных коронавирусом.


Участники исследования Хьюго Зеберг и Сванте Паабо определили, что это гены группы людей, которая, вероятно, принадлежала неандертальцам. Эта группа генов (гаплотип) обнаружена примерно у 16% жителей Европы и половины населения Южной Азии. У жителей Африки и Восточной Азии этих генов нет. «Поразительно, что генетическое наследие неандертальцев имеет такие трагические последствия во время существующей пандемии», – подчеркивает известный немецкий палеогенетик Сванте Паабо. По данным исследователей, распространенность определенной неандертальской группы генов особенно высока среди жителей Бангладеш, где носителями этого гаплотипа (хромосомного набора) является около 63% жителей. В частности, британские генетики показали, что у аборигенного населения Бангладеш риск умереть от последствий заражения коронавирусом в два раза выше, чем у жителей других регионов Земли в целом.


Впрочем, биологам уже давно и хорошо известны примеры, когда половое размежевание происходит в отсутствие какой-то специфической хромосомы. Есть виды, у которых самцы берут не качеством, а количеством, – у них на одну хромосому меньше, чем у самок. Еще более часто встречающийся вариант, когда пол определяется не хромосомами, а внешними условиями. У амфибий, например таких, как аллигаторы, гаттерии, некоторых видов черепах половых хромосом вообще нет – из одного и того же яйца может вылупиться как самец, так и самка. Все зависит от температуры окружающей среды. Но подходит ли такой вариант для Homo sapiens?


Константин Циолковский считал, что вполне подходит. «Интеллект со временем найдет способ­ность искусственного оплодотворения, и из жизни людей исчезнут позорящие их половые акты», – отмечал основоположник теоретической космонавтики в 1929 году в книге «Растение будущего. Животное космоса. Самозарождение».


Неординарные половые тельца


Даже если это и так, дополнительно добавлять «топливо» в камеру сгорания эволюции вовсе не обязательно. Но именно это сегодня и происходит с человечеством. В свежем выпуске российского научного журнала «Известия РАН. Серия биологическая» (2020, № 6. С. 581–585) напечатана статья группы ученых из Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова и Института молекулярной генетики РАН «Необычное поведение полового тельца (ПТ) в сперматогенезе у мышей, подвергшихся мутагенному воздействию». В статье впервые в мире представлены данные, характеризующие неординарное поведение этих самых половых телец (Х- и Y-хромосом).


«В последние годы в целях выяснения причин мужского бесплодия существенное значение приобретают исследования, направленные, в частности, на детализацию характера изменений структуры и поведения половых хромосом в условиях эксперимента или после воздействий экстремальных факторов окружающей среды», – пишут авторы. В качестве экстремальных факторов окружающей среды в опытах на двух линиях лабораторных мышей биологи использовали химический мутаген дипин. В чем же выражается неординарность поведения ПТ?


«Учеными МГУ и Института молекулярной генетики на модели сперматогенеза у мышей-гибридов и мутантных мышей впервые был открыт новый тип крупномасштабной хромосомной аномалии, – рассказал в беседе с «НГ» первый автор статьи доктор биологических наук Сабир Захидов. – А именно: индивидуализация половых хромосом X и Y, их резкое отделение от основного генома на одной из критических стадий развития мужских половых клеток. Удивительно, но выброс пары половых хромосом далеко за пределы основного ядра и приобретение ими автономности не вызывали их скорую деградацию и гибель. В течение длительного времени половой бивалент XY сохранял цельность, высокую жизнеспособность и, как ни парадоксально это звучит, даже проявлял «желание» вновь интегрироваться в генетически неполноценное ядро половой клетки».


Мало того, столь крупномасштабная мутация в структуре хромосомного материала, хотя и изменяла общий хромосомный баланс, во многих случаях не приводила к нарушению процесса формирования жизнеспособных сперматозоидов. «Правда, остается открытым вопрос, способны ли такие бесполые сперматозоиды участвовать в процессах оплодотворения», – подчеркивает Захидов.


В статье высказывается предположение, что «повышенная жизнеспособность и автономность ПТ (половых телец) скорее всего обеспечиваются благоприятными условиями цитоплазматического окружения половых клеток, существенными для поддержания наследственных структур и развития гамет в целом».


По словам Сабира Захидова, авторы работы предположительно связали «появление клеток с аномалиями в поведении половых хромосом XY с нарушениями внутриядерных физико-химических взаимодействий, в норме обеспечивающих фундаментальную устойчивость и упорядоченность наследственных структур в половых клетках, движущихся по сложному клеточному циклу».


И как вывод, авторы отмечают: «Дальнейшие экспериментальные исследования, в том числе с привлечением современных методов иммуноцитохимии, ультраструктурной цитогенетики, позволяющих детально изучать хромосомы, очевидно, необходимы для понимания структурно-функциональных особенностей и поведения половых бивалентов XY в условиях индуцированного химического мутагенеза. Эти исследования позволят получить новые очень важные данные о том, способны ли организованные в ПТ половые хромосомы, утратившие контакт с основным ядром, действовать в цитоплазматической среде мужских половых клеток как самостоятельный генетический модуль, то есть участвовать в процессах репликации, транскрипции, деления».


В общем, ученым есть еще над чем размышлять и экспериментировать. А вот фантасты давно уже предложили свои варианты аномального поведения бивалентов XY. Один из наиболее впечатляющих – «фабрика живых существ» в повести Аркадия и Бориса Стругацких «Улитка на склоне» (1966). Производство бесполой протоплазмы (живого вещества) здесь поставлено на поток в промышленных масштабах.


«Живой столб поднимался к кронам деревьев, сноп тончайших прозрачных нитей, липких, блестящих, извивающихся и напряженных, сноп, пронизывающий плотную листву и уходящий еще выше в облака. И он зарождался в клоаке, в жирной клокочущей клоаке, заполненной протоплазмой, живой, активной, пухнущей пузырями примитивной плоти, хлопотливо организующей и тут же разлагающей себя, изливающей продукты разложения на плоские берега, плюющейся клейкой пеной… Клоака щенилась. На ее плоские берега нетерпеливыми судорожными толчками один за другим стали извергаться обрубки белесого, зыбко вздрагивающего теста, они беспомощно и слепо катились по земле, потом замирали, сплющивались, вытягивали осторожные ложноножки и вдруг начинали двигаться осмысленно – еще суетливо, еще тычась, но уже в одном направлении, разбредаясь и сталкиваясь, но все в одном направлении, по одному радиусу от матки, в заросли, прочь, одной текучей белесой колонной, как исполинские мешковатые слизнеподобные муравьи…»


Все-таки хорошо, что как минимум пять миллионов лет в запасе у мужской Y-хромосомы еще есть.  

Центр Молекулярной Генетики — Хромосомные нарушения

 

Данная брошюра содержит информацию о том, что такое хромосомные нарушения, как они могут наследоваться, и какие проблемы могут быть с ними связаны. Данная брошюра не может заменить Ваше общение с врачом, однако она может помочь Вам при обсуждении интересующих Вас вопросов.

Для того, чтобы лучше понять, что представляют собой хромосомные нарушения, вначале будет полезно узнать, что такое гены и хромосомы.

 

Что такое гены и хромосомы?

Наше тело состоит из миллионов клеток. Большинство клеток содержат полный набор генов. У человека тысячи генов. Гены можно сравнить с инструкциями, которые используются для контроля роста и согласованной работы всего организма. Гены отвечают за множество признаков нашего организма, например, за цвет глаз, группу крови или рост.

Гены расположены на нитевидных структурах, называемых хромосомами. В норме в большинстве клеток организма содержится по 46 хромосом. Хромосомы передаются нам от родителей – 23 от мамы, и 23 от папы, поэтому мы часто похожи на своих родителей. Таким образом, у нас два набора по 23 хромосомы, или 23 пары хромосом. Так как на хромосомах расположены гены, мы наследуем по две копии каждого гена, по одной копии от каждого из родителей. Хромосомы (следовательно, и гены) состоят из химического соединения, называемого ДНК.

Рисунок 1: Гены, хромосомы и ДНК

Хромосомы (см. Рисунок 2), пронумерованные от 1 до 22, одинаковые у мужчин и у женщин. Такие хромосомы называют аутосомами. Хромосомы 23-й пары различны у женщин и мужчин, и их называют половыми хромосомами. Есть 2 варианта половых хромосом: Х-хромосома и Y-хромосома. В норме у женщин присутствуют две Х-хромосомы (ХХ), одна из них передается от матери, другая – от отца. В норме у мужчин есть одна X-хромосома и одна Y-хромосома (XY), при этом Х-хромосома передается от матери, а Y-хромосома — от отца. Так, на Рисунке 2 изображены хромосомы мужчины, так как последняя, 23-я, пара представлена сочетанием XY.

Рисунок 2: 23 пары хромосом, распределенные по размеру; хромосома под номером 1 – самая большая. Две последние хромосомы – половые.

Хромосомные изменения

Правильный хромосомный набор является очень важным для нормального развития человека. Это связано с тем, что гены, которые дают «инструкции к действиям» клеткам нашего организма, находятся на хромосомах. Любое изменение количества, размера или структуры наших хромосом может означать изменение количества или последовательности генетической информации. Такие изменения могут привести к трудностям в обучении, задержке развития и другим проблемам здоровья ребенка.

Хромосомные изменения могут быть унаследованы от родителей. Чаще всего хромосомные изменения возникают на этапе формирования яйцеклетки или сперматозоида, или при оплодотворении (вновь возникшие мутации, или мутации de novo). Эти изменения невозможно контролировать.

Существует два основных типа хромосомных изменений. Изменение числа хромосом. При таком изменении существует увеличение или уменьшение числа копий какой-либо хромосомы. Изменение структуры хромосом. При таком изменении материал какой-либо хромосомы поврежден, или изменена последовательность генов. Возможно появление дополнительного или утрата части исходного хромосомного материала.

В данной брошюре мы рассмотрим хромосомные делеции, дупликации, инсерции, инверсии и кольцевые хромосомы. Если Вас интересует информация о хромосомных транслокациях, пожалуйста, обратитесь к брошюре «Хромосомные транслокации».

Изменение числа хромосом.

В норме в каждой клетке человека содержится 46 хромосом. Однако, иногда ребенок рождается либо с большим, либо с меньшим числом хромосом. В таком случае возникает, соответственно, либо избыточное, либо недостаточное число генов, необходимых для регуляции роста и развития организма.

Один из наиболее распространенных примеров генетического заболевания, вызванного избыточным числом хромосом, является синдром Дауна. В клетках людей с этим заболеванием находится 47 хромосом вместо обычных 46-ти, так как присутствует три копии 21-ой хромосомы вместо двух. Другими примерами заболеваний, вызванных избыточным числом хромосом являются синдромы Эдвардса и Патау.

Рисунок 3: Хромосомы девочки (последняя пара хромосом ХХ) с синдромом Дауна. Видны три копии 21-ой хромосомы вместо двух.

Изменение структуры хромосом.

Изменения в структуре хромосом происходят, когда материал определенной хромосомы поврежден, или изменена последовательность генов. К структурным изменениям также относятся избыток или утрата части хромосомного материала. Это может происходить несколькими путями, описанными ниже.

Изменения структуры хромосом могут быть очень небольшими, и специалистам в лабораториях бывает сложно их выявить. Однако даже если структурное изменение найдено, часто бывает сложно предсказать влияние этого изменения на здоровье конкретного ребенка. Это может разочаровать родителей, которые хотят получить исчерпывающую информацию о будущем своего ребенка.

Транслокации

Если Вы хотите больше узнать о транслокациях, пожалуйста, обратитесь к брошюре «Хромосомные транслокации».

Делеции

Термин «хромосомная делеция» означает, что часть хромосомы утрачена или укорочена. Делеция может случиться в любой хромосоме и на протяжении любой части хромосомы. Делеция может быть любого размера. Если утраченный при делеции материал (гены) содержал важную информацию для организма, то у ребенка могут возникать трудности в обучении, задержка развития и другие проблемы со здоровьем. Тяжесть этих проявлений зависит от размеров утраченной части и локализации внутри хромосомы. Примером такого заболевания является синдром Жубер.

Дупликации

Термин «хромосомная дупликация» означает, что часть хромосомы удвоена, и из-за этого возникает избыток генетической информации. Этот избыточный материал хромосомы означает, что организм получает слишком большое число «инструкций», и это может привести к трудностям в обучении, задержке развития и другим проблемам здоровья ребенка. Примером заболевания, вызванного дупликацией части хромосомного материала является моторно-сенсорная нейропатия типа IA.

Инсерции

Хромосомная инсерция (вставка) означает, что часть материала хромосомы оказалась «не на своем месте» на этой же или на другой хромосоме. Если общее количество хромосомного материала не изменилось, то такой человек, как правило, здоров. Однако если такое перемещение приводит к изменению количества хромосомного материала, то у человека могут возникать трудности в обучении, задержка развития и другие проблемы здоровья ребенка.

Кольцевые хромосомы

Термин «кольцевая хромосома» означает, что концы хромосомы соединились, и хромосома приобрела форму кольца ( внорме хромосомы человека имеют линейную структуру). Обычно это происходит, когда оба конца одной и той же хромосомы укорочены. Оставшиеся концы хромосомы становятся «липкими» и соединяются, формируя «кольцо». Последствия формирования кольцевых хромосом для организма зависят от размера делеций на концах хромосомы.

Инверсии

Хромосомная инверсия означает такое изменение хромосомы, при котором часть хромосомы развернута, и гены в этом участке расположены в обратном порядке. В большинстве случаев носитель инверсии здоров.

Если у родителя обнаружена необычная хромосомная перестройка, как это может отразиться на ребенке?

           Возможны несколько исходов каждой беременности:

  • Ребенок может получить совершенно нормальный набор хромосом.
  • Ребенок может унаследовать такую же хромосомную перестройку, которая есть у родителя.
  • У ребенка могут быть трудности в обучении, задержка развития или другие проблемы со здоровьем.
  • Возможно самопроизвольное прерывание беременности.

Таким образом, у носителя хромосомной перестройки могут рождаться здоровые дети, и во многих случаях происходит именно так. Так как каждая перестройка уникальна, Вашу конкретную ситуацию следует обсудить с врачом–генетиком. Часто бывает, что ребенок рождается с хромосомной перестройкой, несмотря на то, что хромосомный набор родителей нормальный. Такие перестройки называют вновь возникшими, или возникшими “de novo” (от латинского слова). В этих случаях риск повторного рождения ребенка с хромосомной перестройкой у этих же родителей очень мал.

Диагностика хромосомных перестроек

Возможно проведение генетического анализа для выявления носительства хромосомной перестройки. Для анлиза берется образец крови, и клетки крови исследуют в специализированной лаборатории для выявления хромосомных перестроек. Такой анализ называется кариотипированием. Также возможно проведение теста во время беременности для оценки хромосом плода. Такой анализ называется пренатальной диагностикой, и этот вопрос следует обсудить с врачом-генетиком. Более подробная информация на эту тему представлена в брошюрах «Биопсия ворсин хориона» и «Амниоцентез».

Как это касается других членов семьи

Если у одного из членов семьи обнаружена хромосомная перестройка, возможно, Вы захотите обсудить этот вопрос с другими членами семьи. Это даст возможность другим родственникам, при желании, пройти обследование (анализ хромосом в клетках крови) для определения носительства хромосомной перестройки. Это может быть особенно важно для родственников, уже имеющих детей или планирующих беременность. Если они не являются носителями хромосомной перестройки, они не могут передать ее своим детям. Если же они являются носителями, то им может быть предложено пройти обследование во время беременности для анализа хромосом плода.

Некоторым людям сложно обсуждать проблемы, связанные с хромосомной перестройкой, с членами семьи. Они могут бояться причинить беспокойство членам семьи. В некоторых семьях люди из-за этого испытывают сложности в общении и теряют взаимопонимание с родственниками. Врачи-генетики, как правило, имеют большой опыт в решении подобных семейных ситуаций и могут помочь Вам в обсуждении проблемы с другими членами семьи.

Что важно помнить

  • Хромосомная перестройка может как наследоваться от родителей, так и возникать в процессе оплодотворения.
  • Перестройку нельзя исправить – она остается на всю жизнь.
  • Перестройка не заразна, например, ее носитель может быть донором крови.
  • Люди часто испытывают чувство вины в связи с тем, что в их семье есть такая проблема, как хромосомная перестройка. Важно помнить, что это не является чьей-либо виной или следствием чьих-либо действий.
  • Большинство носителей сбалансированных перестроек могут иметь здоровых детей.

 

Происхождение человеческих видов: слияние хромосом?

Около 60 лет назад два исследователя, Joe Hin Tjio и Albert Levan , обнаружили, что количество хромосом (кариотип) у человека составляет 46 хромосом, то есть 23 пары, а не 48, как считалось ранее ( 1). Ключом к этому открытию стало введение серии усовершенствований в методы культивирования, применяемые к человеческим фибробластам , особенно в отношении лечения колхицином, который прерывает деление клеток на подходящей стадии для наблюдения за хромосомами.Это известно как метафаза, во время которой хромосомы сокращаются, чтобы их можно было правильно рассмотреть в микроскоп. Интересно, что эти же улучшения были использованы в последующие годы, чтобы определить, что наши ближайшие предки (крупные обезьяны, такие как шимпанзе, бонобо, гориллы или орангутаны) обладали 48 хромосомами. Как и когда произошло это изменение числа хромосом? Прежде всего, , какую роль это различие сыграло в происхождении нашего вида? Последние достижения в области методов генетического анализа делают большой шаг вперед в решении этих двух вопросов.

Изображение: Levan y H.J. Tjio / Источник: Nature Reviews Genetics

Слияние хромосом: причина различий

В начале 1960-х годов цитогенетических методов все еще не были подготовлены для сравнительных исследований хромосом в целом и у приматов в частности. Методы, которые были отточены позже для получения цветных полос и межполосных структур в хромосомах, показали, что наша вторая по величине хромосома является результатом слияния двух хромосом, принадлежащих нашим ближайшим эволюционным предкам.

Изображение: первая человеческая клетка, показанная Тиджо и Леваном, которая продемонстрировала, что наш кариотип состоит из 46 хромосом, а не 48 / Источник: Nature Reviews Genetics

Однако только после 1970-х годов молекулярные методы, позволяющие проводить прямой анализ, ДНК на хромосомах, до чего невозможно было детально охарактеризовать хромосомную перестройку, которая отличает нас от крупных обезьян. Таким образом, было замечено, что более или менее в центре нашей хромосомы 2 были теломерные и субтеломерные последовательности ДНК (обычно присутствующие только на одном конце хромосом, но не во внутренних областях) (2).Это дало понять, что слияние двух хромосом было полным, то есть от одного конца до другого. В настоящее время доступность генома человека и генома крупных обезьян показала, как генетическое содержание нашей хромосомы 2 соответствует сумме двух хромосом наших предков-обезьян.

Изображение: сравнение структуры полос в хромосоме 2 человека (HSA2) и хромосомах 12 и 13 шимпанзе (PTR12 и PTR13, соответственно). 2q21; 2q13; 2q11.1 — это области в нашей хромосоме 2, которые в области слияния соответствуют хромосомам 12 и 13 шимпанзе.HSA-Homo Sapiens; PTR-Pan TRoglodites, например; шимпанзе. / Источник: Молекулярная цитогенетика.

Однако также было обнаружено, что в области слияния, которая возникла у нашей хромосомы 2, отсутствуют некоторые области и последовательности, которые соответствуют субтеломерным областям, присутствующим в двух слитых хромосомах у нашего вида. Другими словами, слияние должно было повлечь за собой потерю и перестройку части генетического материала двух изначально отдельных хромосом у предков, общих с крупными обезьянами.

Денисовцы, неандертальцы и крупные обезьяны: когда мы расстались?

Анализы, проводимые в настоящее время на геномах вымерших видов, которые имеют прямое отношение к нам, таких как денисовцы и неандертальцы, показывают, что эти виды уже продемонстрировали слияние хромосом, которое привело к появлению длинной хромосомы 2, характерной для человека (3). Следовательно, эта перестройка хромосом имеет давнюю историю : оценки с использованием различных методов датируют это от 0.75-4,5 миллиона лет назад.

Тот факт, что у денисовцев и неандертальцев было такое же количество хромосом, что и у нас, может объяснить, почему потомки от межвидового скрещивания с нашим видом были жизнеспособными и, возможно, плодовитыми. Это также объясняет, почему следов их генетических характеристик остаются в нашем геноме , как показал сравнительный геномный анализ трех видов. Однако гипотетические потомки скрещивания между тремя упомянутыми видами гоминидов (46 хромосом) и их предками-крупными обезьянами (48 хромосом) имели бы проблемы несовместимости хромосом и, вероятно, не были бы жизнеспособными.Фактически, в нашем геноме не было обнаружено никаких следов конкретных генетических характеристик крупных обезьян. Следовательно, слияние хромосом могло действовать как эффективный механизм репродуктивной изоляции , который изолировал нас от предков крупных обезьян.

Наконец, существует вероятность того, что слияние хромосом, которое привело к возникновению нашей хромосомы 2, могло быть связано с появлением наших отличительных характеристик. Таким образом, несколько генов в нашей хромосоме 2, которые находятся рядом с областью слияния хромосом, экспрессируются у нашего вида более интенсивно, чем у крупных человекообразных обезьян.Эти гены экспрессируются, прежде всего, в очень важных тканях и органах, таких как мозг и гонады (4). Во-вторых, потеря определенных последовательностей ДНК, произошедшая в результате слияния, могла иметь «положительный» эффект на наших предков.

Чтобы окончательно прояснить, что произошло в хромосомной перестройке, столь характерной для нашего вида, в ближайшие годы нам придется попытаться получить ДНК вымерших видов, которые старше Homo Erectus или Homo Heidelbergensis , тем самым определив, было ли слияние связан со всеми «человеческими» линиями; или выполнить углубленный сравнительный анализ области слияния нашей хромосомы 2 и субтеломерных областей двух хромосом крупных обезьян, участвующих в слиянии, что пока не представляется возможным.

Мануэль Руис Рехон

Университет Гранады, Автономный университет Мадрида

Артикул:

  1. Дж. Чио и А. Леван. 1956. Число хромосом Человека. Наследие, 42 (1-2): 1-6.
  2. W. Ijdo et al., 1991. Происхождение хромосомы 2 человека: предковая слияние теломер-теломер. PNAS, 88: 9051-9056.
  3. Meyer et al. 2012 Последовательность генома с высоким охватом архаичного денисовца. Science, 338: 222-226.; К. Х. Мига. 2016. Хромосомно-специфические последовательности центромеры обеспечивают оценку события слияния предковой хромосомы 2 в Hominin Genome.Journ. наследственности. 1-8. Doi: 10.1093 / jhered / esw039.
  4. Портал GTEx, http://www.gtexportal.org/home.

Эволюция: Библиотека: Хромосома человека 2

С середины 1800-х годов биологи в целом разделяли убеждение, что все живые существа произошли от одного общего предка. Основываясь на свидетельствах окаменелостей и сравнительной анатомии, Чарльз Дарвин предположил, что люди и человекообразные обезьяны, в том числе шимпанзе, гориллы и орангутаны, имеют общего предка, жившего несколько миллионов лет назад. Более поздние исследования подтвердили теорию Дарвина об общем происхождении (также называемом общим происхождением): анализ генома показывает, что генетическая разница между людьми и шимпанзе составляет менее 2 процентов. Другими словами, последовательность ДНК человека и шимпанзе схожа более чем на 98%.

Хотя генетическое сходство между человеком и обезьяной укрепило теорию Дарвина, существенное необъяснимое несоответствие осталось. В то время как все человекообразные обезьяны имеют 48 хромосом (24 пары), у людей только 46 (23 пары). Если у людей и обезьян был общий предок, не должно ли у обоих быть одинаковое количество хромосом в своих клетках?

Фазы, в которых хромосомы реплицируются, делятся, перемешиваются и рекомбинируются, несовершенны, поскольку ДНК подвержена случайным мутациям. Мутации не всегда приводят к пагубным последствиям.Фактически, многие мутации считаются нейтральными, а некоторые даже приводят к появлению полезных свойств. Чтобы подтвердить теорию Дарвина, ученым необходимо найти обоснованное объяснение того, почему пара хромосом отсутствует у людей, которая присутствует у обезьян.

Фундаментальная часть процесса, с помощью которого делается наука, включает разработку проверяемого прогноза, также известного как гипотеза. Ученые предложили два возможных объяснения несоответствия: либо общий предок имел 24 пары, либо люди несли слитую хромосому; или у предка было 23 пары, и у обезьян расщепленная хромосома.Их целенаправленное исследование привело их к обнаружению мутации в одной хромосоме человека, которая объяснила случившееся.

В 2005 г. рецензируемый научный журнал опубликовал результаты испытаний. Оказывается, хромосома 2, уникальная для человеческой линии эволюции, возникла в результате прямого слияния двух предковых хромосом, которые остаются отдельными у других приматов. Три генетических индикатора предоставляют убедительные, если не убедительные доказательства слияния. Во-первых, полосатость (или рисунок окраски) хромосомы 2 человека очень похожа на две отдельные хромосомы, обнаруженные у обезьян (хромосома 2 шимпанзе и дополнительная хромосома, не совпадающая ни с одной другой хромосомой человека).Во-вторых, хромосома обычно имеет одну центромеру или центральную точку, в которой соединяются две идентичные нити хромосомы. Тем не менее, остатки второй, предположительно неактивной центромеры можно найти на хромосоме 2 человека. И, в-третьих, в то время как нормальная хромосома имеет легко идентифицируемые повторяющиеся последовательности ДНК, называемые теломерами на обоих концах, хромосома 2 также имеет последовательности теломер не только на обоих концах, но и посередине.

Человек с 44 хромосомами | Понимание генетики

В недавней статье врач из Китая идентифицировал человека, у которого 44 хромосомы вместо обычных 46. За исключением того, что у него разное количество хромосом, этот человек совершенно нормален во всех измеримых аспектах.

Его хромосомы устроены стабильно, и его можно было бы передать, если бы он встретил симпатичную девушку, у которой тоже было 44 хромосомы. И это, безусловно, станет возможным в будущем, учитывая его семейную историю.

Но почему у него нет проблем? Потеря одной, не говоря уже о двух хромосомах, почти всегда фатальна, потому что теряется очень много важных генов.

В этом случае у него меньше хромосом, но на самом деле отсутствует очень мало генов.Вместо этого у него две хромосомы прикреплены к двум другим хромосомам. В частности, обе его хромосомы 14 привязаны к его хромосоме 15.

Так что у него почти все гены, как у любого другого человека. Просто он их немного по-другому упаковал.

Это важное открытие, потому что оно говорит нам о ключевом генетическом событии в предыстории человека. Все свидетельства указывают на то, что люди, как и их родственники шимпанзе, имели 48 хромосом около миллиона лет назад. В настоящее время у большинства людей их 46.

То, что случилось с этим мужчиной с 44 хромосомами, показывает один из способов, по которым первый шаг в подобного рода изменениях мог произойти в нашем прошлом. Ученые наверняка могли предсказать нечто подобное. Но теперь есть доказательства того, что это действительно может произойти.

Примечание, добавленное в Proof: Вот несколько старых документов, которые я пропустил, которые имеют очень похожие результаты:

  1. Транслокация t (13; 14) в девяти поколениях при гомозиготности транслокации.
  2. Гомозиготность по Робертсоновской транслокации (13q14q) у трех потомков гетерозиготных родителей.

И текущий:

Отчет о клиническом случае: потенциальное видообразование у людей с участием робертсоновских транслокаций.

Его история

Так как же у этого человека оказалось 44 хромосомы? Это история о том, как у близких родственников есть дети. А хромосомная перестройка называется сбалансированной транслокацией.

Сбалансированная транслокация — это когда одна хромосома прикрепляется к другой.Поскольку в этом процессе не теряются гены, обычно это не дает никакого эффекта. Пока эти люди не попытаются завести детей.

Обычно около 2/3 беременностей с участием одного человека со сбалансированной транслокацией заканчиваются выкидышем. Это связано с тем, как хромосомы разделяются при образовании яйцеклеток и сперматозоидов. Этот процесс называется мейозом.

Помните, что люди (и большинство других живых существ) имеют по две копии каждой хромосомы. Итак, у них есть две копии хромосомы 1, две копии хромосомы 2 и т. Д.Только одна хромосома из каждой пары попадает в любой сперматозоид или яйцеклетку. Таким образом, когда сперматозоид оплодотворяет яйцеклетку, у плода будет нужное количество хромосом.

Вот где начинается проблема для людей со сбалансированной транслокацией. У них одна непарная хромосома и пара с дополнительной хромосомой. Вот что может случиться в этой ситуации:

Верхний ряд представляет двух потенциальных родителей. Родитель справа имеет сбалансированную транслокацию.Есть два возможных способа выстраивания слитой хромосомы.

На рисунке показаны только две хромосомы. Номера 14 и 15 были выбраны потому, что они слились в 44 хромосоме человека.

Родитель со сбалансированной транслокацией может производить 4 разных вида сперматозоидов или яйцеклеток (второй ряд). Как показано на рисунке, когда яйцеклетки и сперматозоиды объединяются, в половине случаев плод оказывается с лишней или отсутствующей хромосомой. Если эта хромосома не имеет номера X, Y или 21, обычным результатом является выкидыш или рождение с серьезными проблемами.

В этом случае это почти наверняка приведет к выкидышу. Фактически, семья мужчины с 44 хромосомами имеет долгую историю выкидышей и самопроизвольных абортов.

Чтобы получить две одинаковые сбалансированные транслокации, оба родителя должны иметь одинаковую сбалансированную транслокацию. Это невероятно редко. За исключением случаев, когда родители находятся в родстве.

В этом случае оба родителя — двоюродные братья и сестры, и у них одна и та же транслокация. Когда эти родители пытаются завести детей, они сталкиваются с теми же проблемами, которые могут возникнуть при одной сбалансированной транслокации.Разве что проблемы удваиваются. Это дает множество возможностей, описанных ниже:

Эта очень сложная таблица показывает 36 возможных исходов, когда два родителя с одинаковой сбалансированной транслокацией пытаются завести ребенка.

На этом изображении возможные сперматозоиды отца показаны сверху, а яйца матери — сбоку. Каждая беременность имеет только 8 из 36 шансов на успех. И 1 из 36 будет иметь две одинаковые сбалансированные транслокации (возможность обведена).

Теоретически мужчина с 44 хромосомами должен иметь меньше проблем с детьми, чем его родители. Как видно из этого рисунка, у него и женщины с 46 хромосомами нет непарных хромосом. Но у всех их детей будет сбалансированная транслокация:

Вот так у него появилось 44 хромосомы. Возможно, именно так люди начали путь к 46 хромосомам около миллиона лет назад.

Одна родословная, от которой все мы, возможно, произошли — произошло ли слияние хромосомы 2 у Адама и Евы? | Молекулярная цитогенетика

  • 1.

    Kehrer-Sawatzki H, Cooper DN. Молекулярные механизмы хромосомной перестройки в процессе эволюции приматов. Chromosome Res. 2008; 16: 41–56.

    CAS
    Статья
    PubMed

    Google Scholar

  • 2.

    Wall JD. Геномика больших обезьян. ИЛАР J. 2013; 54: 82–90.

    CAS
    Статья
    PubMed
    PubMed Central

    Google Scholar

  • 3.

    Dutrillaux B, Rethore MO, Prieur M, Lejeune J.Анализ строения хроматид Gorilla gorilla . Сравнение с Homo sapiens и Pan troglodytes . Humangenetik. 1973; 20: 343–54.

    CAS
    PubMed

    Google Scholar

  • 4.

    Юнис Дж. Дж., Пракаш О. Происхождение человека: хромосомное графическое наследие. Наука. 1982; 215: 1525–30.

    CAS
    Статья
    PubMed

    Google Scholar

  • 5.

    Stanyon R, Wienberg J, Romagno D, Bigoni F, Jauch A, Cremer T. Молекулярные и классические цитогенетические анализы демонстрируют апоморфную реципрокную транслокацию хромосом у Gorilla gorilla . Am J Phys Anthropol. 1992; 88: 245–50.

    CAS
    Статья
    PubMed

    Google Scholar

  • 6.

    Kumar S, Hedges SB. Молекулярная шкала времени эволюции позвоночных. Природа. 1998; 392: 917–20.

    CAS
    Статья
    PubMed

    Google Scholar

  • 7.

    Stankiewicz P, Park SS, Inoue K, Lupski JR. Эволюционная транслокация хромосомы 4; 19 у гориллы гориллы связана с микродупликацией фрагмента хромосомы, синтеничного последовательностям, окружающим проксимальный участок CMT1A-REP человека. Genome Res. 2001; 11: 1205–10.

    CAS
    Статья
    PubMed
    PubMed Central

    Google Scholar

  • 8.

    Turleau C, de Grouchy J, Klein M. Хромосомная филогения человека и антропоморфных приматов.( Pan troglodytes, Gorilla gorilla, Pongo pygmaeus ). Попытка восстановления кариотипа общего предка. Энн Жене. 1972; 15: 225–40.

    CAS
    PubMed

    Google Scholar

  • 9.

    Dutrillaux B. Хромосомная эволюция приматов: предварительная филогения от Microcebus murinus (Prosimian) до человека. Hum Genet. 1979; 48: 251–314.

    CAS
    Статья
    PubMed

    Google Scholar

  • 10.

    Wienberg J, Jauch A, Lüdecke HJ, Senger G, Horsthemke B, Claussen U, et al. Происхождение хромосомы 2 человека проанализировано с помощью сравнительного картирования хромосом с помощью микробиблиотеки ДНК. Chromosome Res. 1994; 2: 405–10.

    CAS
    Статья
    PubMed

    Google Scholar

  • 11.

    Айдо Дж. У., Балдини А, Уорд, округ Колумбия, Ридерс СТ, Уэллс РА. Происхождение хромосомы 2 человека: исконное слияние теломер и теломер. Proc Natl Acad Sci USA. 1991; 88: 9051–5.

    CAS
    Статья
    PubMed
    PubMed Central

    Google Scholar

  • 12.

    Kasai F, Takahashi E, Koyama K, Terao K, Suto Y, Tokunaga K и др. Сравнительное FISH-картирование предковой точки слияния хромосомы 2. Chromosome Res. 2000. 8: 727–35.

    CAS
    Статья
    PubMed

    Google Scholar

  • 13.

    Fan Y, Linardopoulou E, Friedman C, Williams E, Trask BJ.Геномная структура и эволюция сайта слияния предковых хромосом в 2q13-2q14.1 и паралоговых областей на других хромосомах человека. Genome Res. 2002; 12: 1651–62.

    CAS
    Статья
    PubMed
    PubMed Central

    Google Scholar

  • 14.

    Fan Y, Newman T, Linardopoulou E, Trask BJ. Содержание генов и функция сайта слияния предковых хромосом в хромосоме 2q13-2q14.1 человека и паралогических областях. Genome Res. 2002; 12: 1663–72.

    CAS
    Статья
    PubMed
    PubMed Central

    Google Scholar

  • 15.

    Cheng Z, Ventura M, She X, Khaitovich P, Graves T., Osoegawa K, et al. Полногеномное сравнение недавних сегментарных дупликаций шимпанзе и человека. Природа. 2005; 437: 88–93.

    CAS
    Статья
    PubMed

    Google Scholar

  • 16.

    Вентура М., Катакчио С.Р., Саджадиан С., Вивес Л., Судмант Р.Х., Маркес-Бонет Т. и др.Эволюция субтеломерного гетерохроматина африканской обезьяны и слияние хромосомы 2 человека. Genome Res. 2012; 22: 1036–49.

    CAS
    Статья
    PubMed
    PubMed Central

    Google Scholar

  • 17.

    Аварелло Р., Педичини А., Кайуло А. , Дзуффарди О., Фраккаро М. Доказательства наличия предкового альфоидного домена на длинном плече хромосомы 2 человека. Hum Genet. 1992; 89: 247–9.

    CAS
    Статья
    PubMed

    Google Scholar

  • 18.

    Dreszer TR, Wall GD, Haussler D, Pollard KS. Смещенные кластерные замены в геноме человека: следы смещенной конверсии генов по инициативе мужчин. Genome Res. 2007; 17: 1420–30.

    CAS
    Статья
    PubMed
    PubMed Central

    Google Scholar

  • 19.

    Meyer M, Kircher M, Gansauge MT, Li H, Racimo F, Mallick S и др. Последовательность генома с высоким охватом архаичного денисовца. Наука. 2012; 338: 222–6.

    CAS
    Статья
    PubMed
    PubMed Central

    Google Scholar

  • 20.

    Miga KH. Хромосомно-специфические последовательности центромеры обеспечивают оценку события слияния предковой хромосомы 2 в геномах гомининов. J Hered. DOI 2016: 10.1093 / jhered / esw039

  • 21.

    Хайтович П., Хеллманн И., Энард В., Новик К., Лейнвебер М., Франц Х. и др. Параллельные закономерности эволюции геномов и транскриптомов человека и шимпанзе. Наука. 2005; 309: 1850–4.

    CAS
    Статья
    PubMed

    Google Scholar

  • 22.

    МакКинли Гарднер Р.Дж., Сазерленд Г.Р., Шаффер Л.Г. Робертсоновские транслокации. В: Хромосомные аномалии и генетическое консультирование. Нью-Йорк: издательство Оксфордского университета; 2012. с. 140–154.

  • 23.

    Джармуз М., Глоцбах К.Д., Бейли К.А., Бандйопадхьяй Р., Шаффер Л.Г. Эволюция подсемейств ДНК сателлитов III у приматов. Am J Hum Genet. 2007; 80: 495–501.

    CAS
    Статья
    PubMed
    PubMed Central

    Google Scholar

  • 24.

    Jarmuz-Szymczak M, Janiszewska J, Szyfter K, Shaffer LG. Сужение локализации точки излома в наиболее частых Робертсоновских транслокациях. Chromosome Res. 2014; 22: 517–32.

    CAS
    Статья
    PubMed
    PubMed Central

    Google Scholar

  • 25.

    Bint SM, Scriven PN, Ogilvie CM. Успешные циклы PGD для носителей мозаичной робертсоновской транслокации дают представление о механизме образования производных хромосом.Am J Med Genet A. 2013; 161A: 566–71.

    Артикул
    PubMed

    Google Scholar

  • 26.

    Курахаши Х., Шейх Т.Х., Ху П., Роу Б.А., Эмануэль Б.С., Бударф М.Л. Области геномной нестабильности на 22q11 и 11q23 как этиология рецидивирующего конституционального t (11; 22). Hum Mol Genet. 2000; 9: 1665–70.

    CAS
    Статья
    PubMed

    Google Scholar

  • 27.

    Эдельманн Л., Спитери Е., Корен К., Пулияал В., Биалер М.Г., Шанске А. и др.Палиндромы, богатые AT, опосредуют конституциональную транслокацию t (11; 22). Am J Hum Genet. 2001; 68: 1–13.

    CAS
    Статья
    PubMed

    Google Scholar

  • 28.

    Курахаши Х., Шейх Т.Х., Таката М., Тода Т, Эмануэль Б.С. Конституциональный t (17; 22): другая транслокация, опосредованная палиндромными AT-богатыми повторами. Am J Hum Genet. 2003. 72: 733–8.

    CAS
    Статья
    PubMed
    PubMed Central

    Google Scholar

  • 29.

    Nimmakayalu MA, Gotter AL, Shaikh TH, Emanuel BS. Новый основанный на последовательностях подход к локализации точек останова транслокации определяет молекулярную основу t (4; 22). Hum Mol Genet. 2003; 12: 2817–25.

    CAS
    Статья
    PubMed

    Google Scholar

  • 30.

    Шеридан М.Б., Като Т., Холдеман-Энглерт С., Джалали Г.Р., Милунски Дж. М., Цзоу И. и др. Опосредованная палиндромом рекуррентная транслокация с мейотическим нерасхождением 3: 1: t (8; 22) (q24.13; q11.21). Am J Hum Genet. 2009; 87: 209–18.

    Артикул

    Google Scholar

  • 31.

    Като Т., Франкони С.П., Шеридан М.Б., Хакер А.М., Инагакай Х., Гловер Т.В. и др. Анализ t (3; 8) наследственной почечно-клеточной карциномы: транслокация, опосредованная палиндромом. Рак Генет. 2014; 207: 133–40.

    CAS
    Статья
    PubMed
    PubMed Central

    Google Scholar

  • 32.

    Giglio S, Calvari V, Gregato G, Gimelli G, Camanini S, Giorda R и др.Гетерозиготные субмикроскопические инверсии с участием кластеров обонятельных рецепторов и генов опосредуют повторяющуюся транслокацию t (4; 8) (p16; p23). Am J Hum Genet. 2002. 71: 276–85.

    CAS
    Статья
    PubMed
    PubMed Central

    Google Scholar

  • 33.

    Ou Z, Stankiewicz P, Xia Z, Breman AM, Dawson B., Wiszniewska J, et al. Наблюдение и прогнозирование повторяющихся транслокаций человека, опосредованных NAHR, между негомологичными хромосомами.Genome Res. 2011; 21: 33–46.

    CAS
    Статья
    PubMed
    PubMed Central

    Google Scholar

  • 34.

    Шмидт С., Клауссен У., Лир Т., Вайзе А. Эволюция против конституции: различия в хромосомной инверсии. Hum Genet. 2005; 117: 213–9.

    CAS
    Статья
    PubMed

    Google Scholar

  • 35.

    Фикельшер И., Лир Т., Уоттс К., Брайант В., Барбер Дж. К., Хайдеманн С. и др.Вариант inv (2) (p11.2q13) является действительно повторяющейся перегруппировкой, но демонстрирует некоторую неоднородность точек останова. Am J Hum Genet. 2007. 81: 847–56.

    CAS
    Статья
    PubMed
    PubMed Central

    Google Scholar

  • 36.

    Mrasek K, Schoder C, Teichmann AC, Behr K, Franze B, Wilhelm K, et al. Глобальный скрининг и расширенная номенклатура 230 уязвимых участков, индуцируемых афидиколином, в том числе 61, о котором еще не сообщалось. Int J Oncol.2010; 36: 929–40.

    PubMed

    Google Scholar

  • 37.

    O’Neill ID. Гомозиготность по конституциональным хромосомным перестройкам: систематический обзор со ссылкой на происхождение, установление и фенотип. J Hum Genet. 2010; 55: 559–64.

    Артикул
    PubMed

    Google Scholar

  • 38.

    Bi W., Probst FJ, Wiszniewska J, Plunkett K, Roney EK, Carter BS, et al. Совместное возникновение повторяющихся дупликаций области синдрома ДиДжорджи на обоих гомологах хромосомы 22 из-за наследственных событий и событий de novo.J Med Genet. 2012; 49: 681–8.

    Артикул
    PubMed

    Google Scholar

  • 39.

    Neu RL, Valentine FA, Gardner LI. Расщепление t (14q22q) хромосомы в большом родстве. Clin Genet. 1975. 8: 30–6.

    CAS
    Статья
    PubMed

    Google Scholar

  • 40.

    Рокман-Гринберг С., Рэй М., Эванс Дж. А., Каннинг Н., Хамертон Дж. Л.. Гомозиготные Робертсоновские транслокации у плода с 44 хромосомами.Hum Genet. 1982; 61: 181–4.

    CAS
    Статья
    PubMed

    Google Scholar

  • 41.

    Martinez-Castro P, Ramos MC, Rey JA, Benitez J, Sanchez CA. Гомозиготность по Робертсоновской транслокации (13q14q) у трех потомков гетерозиготных родителей. Cytogenet Cell Genet. 1984; 38: 310–2.

    CAS
    Статья
    PubMed

    Google Scholar

  • 42.

    Морган Р., Биксенман Х., Хехт Ф.Вариация хромосомы человека с двумя Робертсоновскими транслокациями. Hum Genet. 1985; 69: 178–80.

    CAS
    Статья
    PubMed

    Google Scholar

  • 43.

    Эклунд А., Симола К.О., Рюнянен М. Транслокация t (13; 14) в девяти поколениях со случаем транслокационной гомозиготности. Clin Genet. 1988. 33: 83–6.

    CAS
    Статья
    PubMed

    Google Scholar

  • 44.

    Dallapiccola B, Ferranti G, Altissimi D, Colloridi F, Paesano R.Пренатальная диагностика гомозиготной (14; 21) транслокации у плода с 44 хромосомами в первом триместре. Prenat Diagn. 1989; 9: 555–8.

    CAS
    Статья
    PubMed

    Google Scholar

  • 45.

    Rajangam S, Michaelis RC, Velagaleti GV, Lincoln S, Hegde S, Lewin S, et al. Синдром Дауна с наследованием от двух родителей der (14q21q) и трисомией 21 по материнской линии: подтверждение с помощью флуоресцентной гибридизации in situ и анализа микросателлитного полиморфизма.Am J Med Genet. 1997; 70: 43–7.

    CAS
    Статья
    PubMed

    Google Scholar

  • 46.

    Sensi A, Cavani S, Villa N, Pomponi MG, Fogli A, Gualandi F, et al. Риск негомологичных Робертсоновских транслокаций (NHRT) и однопародительской дисомии (UPD): итальянское многоцентровое пренатальное исследование. Prenat Diagn. 2004. 24: 647–52.

    CAS
    Статья
    PubMed

    Google Scholar

  • 47.

    Омрани, доктор медицины, Гаргари СС. Однородительская дисомия в результате гетерозиготной Робертсоновской транслокации (13q14q) у обоих родителей. J Res Med Sci. 2007; 12: 100–3.

    Google Scholar

  • 48.

    Abdalla EM, Kholeif SF, Elshaffie RM. Гомозиготность или Робертсоновская транслокация (13q; 14q) у здорового в остальном мужчины 44 лет XY с историей неоднократных потерь плода. Лабораторная медицина. 2013; 44: 254–7.

    Артикул

    Google Scholar

  • 49.

    Ван Б., Ся Й, Сун Дж, Ван В., Тан Ю. Отчет о случае: потенциальное видообразование у людей с участием робертсоновских транслокаций. Biomed Res. 2013; 24: 171–4.

    Google Scholar

  • 50.

    Miryounesi M, Diantpour M, Motevaseli E, Ghafouri-Fard S. Гомозиготность по Робертсоновской транслокации (13q; 14q) у фенотипически нормальной женщины 44, XX лет с историей рецидивного аборта и нормальным исходом беременности. J Reprod Infertil. 2016; 17: 184–7.

    PubMed
    PubMed Central

    Google Scholar

  • 51.

    Song J, Li X, Sun L, Xu S, Liu N, Yao Y, et al. Семья с Робертсоновской транслокацией: потенциальный механизм видообразования у людей. Mol Cytogenet. 2016; 9: 48.

    Артикул
    PubMed
    PubMed Central

    Google Scholar

  • 52.

    Нельсон Э., Ролиан С., Кэшмор Л., Шульц С. Числовые соотношения предсказывают полигинию у ранних обезьян, ардипитеков, неандертальцев и ранних современных людей, но не у австралопитека.Proc Biol Sci. 2011; 278: 1556–63.

    Артикул
    PubMed

    Google Scholar

  • 53.

    Портал аннотаций генов BioGPS, http://biogps.org/#goto=welcome.

  • 54.

    GTExPortal, http://www.gtexportal.org/home/. По состоянию на 22 сентября 2016 г.

  • 55.

    Olson MV. Когда меньше значит больше: потеря генов как двигатель эволюционных изменений. Am J Hum Genet. 1999; 64: 18–23.

    CAS
    Статья
    PubMed
    PubMed Central

    Google Scholar

  • 56.

    Хан МВТ, Демут JP, Хан С.Г. Ускорение роста и потери генов у приматов. Генетика. 2007; 177: 1941–9.

    Артикул
    PubMed
    PubMed Central

    Google Scholar

  • 57.

    Demuth JP, De Bie T, Stajich JE, Cristianini N, Hahn MW. Эволюция семейств генов млекопитающих. PLoS One. 2006; 1: e85.

    Артикул
    PubMed
    PubMed Central

    Google Scholar

  • 58.

    Ван Х, Грус В.Е., Чжан Дж. Потери генов при человеческом происхождении. PLoS Biol. 2006; 4: e52.

    Артикул
    PubMed
    PubMed Central

    Google Scholar

  • 59.

    Дюма Л.Дж., О’Бленесс М.С., Дэвис Дж. М., Диккенс С.М., Андерсон Н., Кини Дж. Г. и др. Число копий домена DUF1220, вовлеченное в патологию и эволюцию человеческого мозга. Am J Hum Genet. 2012; 91: 444–54.

    CAS
    Статья
    PubMed
    PubMed Central

    Google Scholar

  • Может ли необычная хромосома создать второй человеческий вид?

    В наш век секвенирования генома мы можем упустить из виду важность того, как наши геномы распределены по 23 парам хромосом.Перестройки пар невидимы для секвенирования, если присутствует правильное количество генетического материала.

    Недавний сеанс генетического консультирования напомнил мне о хромосомной причуде, которая полностью скрыта от радара секвенирования генома, но если бы она обнаружилась в двух копиях у группы людей, у которых есть дети вместе, теоретически могла бы засеять второй человеческий вид, тот, который характеризуется числом хромосом 44, а не 46.

    ХРОМОСОМНЫЕ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ
    Молодая пара, которую я консультировала, несколько раз потеряла беременность, и анализы выявили дополнительный материал с 22-й хромосомы.Хотя это крошечная хромосома, в ней много генов, и дополнительный генетический материал прекращает развитие, как эмбрион становится плодом.

    В лабораторном отчете были профилированы ориентиры однонуклеотидного полиморфизма (SNP) и обнаружено чрезмерное количество фрагментов хромосомы 22. Но это было сделано на основе всего генома с использованием технологии микрочипов, а не методом вырезания и вставки хромосом с упорядоченным размером, которая является старой. вылепленный кариотип. SNP могут быть более новыми, но различие между дополнительной 22-й хромосомой, о которой говорится в лабораторном отчете, и фактом наличия дополнительной крошечной хромосомы, грохоченной на одну из других хромосом, имеет решающее значение для прогнозирования рецидива в семье — потому что такая совмещенная хромосома объяснили бы повторяющиеся потери.Это случай, когда за деревьями не виден генетический лес. Хромосомы еще считаются.

    Один тип хромосомы, прикрепленный к другому, — это Робертсоновская транслокация, названная в честь доктора философии Уильяма Риса Бребнера Робертсона, который впервые описал ее в 1916 году у кузнечиков. Человек или кузнечик с одной хромосомой «Роб» в порядке, потому что там есть два правильных набора генов — они просто перегруппированы. Но создание гамет (сперматозоидов или яйцеклеток) проблематично, потому что хромосома Роба имеет двойную идентичность из двух своих частей и не разделяется, как пары хромосом обычно делают во время мейоза.Это немного похоже на парочку в кадриле, которая не расстается, когда это делают все остальные.

    Мейоз — это форма деления клеток, при которой набор хромосом делится пополам по мере образования сперматозоидов и яйцеклеток.

    Скажем, хромосома № 22 «приклеилась» к хромосоме № 13 у человека. Его сперма может получить нормальные 13 и нормальные 22; просто спрятанный 13; 22, как и сам человек; или 4 «несбалансированных» возможности, которые вносят слишком много или слишком мало вовлеченных хромосом. Для семьи это означает 2/3 риска несбалансированных хромосом для каждой беременности — и потери или врожденного синдрома.

    Каждый человек из 1000 имеет одну хромосому Роба и является ее носителем (гетерозиготой). Роботы случаются только в хромосомах, называемых акроцентрами, у которых есть одна длинная рука и одна очень крошечная рука, или в телоцентриках, у которых есть только длинная рука (но у нас их нет). Наши акроцентрики — это хромосомы 13, 14, 15, 21 и 22. Хромосома Роба 21 отвечает за редкие случаи синдрома Дауна, которые возникают не из-за полной трисомии (дополнительной хромосомы) и с гораздо большей вероятностью повторяются в семьях.

    OF MICE AND MUNTJACS
    Сообщений о Робертсоновских транслокациях в животном мире немного, но мыши, как ни странно, умеют перетасовывать свои хромосомы.Их акроцентрики и телецентрики во многом сливаются с более крупными метацентриками.

    Первым отличием от обыкновенной домовой мыши ( Mus musculus ) была «табачная мышь» ( Mus poschiavinus ), описанная в 1869 году из особей, отловленных на табачной фабрике в Валле-ди-Поскьяво, Швейцария. У них были большие головы и маленькие темные тела. Позже в итальянских Альпах были обнаружены табачные мыши, и был обнаружен их отличительный набор из 22 хромосом, их 9 пар равноплечих метацентриков слились из 40 предковых телецентриков домовой мыши.

    Динамическое количество хромосом мышей, вероятно, отражает притяжение повторов TTAGAGAG на их концах, которые отражаются эхом, но наоборот, в их основных сужениях, центромерах. Такие обратные повторы в хромосомах похожи на липучки: они смешивают и сопоставляют свои части, создавая по крайней мере 100 разных «рас» мышей, которые, говоря генетически, являются разными видами, потому что они могут воспроизводиться только друг с другом. Получающиеся в результате типы мышей с определенными хромосомами географически фиксированы, потому что мыши мало путешествуют (если только они не проникают на корабли).

    Родовой мунтжак

    Мунтжаки также подвержены Робсу. Предковый Muntiacus reevesi имеет 46 хромосом как у мужчин, так и у женщин, тогда как производный Muntiacus muntjac имеет всего 6 хромосом у женщин и 7 хромосом у мужчин. Распределение хромосом показывает, что у двух азиатских видов оленей одни и те же гены, но они по-разному распределены по хромосомам. У баранов и хлопковых крыс тоже есть Робс.

    Распад больших хромосом на более мелкие, хотя это кажется энергетически более выгодным, чем образование Роба, на самом деле встречается реже.О таком расщеплении хромосом сообщалось только в культивируемых клетках семейства зебр и у черной крысы Маврикия. Слияние хромосом на кончике, а не на открытых центромерах также встречается редко, но отличает азиатских речных буйволов от малазийских болотных буйволов.

    У носителя Роба одна необычная большая хромосома.

    НОВАЯ ПОРОДА ЧЕЛОВЕКА?
    Гораздо реже, чем человеческие гетерозиготы Роба, являются гомозиготами с двумя Робами, потому что эти люди могут возникнуть только в результате наследования одной копии необычной хромосомы от каждого родителя, что обычно означает, что родители связаны и унаследовали Роба от общего предка, как общий прадедушка.Случаи этих гомозигот Роба, которые имеют 44 хромосомы, а не нормальные 46, чрезвычайно редки:

    • В отчете 1984 года описывается семья с 3 взрослыми братьями и сестрами, у которых было 44 хромосомы, # 13 и 14 вместе взятые.
    • В отчете 1988 г. рассказывается о 3 отдаленно связанных семьях в Финляндии, в том числе о семьях № 13 и 14, чья хромосома Rob передалась носителям как минимум через 9 поколений, появляясь как минимум в одной гомозиготе.
    • В статье 1989 года описывается Роб между 14 и 21 номерами гомозиготы, родители-носители которой были родственниками.

    В заголовки газет попал отчет о болезни 25-летнего здорового китайца, у которого 44 хромосомы, потому что каждая 14 присоединяется к 15 — комбинации, невиданной ранее. Его родители, оба носители транслокаций, были двоюродными братьями. Сперма китайского мужчины несет 21 аутосому и X или Y, и он должен быть фертильным — но только с женщиной, которая имеет такие же хромосомы. Скорее всего, он никогда ее не найдет. Но если он это сделает…

    ОТ НАУКИ К НАУКЕ
    Отчет о китайском человеке с 44 хромосомами заканчивается словами: « Аберрация может дать материал для эволюции.… Долгосрочная изоляция группы людей, гомозиготных по определенной хромосоме с транслокацией Робертсона, теоретически может привести к созданию нового подвида человека, имеющего полный генетический набор в 44 хромосомах.

    (NHGRI)

    Это могло случиться раньше. Могли ли 48 хромосом общего предка человека и шимпанзе разветвиться, чтобы дать нам 46 хромосом? Слияние хромосом 12 и 13 шимпанзе, в соответствии со схемой распределения, могло привести к образованию более крупной хромосомы 2.

    Идея наследования двойной дозы робертсоновской хромосомы, питающей человеческое видообразование, не нова. Я писал об этом в 2002 году в журнале The Scientist , где Лиза Шаффер, доктор философии из «Геномики отпечатков лап» в Университете штата Вашингтон, Спокан, которая в то время изучала Робса, размышляла: «С 1 из 1000 человек, несущих Робертсоновскую транслокацию. вероятность того, что два носителя объединятся и оба будут передавать свою транслокацию, составляет 1 из 4 миллионов — так что они там, просто фенотипически нормальные.”

    (На этой неделе я встретился с доктором Шаффер, и она сказала, что в наши дни не так уж много людей работают с Робсом. Мы с ней опасаемся, что цитогенетика — изучение хромосом и признаков — умирающее искусство. Это была моя любимая часть. Я научился извлекать значение из хромосом у одного из мастеров, генетика кукурузы Маркуса Роудса.)

    Возможность появления нового человеческого вида с 44 хромосомами может украсить сюжеты научной фантастики, если разные наборы мутаций накапливаются в двух популяциях, происходящих от предковой.Это может объяснить происхождение голубоватых омерзительных подземных морлоков, которые питаются любящими солнце, мирными надземными Элоями в будущем мире Герберта Уэллса «Машина времени », написанном в 1898 году. Или Робс может лежать в основе людоедских визжащих гуманоидных «аберраций», также известные как «Абби», наши потомки, которые захватят будущий мир, изображенный в «Вольных соснах» прошлым летом.

    Ни Х. Дж. Уэллс, ни создатель Wayward Pines Блейк Крауч не называли робертсоновскую транслокацию правдоподобным путем к быстрой эволюции (или деволюции) человека — но они могли это сделать.Писатель-фантаст Грег Беар очень близко подошел к этому в своих чудесных романах 1999 и 2003 годов «Радио Дарвина» и «Дети Дарвина». Он воображает, что латентный ретровирус, пробудившийся в геномах беременных женщин в 1999 году, перетасовал геномы нового поколения таким образом, что в результате были созданы клетки с 52 хромосомами вместо 46, тем самым мгновенно создавая группу, которая может успешно спариваться только между собой. Вам нужно будет прочитать книги, чтобы узнать, почему и почему «дети-вирусы» лучше. Загнанные в лагеря устрашающим большинством, они создают свою собственную культуру, еще больше разделяя эти два типа людей, что немного напоминает президентские выборы в США.Альтернативная реальность Медведя — убедительное изображение репродуктивной изоляции, ведущей, по-видимому, к видообразованию, с начальным хромосомным сдвигом в качестве толчка.

    Я разговаривал с Bear еще в 2004 году, снова для The Scientist (механизм для быстрого исчезновения преданного писателя-фрилансера — смена главного редактора). Грег Беар — ученый-самоучка с огромным воображением. Он сказал: «У меня мало секретов. Люблю биологию. Я исследую это в постоянном чтении с начала 1980-х годов.Я очень ясно видел, что ДНК должна быть вычислительной, самоорганизующейся, самовосстанавливающейся системой. В начале 90-х мне стало ясно, что современная эволюционная теория неполна. Я намеревался найти все разрозненные бумаги, которые я мог, чтобы доказать, что природа — это сеть, сверху донизу ». Серия Darwin возникла из этих мыслей — и он явно знал о Робсе.

    Я не очень хорошо пишу художественную литературу и испытываю трепет перед такими людьми, как Медведь, которые умеют, но если бы я мог, я бы продолжил тему 44-хромосомных людей, возникающих из-за хромосомной случайности и скрывающихся на виду среди других. те, кто самодовольно расшифровывают свои геномы.Могут ли социальные сети стать катализатором такого события, которого, в конце концов, не было, когда были написаны Time Machine или даже Darwin’s Radio ? Увы, Facebook Robertsonian Translocation Support Group, основанная в 2011 году, имеет только 2 поста, первая из которых вызывает Господа, вероятно, оттолкнув тех, кто ищет научную информацию.

    Когда я закончу следующий раунд пересмотра учебников, может быть, я попробую художественную литературу… и почитаю умирающее биологическое искусство цитогенетики.

    Тайна пропавшей хромосомы (со специальным гостем от креационистов Facebook)

    [Примечание: этот пост стал первым из серии из четырех.

    Часть вторая: Тайна пропавших без вести хромосом, продолжение: новости от вашего Preening Blogger

    Часть третья: четыре дня срыва слияния хромосом

    Часть четвертая: И наконец, утка-гончая может отдохнуть]

    Есть кое-что увлекательно о наших хромосомах.У нас 23 пары. У шимпанзе и горилл, наших ближайших ныне живущих родственников, 24. Если вы отнесетесь к этим фактам безразлично, вы можете подумать, что это представляет собой экзистенциальный кризис для эволюционных биологов. Если мы действительно произошли от общего предка с человекообразными обезьянами, то наши предки, должно быть, потеряли пару после разветвления нашей родословной, около шести миллионов лет назад. Как мы могли просто отказаться от целой хромосомы?

    При внимательном рассмотрении нашего генома и генома наших близких родственников выясняется, что это не так.Мы просто объединили пару из них. Время от времени хромосомы сливаются. Это слияние происходит по мере развития сперматозоидов и яйцеклеток, когда пары хромосом складываются друг над другом и обмениваются фрагментами ДНК. Иногда две разные хромосомы цепляются друг за друга, а затем не могут разделиться.

    Ученые наблюдали как людей, так и млекопитающих со слитыми хромосомами. Хромосомы обычно имеют отличительные участки ДНК в центре и на концах. Время от времени ученые будут находить человека с короткой хромосомой, но одна из хромосом, которую он сохраняет, теперь имеет странную структуру с хромосомными окончаниями около середины и другими особенностями.

    Это может показаться фантастической мутацией — что-то вроде соединения человека и лошади в кентавра. Примечательно, однако, что слитые хромосомы реальны, и есть удивительное количество нормальных, здоровых людей, несущих их.

    Если бы люди и обезьяны действительно имели общего предка, тогда было бы логично, что две хромосомы у наших предков слились. Рост секвенирования генома позволил им проверить эту гипотезу. Они обнаружили, что вторая хромосома человека несет на себе признаки древнего слияния хромосом с остатками концов хромосом, расположенными в ее ядре.В 2005 году появилась возможность снова проверить эту гипотезу, когда группа ученых секвенировала геном шимпанзе и смогла сравнить его с геномом человека. Команда генома шимпанзе смогла сопоставить хромосомы человека две или две неслитые хромосомы в геноме шимпанзе.

    Кен Миллер, биолог из Брауна, который был экспертом по делу о креационизме в Дувре в 2005 году, включает это исследование в свои лекции по эволюции. Вот видео с одной из этих лекций, где он излагает некоторые доказательства с впечатляющей ясностью.

    Что делает эволюционную биологию такой забавной темой для написания, так это то, что она не остается на месте. Хотя описание Миллера совершенно точное, за последние пять лет оно устарело. В прошлом месяце Эван Эйхлер из Вашингтонского университета и его коллеги опубликовали исследование в журнале Genome Research, в котором они глубже изучают историю нашей недостающей хромосомы.

    Им удалось это сделать благодаря публикации в начале этого года генома гориллы.Сравнение геномов человека, шимпанзе и гориллы подтверждает, что предки горилл произошли от предков шимпанзе и человека около десяти миллионов лет назад. Позже люди и шимпанзе разделились. Сравнение всех трех видов дает более четкое представление о том, как выглядели наши хромосомы до того, как они слились, и как они изменились с тех пор.

    Эйхлер и его коллеги составили диаграмму, чтобы проиллюстрировать эту десятимиллионную сагу, которую я здесь адаптировал.

    Сравнивая хромосому 2 человека с неслитыми версиями у шимпанзе и горилл, Эйхлер и его коллеги реконструировали хромосомы общего предка всех трех видов:

    Полосы соответствуют сегментам каждой хромосомы. Цвета представляют две наследственные хромосомы (я буду называть их просто зеленым и красным, чтобы не увязнуть в запутанных числах). Знаки решетки обозначают участки очень нестабильной ДНК. Эти области, заполненные повторяющимися последовательностями, склонны к случайному дублированию, что приводит к расширению хромосомы.В них также хромосомы могут обмениваться фрагментами с другими хромосомами. Вот почему у красной хромосомы на конце немного зеленого. Он получил часть зеленой хромосомы раньше, чем наш общий предок, шимпанзе и гориллы.

    Затем изменилась зеленая хромосома:

    Здесь проиллюстрированы три ключевых события. Во-первых, перевернулась вершина зеленой хромосомы (еще один распространенный тип мутации, называемый инверсией). Затем кусок еще одной хромосомы застрял в конце зеленой хромосомы, отмеченной здесь розовым цветом.А затем новый фрагмент ДНК застрял на конце зеленой хромосомы, известный как StSat, и отмечен здесь желтой точкой.

    Затем предки горилл отделились от предков шимпанзе и человека. Они прошли около десяти миллионов лет независимой эволюции, за это время произошло многое. Во-первых, колпачок на зеленой хромосоме дублировался и наклеивался на другие хромосомы, включая красную, и даже на другой конец самой зеленой хромосомы. На иллюстрации ниже желтый и розовый сегменты вместе с прилегающим к ним зеленым сегментом представлены коричневым овалом.

    Тем временем предки шимпанзе и человека эволюционировали.Две хромосомы продолжали изменяться, как показано здесь.

    Копия StSat приклеилась к концу красной хромосомы, а затем розовый и зеленый сегменты в верхней части зеленой хромосомы перевернулись.

    Хромосомы справа от рисунка показывают, как выглядели две наши хромосомы до того, как они слились. Когда родословная человека и шимпанзе разделилась, каждая линия унаследовала их. И в каждой линии они развивались по-своему.

    В линии шимпанзе хромосомы не слились.Вместо этого произошло следующее:

    Колпачки как на зеленой, так и на красной хромосомах были массово дублированы и оказались на множестве других хромосом.

    И, наконец, вот что произошло с людьми после того, как наши предки отделились от шимпанзе:

    final-final-final-human.005

    Две хромосомы слились, и крышка была удалена, включая StSat. Он больше не мог распространяться по нашему геному, как у шимпанзе и горилл.

    Это исследование является важным достижением в нашем понимании эволюции человеческих хромосом — предмета, имеющего медицинское значение, поскольку дупликация ДНК на концах хромосом может вызвать опасные мутации, которые могут вызвать генетические нарушения.К тому же очень круто видеть, что наши хромосомы на самом деле представляют собой древнее лоскутное одеяло.

    Так уж получилось, что я наткнулся на эту статью очень окольным путем — но поучительным. Вчера из «Пальца панды» я узнал, что биолог Ник Мацке пытался все исправить на странице креационистов в Facebook. Страница создана организацией под названием The Biologic Institute, которая продвигает новую книгу двух своих сотрудников, целью которой является выявление всех недостатков в эволюционной теории человека.Они ссылались на сообщение на сайте, управляемом информационным центром по интеллектуальному дизайну, Discovery Institute, в котором были представлены некоторые подробности из книги. Он называется «Пелена над нашим происхождением как человеческих существ» написана Дэвидом Клингхоффером.

    Мацке оставил несколько комментариев, объясняя, почему они были неправы, и каковы на самом деле некоторые доказательства эволюции человека. В Биологическом институте это не восприняли: они внезапно объявили, что Facebook не является подходящим местом для обсуждения, и ограничат комментарии до 100 слов или, возможно, полностью отключат его.

    Я нашел это восхитительно ироничным, и мне тоже пришлось вскочить. Я указал, что сайт, на который они ссылаются, не допускает комментариев (что довольно типично для креационистских веб-сайтов). Так что не было другого способа задать вопросы, кроме как опубликовать их в Facebook. И мой вопрос касался слитых хромосом.

    Клингхоффер заявляет:

    Свидетельства о слиянии хромосом, например, поразительно неоднозначны. В дарвиновской презентации тот факт, что люди обладают 23 парами хромосом, а человекообразные обезьяны 24, ясно указывает на событие, в котором хромосома 2 человека образовалась в результате слияния, оставив после себя контрольный признак теломерной ДНК — обычно проявляющейся в виде защитного колпачка. конец хромосомы — посередине, где ей не место.Ergo, общее происхождение.

    Но Кейси [Лускин, из Института открытий и соавтор книги] объясняет, что в этом заключении много неправильного. Даже если такое событие произошло и у людей когда-то было 24 пары хромосом, из этого вовсе не следует, что это произошло в каком-то дочеловеческом прошлом. Ничто не мешает изобразить узкое место человеческой популяции, обеспечивающее распространение слитой хромосомы 2 от части древнего человеческого сообщества ко всему этому.

    Но идея о том, что такое событие вообще произошло, сама по себе далеко не уверена.Теломерная ДНК, припаркованная в середине хромосомы 2, не является уникальным явлением. У других млекопитающих это тоже есть в их собственных геномах. Даже если бы он был уникальным, его гораздо меньше, чем можно было бы ожидать от слияния двух теломер. Наконец, он появляется в «вырожденной», «сильно расходящейся» форме, чего не должно быть, если соединение произошло в недавнем прошлом, около 6 миллионов лет назад, как утверждает дарвиновская интерпретация.

    Я был сбит с толку, поэтому попросил в Facebook доказательства того, что форма хромосомы была не такой, как вы ожидали, если бы она слилась шесть миллионов лет назад.

    За этим последовал нелепый обходной маневр, некоторые из которых я воспроизведу здесь:

    Биологический институт: Извините, Карл, какая ссылка содержит эту конкретную цитату?

    Я: Я цитирую страницу, на которую ВЫ указали.

    Биологический институт: Ах! Это свидетельство находится в книге, которую описывает пост.

    Карл Циммер: Другими словами, единственный способ проверить эти утверждения — это купить книгу? Нет данных, опубликованных в рецензируемых журналах?

    [Нет ответа]

    Карл Циммер: Книга, на которую вы указываете, написана двумя сотрудниками Биологического института — того же института, который выпускает эту страницу в Facebook.Почему вы не можете описать здесь свои доказательства слияния хромосом?

    [Проходит час. Нет ответа.]

    Карл Циммер: Привет? Кто-то там? Вы решили не отвечать на мой запрос о доказательствах из вашей собственной книги? Как вы рассчитаете, как должна выглядеть ДНК слияния хромосом, если она слилась шесть миллионов лет назад?

    Биологический институт: Карл, ты зарабатываешь на жизнь книгами. Репетируете ли вы их контент в своем блоге для всех, кто спрашивает?

    Карл Циммер: Здравствуйте, Биологический институт.Если я сделаю убедительное заявление о науке на онлайн-форуме, и кто-то попросит у меня доказательства этого утверждения, я не скажу: «Что ж, вам просто нужно прочитать мою книгу». Я представляю доказательства — я указываю на рецензируемое исследование, на котором я основал свое утверждение. Но, эй, я был бы совершенно удовлетворен, если бы вы указали мне на научную статью, в которой представлены расчеты, показывающие, что слияние хромосом не могло произойти шесть миллионов лет назад. Я сам найду ее — если такая бумага действительно существует.

    Ну, это было последнее, что я слышал от Биологического института. Они до сих пор не подключились к своей собственной ветке. Однако я получил известие от человека, который читал эту книгу, Пола Макбрайда. (Он даже просмотрел ее здесь.) Вот комментарий, который он оставил на Facebook:

    Карл, я могу сказать вам ответ на ваш вопрос, поскольку прочитал книгу. Лускин не предоставляет никаких доказательств этого. Что ж, более правильно, он цитирует вопрос из этой статьи http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12421751 «Если слияние произошло внутри массивов теломерных повторов менее ∼6 млн лет назад, то почему массивы на сайт слияния настолько дегенерировал? » но не их три предложенных ответа.Лускин утверждает, что если произошло слияние хромосом, это должно было быть аккуратное и аккуратное соединение двух рассматриваемых хромосом, все остальное — проблема для эволюции. Дэйв Вискер кратко ответил на этот вопрос в комментарии на Panda’s Thumb http://pandasthumb.org/archives/2012/07/paul-mcbrides-r.html#comment-288503

    В той статье, которую упоминает Макбрайд? Это статья 2002 года, о которой я упоминал в начале, та, в которой представлены доказательства слияния, основанные на исследовании генома человека. Другими словами, авторы этой новой книги по интеллектуальному дизайну выбирают цитату из статьи, которой уже десять лет (вы можете проверить сами, статья бесплатна).Похоже, это все доказательства, которые у них есть. Если кто-нибудь скажет вам, насколько впечатляющей является наука, стоящая за разумным замыслом, насколько она превосходит эволюционную биологию, могу я предложить вам использовать этот пример, чтобы показать им, насколько они ошибаются.

    Я давно прочитал газету 2002 года, но ссылка Макбрайда заставила меня перечитать ее. Я также заметил, что его цитировали в ряде недавних статей, в том числе в новой статье Эйхлера. Это просто показывает, как вы можете узнать что-то новое в самых неожиданных местах.

    Обновление: Чувак, эти люди сделают все, чтобы просто не указать мне на какие-то улики.

    Обновление № 2: На самом деле, они сделают намного больше — вот мой обзор четырех дней, прошедших с тех пор, как я опубликовал это.

    Обновление № 3: Через пять дней я наконец получил ответ. И это показывает, почему креационисты ошибаются. На этом заканчивается эта странная история.

    [Изображение кентавра: Википедия]

    Что такое хромосомы?

    Хромосомы — это нитевидные структуры, в которых ДНК плотно упакована внутри ядра.ДНК наматывается на белки, называемые гистонами, которые обеспечивают структурную поддержку. Хромосомы помогают обеспечить правильную репликацию и распределение ДНК во время деления клеток. Каждая хромосома имеет центромеру, которая делит хромосому на две части — p (короткое) плечо и q (длинное) плечо. Центромера расположена в точке сужения клетки, которая может быть, а может и не быть центром хромосомы.

    Источник: Национальный исследовательский институт генома человека

    В конце каждой хромосомы находится повторяющаяся крышка нуклеотидной последовательности, называемая теломер.У позвоночных теломера представляет собой последовательность TTAGGG, повторяющуюся примерно до 15000 пар оснований. Эти участки ДНК играют важную роль в сохранении геномной последовательности, защищая геном от деградации и ингибируя слияние и рекомбинацию хромосом. Эти области также участвуют в организации хромосом в ядре.

    На этом изображении показаны концы хромосом с теломерами, визуализированными красным.

    Источник: Центр исследований рака NCI

    У человека 46 хромосом расположены в 23 пары, включая 22 пары хромосом, называемых аутосомами.Для справки аутосомы обозначены 1-22. Каждая пара хромосом состоит из одной хромосомы, унаследованной от матери и одной от отца.

    В дополнение к 22 пронумерованным аутосомам у человека также есть одна пара половых хромосом, называемая аллосомой. Вместо того, чтобы маркировать эти пары хромосом цифрами, аллосомы обозначаются буквами, такими как XX и XY. У женщин есть две копии Х-хромосомы (одна унаследована от матери, а другая — от отца). У мужчин есть одна копия Х-хромосомы (унаследованная от матери) и одна копия Y-хромосомы (унаследованная от отца).

    На хромосомах расположены гены. Гены состоят из ДНК и содержат инструкции по построению белков и являются неотъемлемой частью создания и поддержания человеческого тела.

    Как найти ген

    Цитогенетическое местоположение, стандартный способ описания местоположения гена на хромосоме, состоит из комбинации цифр и букв и состоит из трех компонентов:

    1. Номер или буква хромосомы (1-23, X или Y)

    2. Плечо хромосомы (p или q)

    3. Положение гена на плече (цитогенетические полосы).Положение зависит от светлых и темных полос, которые появляются на хромосоме при окрашивании, и выражается двузначным числом (одна цифра представляет область, а другая — полосу). Иногда за цифрами следует десятичная точка и одна или несколько цифр. Эти дополнительные цифры представляют собой расстояние от центромеры (увеличивающееся числовое значение указывает на большее расстояние от центромеры). «Cen», «ter» и «tel» также используются для описания положения гена на руке.

    Cen — близко к центромере
    Ter (конец) — близко к концу плеч p или q
    Tel (теломер) — близко к концу плеч p или q

    Пример
    Ген: Рецептор киназы анапластической лимфомы
    Хромосомное местоположение: 2p23
    Описание местоположения: хромосома 2, плечо p, положение 23

    Хромосома vs.расположение молекул

    Расположение хромосомы или цитогенетическое расположение — это один из способов описания расположения гена на хромосоме. Другой способ определить местоположение гена — использовать его молекулярное местоположение. Секвенирование пар оснований описывает молекулярное расположение гена на хромосоме. Расположение молекул более точное; однако небольшие различия в адресе могут возникать между исследовательскими группами в результате различных методов секвенирования генома.

    Например, у человека расположение гена EGFR в хромосоме — 7p12, а молекулярное расположение — на хромосоме 7, NC_000007.14 (пары оснований от 55 019 032 до 55 207 338).

    Митоз против мейоза

    Клетки делятся посредством двух процессов: митоза и мейоза. В обоих процессах диплоидные клетки (содержащие два набора хромосом или 46 хромосом) делятся. В митозе диплоидная «родительская» клетка делится и производит две диплоидные «дочерние» клетки. Однако в мейозе родительская клетка производит четыре гаплоидных дочерних клетки (каждая из которых содержит половину хромосом родительской клетки или 23 хромосомы).

    Критическое различие между митозом и мейозом состоит в том, что митоз производит две генетически идентичные дочерние клетки, тогда как мейоз производит четыре генетически различных дочерних клетки.

    Фазы клеточного деления сходны как для митоза, так и для мейоза, и оба процесса приводят к цитокинезу (цитоплазматическому делению дочерних клеток). Однако в мейозе цикл повторяется дважды (мейоз I и мейоз II) до образования четырех гаплоидных дочерних клеток.

    Еще одно различие между стадиями митоза и мейоза состоит в том, что в мейозе гомологичные хромосомы объединяются в пары во время метафазы вместо хроматид. В гомологичной паре одна хромосома происходит от матери, а одна хромосома — от отца.Гомологичные хромосомы очень похожи, но не идентичны. Они несут одни и те же гены (например, цвет волос или глаз), но они могут не кодировать один и тот же признак (например, светлые волосы или карие глаза).

    Этапы деления клеток

    Интерфаза — Репликация ДНК. Большую часть времени клетка проводит в интерфазе. Возникает до деления клеток. Состоит из трех стадий: Gap 1 (рост), S-фаза (репликация ДНК) и Gap 2 (продолжение роста, подготовка к делению клетки).

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.