Хромосомы заключают в себе генетическую информацию в форме генов. Ядро каждой клетки человека, за исключением яйцеклетки и сперматозоида, содержит 46 хромосом, образующих 23 пары. Одна хромосома в каждой паре получена от матери, а другая - от отца. У обоих полов 22 из 23 пар хромосом одинаковые, отличается только оставшаяся пара половых хромосом. У женщин имеется две Х-хромосомы (XX), а у мужчин - одна Х- и одна Y-хромосома (XY). Следовательно, нормальный набор хромосом (кариотип) мужчины - 46, XY, а женщины - 46, XX.
Хромосомные аномалии
Если ошибка происходит во время особой разновидности клеточного деления, при котором образуются яйцеклетки и сперматозоиды, то возникают аномальные половые клетки, что ведет к рождению потомства с хромосомной патологией. Хромосомный дисбаланс может быть как количественным, так и структурным.
Развитие пола ребенка
В обычных условиях наличие Y-хромосомы приводит к развитию плода мужского пола вне зависимости от количества Х-хромосом, а отсутствие Y-хромосомы - к развитию плода женского пола. Аномалии половых хромосом оказывают менее деструктивное влияние на физические характеристики индивида (фенотип), нежели аномалии аутосомных. Y-хромосома содержит малое количество генов, поэтому ее лишние копии оказывают минимальное влияние. Как у мужчин, так и у женщин требуется наличие только одной активной Х-хромосомы. Лишние Х-хромосомы почти всегда являются полностью неактивными. Этот механизм минимизирует эффект аномальных Х-хромосом, поскольку лишние и структурно аномальные копии инактивируются, оставляя «рабочей» только одну нормальную Х-хромосому. Однако существуют на Х-хромосоме некоторые гены, которым удается избежать инактивации. Считается, что наличие одной или более двух копий таких генов является причиной аномальных фенотипов, ассоциированных с дисбалансом половых хромосом. В лаборатории анализ хромосом проводится под световым микроскопом при 1000-кратном увеличении. Хромосомы становятся видны только при делении клетки на две генетически идентичные дочерние клетки. Для получения хромосом используют клетки крови, которые культивируют в специальной среде, богатой питательными веществами. На определенной стадии деления клетки обрабатывают раствором, который вызывает их набухание, что сопровождается «распутыванием» и разделением хромосом. Затем клетки помещают на предметное стекло микроскопа. По мере их высыхания происходит разрыв клеточной мембраны с выходом хромосом во внешнюю среду. Хромосомы окрашивают таким образом, чтобы на каждой из них появились светлые и темные диски (полоски), порядок которых специфичен для каждой пары. Форму хромосом и характер дисков тщательно изучают с целью идентификации каждой хромосомы и выявления возможных аномалий. Количественные аномалии имеют место при недостатке или избытке хромосом. Некоторые синдромы, развивающиеся в результате таких дефектов, имеют очевидные признаки; другие бывают почти незаметны.
Различают четыре основные количественные хромосомные аномалии, каждая из которых ассоциирована с определенным синдромом: 45, X - синдром Тернера. 45, X, или отсутствие второй половой хромосомы, - самый распространенный кариотип при синдроме Тернера. Индивиды с этим синдромом имеют женский пол; часто заболевание диагностируют при рождении благодаря таким характерным признакам, как кожные складки на задней поверхности шеи, отечность кистей рук и стоп и низкая масса тела. К другим симптомам относятся низкорослость, короткая шея с крыловидными складками, широкая грудная клетка с широко расположенными сосками, пороки сердца и патологическое отклонение предплечий. Большинство женщин с синдромом Тернера бесплодны, у них отсутствуют менструации и не развиты вторичные половые признаки, в частности молочные железы. Практически все пациентки, однако, имеют нормальный уровень умственного развития. Частота встречаемости синдрома Тернера составляет от 1:5000 до 1:10 000 женщин.
■ 47, XXX - трисомия Х-хромосомы.
Приблизительно 1 из 1000 женщин имеет кариотип 47, XXX. Женщины с этим синдромом обычно высокие и худые, без каких-либо явных физических отклонений. Однако нередко у них отмечается снижение коэффициента интеллекта с определенными проблемами в обучении и поведении. Большинство женщин с трисомией Х-хромосомы фертильны и способны иметь детей с нормальным набором хромосом. Синдром редко выявляется благодаря нерезкой выраженности фенотипических признаков.
■ 47, XXY - синдром Клайнфельтера. Приблизительно 1 из 1000 мужчин имеет синдром Клайнфельтера. Мужчины с кариотипом 47, XXY выглядят нормальными при рождении и в раннем детстве, за исключением небольших проблем в обучении и поведении. Характерные признаки становятся заметными в период полового созревания и включают высокий рост, маленький размер яичек, отсутствие сперматозоидов, а иногда и недостаточное развитие вторичных половых признаков с увеличением грудных желез.
■ 47, XYY - XYY-синдром. Дополнительная Y-хромосома присутствует примерно у 1 из 1000 мужчин. Большинство мужчин с XYY-синдромом внешне выглядят нормально, но при этом имеют очень высокий рост и сниженный уровень интеллекта. Хромосомы по форме отдаленно напоминают букву X и имеют два коротких и два длинных плеча. Для синдрома Тернера типичны следующие аномалии: изохромосома по длинному плечу. В ходе образования яйцеклеток или сперматозоидов происходит разделение хромосом, при нарушении расхождения которых может появиться хромосома с двумя длинными плечами и полным отсутствием коротких; кольцевая хромосома. Образуется вследствие утраты концов коротких и длинных плеч Х-хромосомы и соединения оставшихся участков в кольцо; делеция (утрата) части короткого плеча одной из Х-хромосом. Аномалии длинного плеча Х-хромосомы обычно вызывают дисфункцию репродуктивной системы, например преждевременную менопаузу.
Патологии половых хромосом могут быть обусловлены нарушением их количества (анеуплоидиями) или же структурными дефектами.
Наиболее распространенные анеуплоидии половых хромосом: 45,X (Синдром Тёрнера); 47,XXY (Синдром Клайнфельтера); 47,XYY; и 47,XXX. Мозаицизм по половым хромосомам с присутствием в организме клеток с нормальным генотипом нередок. Два наиболее распространенных вида мозаицизма половых хромосом - 45,X/46,XX и 45,X/46,XY. Тяжесть фенотипических проявлений у пациентов с мозаицизмом соответствует доле аномальных клеток.
Структурные патологии X- и Y-хромосом прежде всего включают изохромосомы, делеции, дупликации, кольцевые хромосомы и транслокации.
Одним из примеров геномного расстройства является дупликация гена MECP2 у мужчин, выражающаяся в наличии мышечной гипотонии, тяжелой умственной отсталости, задержки речевого развития, нарушения глотания, частых респираторных инфекций, а также судорожных приступов (тонико-клонические судороги, не поддающихся лечению).
Аномалии числа хромосом (анеуплоидии)
Наиболее частыми анеуплоидиями половых хромосом являются 45,X (Синдром Шерешевского-Тернера); 47,XXY (Синдром Клайнфельтера); 47,XYY и 47,XXX с частотой возникновения приблизительно 1/2500, от 1/500 до 1/1000, от 1/900 до 1500 и 1/1000 соответственно. Мозаицизм по половым хромосомам с присутствием в организме клеток с нормальным генотипом нередок. Два наиболее распространенных вида мозаицизма половых хромосом - 45,X/46,XX и 45,X/46,XY. Тяжесть фенотипических проявлений у пациентов с мозаицизмом соответствует проценту аномальных клеток.
Моносомия по X-хромосоме (45,X, или Синдром Шерешевского-Тёрнера)
Большинство пациентов с синдромом Шерешевского-Тёрнера имеют моносомию по Х-хромосоме, кариотип 45,X. Другие формы синдрома включают мозаицизм по хромосоме Х, например, 45,X/46,XX или 45,X/46,XY с частичной делецией Y-хромосомы. У некоторых пациентов имеется структурная аномалия второй X-хромосомы (например, изохромосомия длинного плеча X-хромосомы или делеция короткого плеча). Делеции, включающие в себя дистальную часть короткого плеча Y-хромосомы, также ассоциированы с фенотипом синдрома Тёрнера, поскольку в данном случае у пациентов отсутствуют так называемые анти-тёрнеровские гены (SHOX, RPSY4 и ZFY). Делеции короткого плеча X-хромосомы также связывают с фенотипом синдрома Тёрнера. В большинстве представляют собой единичные случаи.
Синдром Шерешевского-Тёрнера характеризуется низкорослостью и некоторыми из следующих проявлений: дисморфия лица, включающая низко посаженные уши, кожные складки на шее, щитообразная грудная клетка (широкая, с большим расстоянием между сосками), лимфедема, вальгусная деформация локтевого сустава, короткая четвертая пястная кость, гипоплазия ногтевых пластин, пигментные пятна и врожденные пороки сердца. Среди пороков сердца типичными и наиболее часто встречающимся являются дефекты сосудов и коарктация аорты. Вдобавок у пациентов, страдающих синдромом Тёрнера, развиваются полосковидные гонады, наблюдается нарушение овуляции и задержка полового развития. Также встречаются дефекты развития почек (подковообразная почка). Лимфедема нижних отделов конечностей может быть единственным клиническим признаком, наблюдаемым у новорожденных. Лица с синдромом Тёрнера, несущие генетический материал Y-хромосомы, имеют повышенный риск развития гонадобластомы.
47,XXY Синдром Клайнфельтера
Синдром Клайнфельтера является самой распространенной патологией числа половых хромосом, вызывающей первичный гипогонадизм. Кариотип 47,XXY является результатом нерасхождения половых хромосом и может быть как материнским, так и отцовским по происхождению. Большинство случаев болезни обнаруживается постнатально и диагностируется при определении причин бесплодия, выявлении гинекомастии, крипторхизма или же неврологических нарушений.
Рис. Нерасхождение половых хромосом
Новорожденные мальчики с кариотипом 47,XXY фенотипически нормальны, с физиологически нормальными мужскими наружными половыми органами и без какой-либо видимой дисморфии. Основные клинические проявления синдрома Клайнфельтера, включающие высокий рост, маленькие яички и бесплодие (азооспермия), становятся выраженными в постпубертатном периоде. У пациентов с синдромом Клайнфельтера повышен риск психических расстройств, расстройств аутистического характера и социальных проблем. У пациентов с диагностированным синдромом Клайнфельтера следует оценивать неврологический статус и направлять к эндокринологу.
47,XYY
Лица с кариотипом 47,XYY имеют высокий рост, у них может отмечаться умеренная задержка в двигательном и речевом развитии. Для многих из них требуется повышенное внимание к обучению, но, как правило, все они учатся в основных общеобразовательных школах. Половое развитие проходит нормально и большинство мальчиков фертильны. Из-за невыраженности фенотипа и отсутствия связанных с этим проблем со здоровьем, многие лица с кариотипом 47,XYY на протяжении всей их жизни остаются недиагностированными.
Ранее сообщалось, что у мужчин с 47,XYY повышена агрессия, что выражается в их агрессивном поведении. Однако последующие крупномасштабные совместные исследования европейских и американских генетиков показали, что статистика повышенной криминальной деятельности мужчин с XYY коррелировала с их низким социально-экономическим статусом по причине низкого значения IQ (около 10 баллов), что приводило к определенным трудностям с законом и, чаще, незначительным правонарушениям. У лиц с 47,XYY отмечаются более высокие показатели синдрома дефицита внимания и гиперактивности, а также расстройств аутистического характера. Таким пациентам рекомендуется оценка их нервно-психического развития, учитывая широкую распространённость трудностей в обучении и поведенческих проблем.
47,XXX
47,XXX (она же трисомия по X-хромосоме) является самой распространенной патологией половых хромосом у женщин. Трисомия по Х-хромосоме диагностируется внутриутробно в ходе генетического скрининга. У женщин с кариотипом 47,XXX нет повышенного риска развития плода с хромосомными аномалиями.
Обследование 155 женщин с кариотипом 47,XXX показало, что 62 процента из них были физически нормальными. Таким образом, для большинства лиц с кариотипом 47,XXX диагноз никогда не устанавливается. У женщин с 47,XXX отмечается высокий рост; (средняя длина окружности головы варьирует в пределах 25 - 35 процентиль, однако к подростковому возрасту для многих может достигать 80 процентиль). Половозрелость и фертильность чаще всего в норме, но может отмечаться преждевременное угасание функции яичников.
В следующем обследовании одиннадцати младенцев с кариотипом 47,XXX было показано, что коэффициент интеллекта девочек с рождения был на 15-20 баллов ниже, чем у их братьев. Поэтому рекомендуется отслеживать задержки в развитии и выявлять наличие психологических проблем в дальнейшем.
Другие заболевания
Сообщалось о более чем ста случаях кариотипа 49,XXXXY, по меньшей мере двадцати случаях 49,XXXXX и нескольких - 49,XYYYY. Прослеживается прямая зависимость между числом дополнительных половых хромосом и тяжестью фенотипических проявлений у пациентов. В исследовании тетра- и пентасомии половых хромосом сделан вывод о том, что полисомия по X-хромосоме связана с более тяжкими последствиями, чем полисомия по Y-хромосоме. Было показано, что уровень интеллекта IQ снижается на 10 пунктов с каждой лишней X-хромосомой от их нормального числа.
49,XXXXY Характерными клиническими чертами кариотипа XXXXY являются запавшая переносица с широким или приподнятым кончиком носа, широко расположенные глаза, веко-носовые складки, скелетные патологии (особенно лучелоктевой синостоз), врожденные сердечные заболевания, эндокринные расстройства и высокая степень гипогонадизма и гипогенитализма. Также обычным являются выраженная умственная отсталость и умеренная низкорослость. Хотя лиц с таким кариотипом часто относят к случаям синдрома Клайнфельтера, все характерные черты XXXXY довольно отчетливо указывают именно на данный фенотип.
49,XXXXX У женщин с кариотипом 49,XXXXX (пентасомия по X-хромосоме) всегда присутствует умственная отсталость. Другие проявления, такие как черпено-лицевые, сердечно-сосудистые и скелетные патологии довольно непостоянны. У пациентов, страдающих пентасомией по X-хромосоме, могут проявляться схожие черты с теми, что наблюдаются при синдроме Дауна. Лучелоктевой синостоз также часто выражен у пациентов с большим числом X-хромосом. Некоторые пациенты имеют мозаицизм 48,XXXX и 49,XXXXX.
Мозаицизм 45,X/46,XX
Это наиболее распространенный мозаицизм половых хромосом, который диагностируется при амниоцентезе и пренатальном кариотипировании. У лиц с данным типом мозаицизма имеются более легкие клинические черты синдрома Тёрнера. Многие женщины прошли половое созревание и смогли воспроизвести потомство.
Из 156 пренатально диагностированных случаев мозаицизма 45,X/46,XX 14% случаев имели ненормальный исход. Было зарегистрировано два мертворождения и 20 случаев ненормального фенотипа (у 12 имелись некоторые черты синдрома Тёрнера, а остальные 8 носили характер аномалий, возможно, не связанных с ним). Более 85 % девочек имели нормальный фенотип при рождении, либо он был установлен по результатам медицинского прерывания беременности. Однако, главные черты синдрома Тёрнера (такие как низкий рост и отсутствие вторичных половых признаков) проявились только в детстве или юности, и не были замечены в младенчестве. У некоторых женщин с нормальным фенотипом, при нарушении функции яичников, выявляется мозаицизм 45,X/46,XX.
Мозаицизм 45,X/46,XY
Мозаицизм с наличием 45,X/46,XY имеет широкий фенотипический спектр. Например, в ретроспективной серии 151 постнатально диагностированных случаев мозаицизма 45,X/46,XY, 42 % пациентов - девочки по фенотипу, с наличием типичного или нетипичного синдрома Тёрнера. Еще у 42 % наблюдались неопределённые наружные половые органы и асимметричные гонады (смешанный гонадный дисгенез), наконец, у 15% был мужской фенотип с неполной маскулинизацией. Таким образом, все случаи, диагностированные постнатально, были фенотипически патологичными. Напротив, среди 80 пренатально диагностированных случаев мозаицизма 45,X/46,XY 74 92,6% были нормальными по фенотипу мальчиками. Это может объяснить тот факт, что дети или взрослые с наличием мозаицизма, но нормальным фенотипом вряд ли стали бы обращаться за медицинской помощью (ошибка обращаемости).
Структурные аномалии хромосом
Структурные патологии включают, прежде всего, изохромосомы, делеции, дупликации, кольцевые хромосомы и транслокации.
Изохромосома Xq
Изохромосома длинного плеча X-хромосомы, isoXq или i(Xq), при наличии которой короткое плечо (p) исключено (отсутствует/редуцировано) и заменено точной копией длинного плеча (q), - является наиболее распространенной аномалией половых хромосом.
Наличие структурной патологии не связывают с повышенным возрастным риском родителей. Изохромосомия 46,X,i(Xq) может быть выражением мозаицизма, когда в организме присутствуют две генетически разные клеточные популяции: нормальная - 46,XX и 45,X.
Изохромосомы Xq и Xy ассоциируют с синдромом Тёрнера, возможно, потому, что главный анти-тёрнеровский ген SHOX располагается на дистальной части коротких плеч X-и Y-хромосом (на псевдоаутосомных областях). Изохромосома Xq также выявляется у пациентов в одной из вариаций синдрома Клайнфельтера, 47,X,i(Xq),Y.
Делеция Xp22.11
Делеция Xp22.11 включает в себя ген PTCHD1 . Сообщалось о выявлении в нескольких семьях с расстройствами аутистического характера, а также в трёх семьях с умственной отсталостью. Ген PTCHD1 является геном-кандидатом в отношении Х-сцепленной умственной отсталости, проявляющейся с аутизмом или без аутизма. Функция и роль данного гена неизвестны.
Делеция Xp22.3
Делеция данной области часто ассоциируется с синдромом микрофтальмии и линейных дефектов кожи (MLS) и является Х-сцепленным доминантным нарушением, то есть, летальным для мужчин и поэтому прослеживающимся только у женщин. Ген в данной области кодирует митохондриальную цитохром-c-синтазу (HCCS ). Клиническое проявление MLS выражается наличием микрофтальмии и анофтальмии (одно- или двусторонней) и линейными дефектами кожи, в основном лица и шеи, которые со временем проходят. Структурные патологии головного мозга, задержка в развитии и приступы (припадки) тоже входят в состав клинической картины. Нарушения сердечной деятельности (как гипертоническая кардиомиопатия и аритмия), низкий рост, грыжа диафрагмы, ногтевая дистрофия, преаурикулярный свищ, потеря слуха, мочеполовые мальформации (пороки развития, неправильное формирование) также являются частыми клиническими явлениями.
Скрининговая оценка предусматривает офтальмологический и дерматологический осмотр, оценку общего развития, выполнение эхокардиограммы, магнитно-резонансной томографии мозга (МРТ) и электроэнцефалограммы (ЭЭГ).
Делеции Xp22 SHOX
Делеция Xp22 включает в себя ген SHOX, мутация которого является причиной идиопатического низкого роста. Ген SHOX находится в псевдоаутосомном регионе 1 X- и Y-хромосом. Этот ген считается ответственным за низкорослость при синдроме Тёрнера, а гаплонедостаточность данного гена вызывает дисхондростеоз Лери-Вейлля. Дисхондростеоз Лери-Вейлля характеризуется низким ростом, наиболее выражено проявляющимся у женщин, а также хроническим подвывихом кисти (деформацией костей запястья, деформация Маделунга). Гомозиготные делеции гена SHOX вызывают дисплазию Лангера, более тяжелую форму метафизарной дисплазии. Делеции гена SHOX легко обнаруживаются у пациентов с низким ростом, без каких-либо других специфических особенностей в строении их скелета. Более чем 60% перестроек SHOX - это делеции гена; при отсутствии делеций сравнительная геномная гибридизация с последующим секвенированием для выявления и установления точечных мутаций, является клиническим обследованием идиопатического низкого роста.
Делеции Xp11.22
Делеции региона Xp11.22 включают ген PHF8 (кодирует пальцевидный белок PHD8), мутации которого связывают с умственной отсталостью, наличием расщелины губы/неба, а также с расстройствами аутистического характера.
Мутации с делецией гена PHF8 ассоциированы с синдромом Х-сцепленной умственной отсталости, синдром Сидериус-Хамель (синдром Siderius-Hamel).
Дупликации Xp.22.31
Дупликации в локусе Xp.22.31 часто описываются в литературе. Было много дискуссий на тему того, является ли данная дупликация патогенетической или же доброкачественным явлением, учитывая трудности определения последствий вариации числа копий генов. Данная дупликация затрагивает ген стероидной сульфатазы. Как результат - генетический дефект, мутация в гене стероидной сульфатазы, что выражается в снижении её активности или отсутствие её синтеза. Делеция данного гена связана с Х-сцепленным ихтиозом у мужчин. Данная дупликация отмечается у пациентов с умственной отсталостью. Однако, она выявляется как у здоровых родственников этих пациентов, так и в основной популяции. Хотя дупликации данного гена могут и не иметь фенотипических проявлений, трипликации последовательно связывают с умственными расстройствами. FISH-диагностика позволяет в конечном счете дифференцировать дупликации от трипликации (распознать увеличение копийности гена).
Синдром дупликации ME2CP
Мутации в гене, кодирующем метил-связывающий-CpG терминальный белок 2 (ME2CP ), расположенный в Xq28, ответственный за синдром Ретта. Дупликации данного региона имеет небольшое или вовсе не имеет фенотипического значения для женщин, вероятно, из-за инактивации патологической X-хромосомы. Мужчины с данной мутацией сильно ослаблены. Наличие дупликации клинически выражается в наличии выраженной мышечной гипотонии, тяжелой умственной отсталости, задержке речевого развития, нарушения глотания (трудностей приема пищи), частых респираторных инфекций и судорожных приступов вплоть до тонико-клонических, иногда не поддающихся лечению. Многие пациенты с наличием данной дупликации были с диагностированным аутизмом либо расстройством подобного типа. По аналогии с тем, что наблюдается в синдроме Ретта, пациенты с дупликацией ME2CP испытывают регресс развития. Вдобавок у них развивается атаксия, прогрессирующие мышечные спастичности нижней части тела часто приводят к потере способности передвигаться. Отмечались проблемы желудочно-кишечного тракта и сильные запоры. Дупликация часто затрагивает ген антагонист рецептора интерлейкина 1 (IRAK1 ), что может играть роль в появлении иммунных патологий, отмечаемой у данной группы пациентов. Прогноз неблагоприятен, и большинство мужчин с данной дупликацией умирают до 30 лет по причине вторичных респираторных инфекций. Трипликация данного региона проявляется еще более тяжелым фенотипом у мужчин.
Скрининговые обследования этих пациентов предполагают проведение ЭЭГ, оценку функции глотания, оценку гуморального и клеточного иммунитета. Лечение может включать лечение мышечной гипотонии и спастичности, речевую терапию (логопедию), использование гастрономической трубки (гастростома) в случае проблем с питанием, а также лечение респираторных инфекций.
Перевод материалов сайта UpTodate подготовлен специалистами Центра иммунологии и репродукции.
Хромосомы — это нитевидные молекулы, несущие наследственную информацию для всего: от роста до цвета глаз. Они сделаны из белка и одной молекулы ДНК, которая содержит генетические инструкции организма, переданные от родителей. У людей, животных и растений большинство хромосом расположены в парах внутри ядра клетки. У людей есть 22 из этих хромосомных пар, называемых аутосомами.
У людей 22 пары хромосом и две половые хромосомы. Женщины имеют две Х-хромосомы; мужчины имеют Х-хромосому и Y-хромосому.
Как определяется пол
У людей есть дополнительная пара половых хромосом, в общей сложности 46 хромосом. Половые хромосомы называются X и Y, и их комбинация определяет пол человека. Как правило, у женщин две Х-хромосомы, а мужчины обладают XY-хромосомами. Эта система определения пола XY встречается у большинства млекопитающих, а также для некоторых рептилий и растений.
Наличие хромосом XX или XY определяется, когда сперма оплодотворяет яйцо. В отличие от других клеток тела, клетки в яйце и сперме, называемые гаметами или половыми клетками, обладают только одной хромосомой. Гаметы производятся делением клеток мейоза, что приводит к тому, что разделенные клетки имеют половину числа хромосом в качестве родительских или предшественников. В случае с людьми это означает, что родительские клетки имеют две хромосомы и у них есть одна гамета.
Все гаметы в яйцах матери имеют Х-хромосомы. Сперма отца содержит около половины X и половины Y-хромосом. Сперма является переменным фактором при определении пола ребенка. Если сперма несет Х-хромосому, она будет сочетаться с Х-хромосомой яйца с образованием женской зиготы. Если сперма несет Y-хромосому, это приведет к рождению мальчика.
Во время оплодотворения гаметы из спермы объединяются с гаметами из яйца, образуя зиготу. Зигота содержит два набора из 23 хромосом для требуемых 46. Большинство женщин составляют 46XX, а большинство мужчин — 46XY, согласно Всемирной организации здравоохранения.
Однако есть некоторые варианты. Недавние исследования показали, что у человека может быть множество различных комбинаций половых хромосом и генов, особенно тех, кто идентифицирует себя как ЛГБТ. Например, определенная Х-хромосома, называемая Xq28, и ген на хромосоме 8, по-видимому, обнаруживается в более высокой распространенности у геев, согласно исследованию 2014 года в журнале Psychological Medicine.
Несколько младенцев из тысячи рождаются с одной половой хромосомой (45X или 45Y), это называатся моносомией. Другие рождаются с тремя или более половыми хромосомами (47XXX, 47XYY или 47XXY и т. д.), это называетя полисомией. «Кроме того, некоторые мужчины рождаются с 46XX из-за транслокации крошечной части пола, определяющего область Y-хромосомы», — сообщает ВОЗ. «Точно так же некоторые женщины также рождаются 46XY из-за мутаций в Y-хромосоме. Очевидно, что не только женщины, которые являются XX, а мужчины XY, но, скорее, существует ряд дополнений хромосом, гормональных балансов и фенотипических вариаций».
Структура хромосом X и Y
В то время как хромосомы для других частей тела имеют одинаковый размер и форму, образуя идентичное спаривание — хромосомы X и Y имеют разные структуры.
Х-хромосома значительно длиннее, чем Y-хромосома, и содержит еще сотни генов. Поскольку дополнительные гены в Х-хромосоме не имеют аналогов в Y-хромосоме, Х-гены являются доминирующими. Это означает, что почти любой ген на X, даже если он рецессивный у самки, будет выражен у самцов. Они называются X-связанными генами. Гены, обнаруженные только на Y-хромосоме, называются Y-связанными генами и выражены только у самцов. Гены на любой половой хромосоме можно назвать половыми генами.
Есть приблизительно 1,098 Х-связанных генов, хотя большинство из них не для женских анатомических характеристик. Фактически, многие из них связаны с такими нарушениями, как гемофилия, мышечная дистрофия Дюшенна и ряд других. Они чаще всего встречаются у мужчин. Неполовые особенности Х-связанных генов также отвечают за облысение мужского пола.
В отличие от большой Х-хромосомы, Y-хромосома содержит только 26 генов. Шестнадцать из этих генов отвечают за поддержание клеток. Девять вовлечены в производство спермы, а если некоторые из них отсутствуют или дефектны, могут наблюдаться низкие показатели спермы или бесплодие. Один ген, называемый ген SRY, отвечает за мужские половые черты. Ген SRY запускает активацию и регулирование другого гена, обнаруженного в неполовой хромосоме, называемой Sox9. Sox9 запускает развитие неполовых гонад в яички вместо яичников.
Нарушения половой хромосомы
Нарушения в комбинации половых хромосом могут приводить к различным гендерно-специфическим условиям, которые редко бывают летальными.
Женские аномалии приводят к синдрому Тернера или Trisomy X. Синдром Тернера возникает, когда у женщин есть только одна Х-хромосома вместо двух. Симптомы включают отказ половых органов от нормального зрелости, что может привести к бесплодию, малым грудям и отсутствии менструации; невысокий рост; широкая, щитовидная грудь; и широкая шея.
Синдром Trisomy X вызван тремя Х-хромосомами вместо двух. Симптомы включают высокий рост, задержки речи, преждевременную овариальную недостаточность или отклонения яичников, а также слабый мышечный тонус — хотя многие девочки и женщины не проявляют никаких симптомов.
Синдром Клайнфелтера может поражать мужчин. Симптомы включают развитие молочной железы, аномальные пропорции, такие как большие бедра, высокий рост, бесплодие и небольшие яички.
Мужская Y хромосома
Краткая информация (видео, англ.): ,
У женщин и мужчин есть по 23 пары хромосом. Из каждой пары одна была получена от отца и одна от матери. В отличие от аутосомных хромосом, названных по порядку от "1" до "22", две “половые” хромосомы имеют буквенные обозначения. XX у женщин и XY у мужчин. От матери - всегда Х хромосома. От отца ребенок унаследует или Х хромосому (девочка), или Y хромосому (мальчик). X хромосома от отца превращается в комбинацию XX - и это женский пол. Y хромосома от отца превращается в комбинацию XY, и задает мужской пол. Почти все хромосомы подвергаются смешиванию (рекомбинации) – это процесс, когда каждая пара хромосом обменивается различными фрагментами друг с другом. Так как каждый мужчина имеет только одну Y хромосому, она, в отличии от X хромосом не рекомбинируется. По этим причинам генеалогический анализ по Х хромосомам значительно усложняется. Мы также наследуем митохондриальную ДНК (мтДНК) от матери, и ни одной от отца.
Основными инструментами ДНК-генеалогии являются анализы мутаций, их количество и расположение в мтДНК и Y хромосомах. Y хромосома, по причине очень низкой частоты мутаций и отсутствия смешивания (рекомбинаций), в отличии от митохондриальной ДНК, передается почти в неизменном виде из поколения в поколение. По вариациям мутаций хромосомы разделяют на гаплотипы, которые объединяют в гаплогруппы и субклады (подгруппы). Буквенные обозначения гаплогрупп идут по алфавиту и показывают время появления следующей мутации. То есть гаплогруппа А (Y-хромосома так называемого Адама, появилась около 75.000 лет назад, локализована сегодня, главным образом, в Южной Африке) старше по возрасту (около 30.000 лет назад) и т.д. по алфавиту.
Предполагаемое распространение Y-ДНК гаплогрупп 2000 г. до н. э.
Распространение Y-ДНК гаплогрупп
Распространение Y-ДНК гаплогрупп Европы
Как известно, в клетках мужчин содержится пара половых хромосом — женская Х-хромосома и мужская Y-хромосома. Впрочем если Y-хромосома действительно мужская, то Х-хромосома скорее общая: ведь она есть у представителей обоих полов, но у мужчин, получающих её от матери, она только в одном экземпляре. Х-хромосома содержит множество генов, необходимых для жизнедеятельности любого организма, независимо от пола. В том числе она содержит гены, мутации в которых приводят к серьезным заболеваниям, таким как гемофилия, мышечная дистрофия Дюшена, дальтонизм. Эти заболевания, ассоциированные с Х-хромосомой, в подавляющем большинстве случаев проявляются у мужчин, поскольку те имеют только одну Х-хромосому.
У женщин дефектный ген компенсируется здоровым геном на парной Х-хромосоме, а у мужчин его компенсировать нечем. Поэтому гемофилией или дальтонизмом чаще всего болеют мужчины, хотя получают они эти заболевания от своих матерей.
Оказывается, эта женская половая хромосома имеет участок с совершенно неожиданной функцией: он несет гены, специализированные для производства сперматозоидов.
Наряду с открытием неизвестной функции Х-хромосомы ученые выяснили еще одно ее свойство. До сих пор считалось, что, в отличие от Y-хромосомы, Х-хромосома стабильна. Теперь же биологи выяснили, что она претерпевала довольно быстрые эволюционные изменения. Взятые вместе, эти результаты заставляют пересмотреть ее биологическое и медицинское значение.
Х-хромосома считалась очень хорошо изученной — в том числе потому, что она ассоциирована с перечисленными выше заболеваниями. Однако, когда ученые взялись за тщательный анализ нуклеотидной последовательности Х-хромосомы, они обнаружили детали, ранее ускользавшие от внимания. Лаборатория профессора Дэвида Пэйджа , где произошло открытие, была известна своими работами в области изучения Y-хромосомы. И вот они взялись за другую половую хромосому, поставив задачу сравнить ее нуклеотидную последовательность у человека и мыши. Цель работы состояла в том, чтобы проверить устоявшееся среди специалистов мнение, что Х-хромосома консервативна и поэтому практически одинакова у всех млекопитающих.
Для проведения точного сравнения группа заново секвенировала человеческую Х-хромосому, применив оригинальный метод Пэйджа, разработанный в сотрудничестве со специалистами Вашингтонского университета в Сент-Луисе. Они повысили точность секвенирования, что позволило им заполнить имевшиеся ранее пропуски в нуклеотидной последовательности. Кроме того, исследователи обнаружили так называемые палиндромы — участки, в которых нуклеотидная последовательность повторяется в перевернутом виде, как в зеркале. Стандартный подход игнорировал эти участки. Уточненную структуру Х-хромосомы биологи выложили в общий доступ для использования в научном сообществе.
Проведя сравнение, ученые выяснили, что Х-хромосомы человека и мыши имеют примерно 95% общих генов, причем практически все эти гены экспрессируются у обоих полов. Наряду с этим они обнаружили 340 генов, которые отличают человека от мыши. Очевидно, они сформировались в течение 80 млн лет, которые прошли со времени общего предка мыши и человека.
Анализ их экспрессии выявил, что эти гены активны почти исключительно в клетках семенников, где они принимают участие в продукции сперматозоидов.
Для более точного понимания их работы необходимы дальнейшие исследования.
«Эта группа генов крайне важна для медицинской генетики, — считает Якоб Мюллер, первый автор статьи. - Поскольку они расположены на Х-хромосоме, то наследуются не по законам Менделя . Теперь, когда мы нашли их расположение, мы можем начать анализировать их биологическое значение».
Ученые считают, что эти гены, вероятно, играют важную роль в болезнях, связанных с мужской репродукцией, бесплодием, а возможно, и с раком семенников.
«Х-хромосома считалась наиболее изученной в человеческом геноме, — подчеркнул Дэвид Пэйдж. — Но ее неизвестная до сих пор сторона состоит в том, что она быстро эволюционирует и, по-видимому, участвует в репродуктивной функции мужчин. Наши результаты продемонстрировали двойную роль Х-хромосомы. Эта новая книга, которую еще предстоит написать».
