2.2.2.2. Сегрегация и пренатальная селекция транслокаций: методологические аспекты

Проблема сегрегации и пренатальной селекции транслокаций служила предметом многих исследований, но результаты их оказались противоречивыми и в конечном счете не позволили дать общую картину. Совсем недавно многие из этих проблем были проанализированы и решены Шефером [501а]. Опишем вкратце ход его рассуждений и результаты анализа.

Транслокации относительно редки. Поэтому ни одна исследовательская группа не может накопить достаточно большой материал для окончательного вывода. Следовательно, необходимо суммировать данные разных авторов, опубликованные в литературе. Однако такие данные содержат много ошибок. Некоторые из них будут обсуждаться позже (разд. 3.3.4 и приложение 3). Например, все сибсы с аномальной хромосомой, как правило, учитываются только в том случае, если по крайней мере один из них поражен. Важно также и то, откуда отобраны сибства с одним пораженным: из общей популяции или только из небольшой ее части? Эти проблемы могут быть решены довольно просто, если мы имеем дело с наследственной болезнью, поскольку в этом случае семьи учитываются по одному пробанду, пораженному данной болезнью. С транслокациями дело обстоит сложнее, так как семьи могут быть учтены, например, по поводу повторных выкидышей или по пробанду, у которого обнаружена несбалансированная транслокация при рождении, или в результате пренатальной диагностики. Иногда семья оказывается в поле зрения исследователя по причине того, что в ходе популяционного исследования в ней обнаруживают носителя сбалансированной транслокации. Учитывая, что во многих публикациях отсутствует необходимая информация, полностью скорректировать все ошибки, конечно, невозможно, однако корректирующие процедуры Шефера являются на сегодняшний день оптимальными (см. приложение 3).

Данные, использованные для этого анализа. Исследование основано на результатах изучения 1050 семей с сегрегирующими транслокациями. Охвачено 2109 пар родителей и 4745 потомков. Кроме того, были суммированы данные о 556 случаях клинических проявлений у носителей сбалансированных транслокаций, о 814 пренатальных диагностических исследованиях и о 130000 индивидов, обследованных в ходе выполнения различных скринирующих программ. Это статистическое исследование позволило де-

2. Хромосомы человека 93

Рис. 2.64. Схематическое изображение транслокационного квадривалента, предполагающего альтернативное (А), или совместное-1 (Б) расхождение. Центрические сегменты длиннее, чем транслоцированные. Альтернативное расхождение дает нормальные и сбалансированные зиготы, при совместном расхождении образуются два типа несбалансированных зигот.

тализировать оценки повторного риска и фенотипические проявления у носителей сбалансированных и несбалансированных транслокаций. Для правильной интерпретации этих результатов необходимо наглядно представить себе последствия транслокаций во время мейоза.

Сегрегация транслокаций в первом мейотическом делении. В первом мейотическом делении хромосомы конъюгируют. Это относится и к транслоцированным хромосомным сегментам: они конъюгируют с гомологичными участками своих «партнеров», что приводит к образованию комплекса из четырех хромосом при реципрокной транслокации и комплекса из трех хромосом при робертсоновской перестройке. Как и в случае нормального мейоза, нити веретена фиксированы в центромерах и гомологичные хромосомы движутся к противоположным полюсам. В результате анафазного расхождения с равными вероятностями формируются четыре различных продукта деления (рис. 2.64):

1 и 2. Две нормальные хромосомы А₁, B₁ попадают в одну гаплоидную клетку (гамету), а две транслоцированные хромосомы А₂, В₂ – в другую гамету (альтернативное расхождение).

3 и 4. Одна нормальная и одна транслоцированная хромосомы попадают в одну гамету (совместное 1-расхождение). В данном случае имеются две возможности: A₁B₁ или A₂B₁. Каждая из этих двух комбинаций имеет вероятность 0,25.

Вариант A₁B₁ кариотипически нормален. А₂ В₂ – сбалансирован по транслокации, поскольку две хромосомы А₂ и В₂ только обменялись сегментами. Варианты A₁B₂ и A₂B₁ не сбалансированы по транслокации вследствие частичной трисомии. Кроме того, в результате этой хромосомной аберрации могут наблюдаться и другие, аномальные типы сегрегации. Например, гомологичные центромеры могут попадать иногда в одну гамету (совместное 2-расхождение; рис. 2.65), или в одну гамету попадают три центромеры, а в другую - только одна центромера (расхождение 3:1; рис. 2.66). Пренебрегая этими аномальными ситуациями, мы приходим к выводу, что среди потомков индивида со сбалансированной реципрокной транслокацией мы должны ожидать 50% носителей несбалансированной транслокации и, следовательно, с фенотипическими нарушениями; 25% будут иметь сбалансированную транслокацию и фенотипически нормальны; и 25% окажутся генотипически и фенотипически нормальными. Экспериментальные данные, однако, эти теоретически ожидаемые пропорции не подтверждают, причем количество детей с несбалансированными кариотипами оказывается намного меньше. Это может быть следствием многих причин: дополнительных аномалий в первом мейотическом делении, селекции в гаметогенезе против половых клеток с аномальным кариотипом, предпочтительного участия в оплодотворении нормальных и/или сбалансированных по транслокации половых клеток, а также селекции против анеуплоидных гамет на различных стадиях эмбрионального развития. Результаты статистического анализа могут дать ряд аргументов

94 2. Хромосомы человека

Рис. 2.65. Обе хромосомы, участвующие в транслокации - акроцентрические. Одно из спаривающихся плеч, которое не имеет центромеры, намного длиннее плеча с центромерой. В данном случае гомологичные центромеры могут (редко) попасть в одну и ту же дочернюю клетку (совместное 2-расхождение). Этот тип расхождения возможен также, если одна из двух хромосом является хромосомой 9.

Рис. 2.66. Сегрегация 3:1 с образованием трисомии (или моносомии). Длина спаренных сегментов между центромерами достаточна для образования хиазм; хиазмы на фигуре справа не могут терминализоваться должным образом.

в пользу реального значения некоторых из этих механизмов.

Ожидаемые пропорции несбалансированных зигот. Если использовать указанные в приложении 3 поправки на ошибки выборки, то средний риск рождения потомков с несбалансированной транслокацией можно оценить в 7% для матерей, носителей сбалансированной транслокации, и в 3% для носителей-отцов. Эти значения риска были получены для всех носителей сбалансированной транслокации. Для носителей из семей, в которых несбалансированные по транслокации потомки были зарегистрированы уже ранее, риск для сибсов суммарно оказывается выше (14% от всех новорожденных для матерей и 8% для отцов); риск рождения несбалансированных по транслокации сыновей у отцов, носителей сбалансированной транслокации, особенно низок (5%). Если носителями являются матери, то среди всех несбалансированных по транслокации потомков 66% относится к типу «совместное-1», 3% – к типу «совместное-2» и 31% – к типу «3:1». Если носителями являются отцы, то 90% «несбалансированных» потомков будет типа «совместное-1», 3%-типа «совместное-2» и 8%-типа «3:1».

Для носителей транслокаций, выявленных по данным пренатальной диагностики, оценки риска таковы: 11,7% несбалансированных потомков в

2. Хромосомы человека 95

случае носителей-матерей и 12,1% для носителей-отцов. Низкая общая оценка (7% для носителей-матерей; 3% для отцов) связана с тем, что только около половины всех транслокаций могут проявиться в виде пороков развития при рождении, остальные приводят к внутриутробной гибели.

Для робертсоновских транслокаций с участием хромосомы 21 риск появления «несбалансированного» потомства составляет 13%, если носителем является мать, и 3%, если носитель – отец. С другой стороны у носителей транслокации DqDq риск рождения «несбалансированного» потомства практически нулевой. То же, по-видимому, справедливо и для транслокации Dq22q. Для генетического консультирования имеющиеся оценки риска в случае робертсоновских транслокаций достаточно надежны, но для реципрокных транслокаций они довольно грубые, поскольку получены при обобщенном подсчете многих типов транслокаций, в которых участвует много разных хромосом; можно ввести дополнительные поправки. Например, для носителя сбалансированной транслокации, который обследуется в связи с наличием у пробанда несбалансированной транслокации, риск выше, чем в случае, когда пробанд сам является носителем сбалансированной перестройки. Кроме того, должны приниматься во внимание специальные параметры, например такие, как длина хромосомы, участвующей в транслокации, и особенно размер трисомного (или моносомного) сегмента. В первом приближении можно считать, что чем больше этот сегмент, тем сильнее действует пренатальный отбор против анеуплоидной половой клетки или зиготы. Накапливается все больше данных в пользу предположения о том, что риск выше, если общая длина двух хромосомных сегментов, участвующих в дисбалансе, оказывается меньше 2% общей длины генома. Когда общая длина вовлеченных в транслокацию участков больше, вероятность ранней гибели «несбалансированных» зигот также увеличивается. Частичные моносомии имеют клинически более тяжелые последствия, чем частичные трисомии. В идеальном случае оценка риска должна быть основана на эмпирических данных об идентичной транслокации в той же самой семье [355]. Однако в большинстве случаев такие данные невозможно получить, так как существует слишком много различных транслокаций. Буэ [310], располагающий самым большим материалом по данной проблеме, указывает на то, что для любой робертсоновской или реципрокной транслокации характер выборки определяет величину повторного риска. Так, если сбалансированная транслокация обнаружена в ходе цитогенетического обследования по поводу повторных выкидышей, риск обнаружения плодов с несбалансированными транслокациями невелик (2%) (табл. 2.8). Наоборот, если выборка формировалась по аномальным детям, то риск рождения детей с несбалансированными перестройками составляет почти 20%. Такой анализ способствует пониманию особенностей сегрегации транслокаций в первом мейотическом делении у человека. В общем, сегрегация, по-видимому, происходит вполне правильно: гомологичные центромеры действительно мигрируют к противоположным полюсам, что ведет либо к «альтернативной», либо к «совместной-1» сегрегации. В виде исключения иногда может происходить сегрегация по типу «совместная-2» или «3:1»; последняя происходит в основном в тех случаях, когда маленькая хромосома остается неспаренной. У мужчин это часто ведет к нарушениям мейоза (рис. 2.66). Отбор против несбалансированных гамет происходит у мужчин, но не у женщин. Отбор против несбалансированных зигот зависит от типа и масштабов хромосомного дисбаланса; очень крупный дисбаланс будет приводить к ранней и нераспознаваемой гибели эмбрионов. Умеренный дисбаланс приведет к диагностируемому спонтанному аборту. Частота выкидышей увеличивается особенно в том случае, если носителем является мать. Это может быть связано с отсутствием у женщин гаметического отбора.

В прошлом предполагалось, что наличие в

Таблица 2.8. Выявление транслокаций [310]
Вид хро­мосомной аберрации	Среди носи­телей несба­лансированных аномалий		Среди спонтанных абортусов
	Количество обследованных	Несбалансированные аберрации	Количество обследованных	Несбалансированные аберрации
Робертсоновские транслокации
DqDq	7	0	30	0
DqGq	25	3	7	0
GqGq	4	1	0	0
Региональные транслокации	46	10	43	2
Инверсии	3	3	12	0
Всего	85	16	92	2

96 2. Хромосомы человека

кариотипе транслокации может повышать вероятность нарушения сегрегации других хромосом. Например, регулярная трисомия 21, согласно данным некоторых авторов, чаще наблюдалась в потомстве матерей, которые были носителями сбалансированной транслокации. Однако тщательный анализ конкретных материалов не подтвердил это предположение.

Сегрегация кариотипически нормальных и сбалансированных зигот. Как уже указывалось, альтернативная сегрегация теоретически должна вести к появлению кариотипически нормальных и «сбалансированных» зигот в равных отношениях (50:50). На практике в большинстве сообщений приводятся данные о небольшом избытке «сбалансированных» зигот. Анализ Шефера [501а] показал, что этот факт отражает биологическую реальность. Подобное явление наблюдается у сыновей, отцы которых - носители сбалансированной транслокации, и особенно явно у сыновей, отцы которых несут транслокацию 13ql4.

Фенотипические отклонения у носителей сбалансированных транслокаций. Носители сбалансированных транслокаций имеют полный набор генетического материала и, следовательно, должны быть фенотипически нормальными. Как правило, это подтверждается на практике. Однако во многих сообщениях приводятся данные о небольшом повышении частоты пороков развития, умственной отсталости и малых врожденных дефектов. Анализ этих данных показал, что множественные пороки развития и умственная отсталость редко встречаются среди носителей сбалансированных транслокаций, но чаще, чем среди кариотипически нормальных людей (табл. 2.9). Как правило, такие клинические находки встречаются при спорадических или семейных транслокациях Dq21q: в этих семьях можно предполагать наличие необнаруженных мозаиков. При спорадических транслокациях появление аномального фенотипа можно объяснить разрывом в гене или его изъятием из функционально значимого окружения (эффект положения). Большинство носителей семейных транслокаций клинически здоровы. Отбор против несбалансированных зигот ведет к увеличению частоты выкидышей; среди супружеских пар с привычным невынашиванием частота носителей транслокаций выше. Бесплодие обычно наблюдается у носителей-мужчин; а у женщин – при Х-аутосомных транслокациях. Однако эти данные не должны затмевать тот факт, что подавляющее большинство носителей семейных и спорадических транслокаций имеют нормальный фенотип.

Приведенные данные о транслокациях у человека имеют значение для оценки частоты мутаций, а также для оценки приспособленности, силы отбора и для теории эволюции.

Таблица 2.9. Частота (на 1000 индивидов) сбалансированных транслокаций в различных группах [501а]

Группа	Реципрокные транслокации	DqDq	DqGq	GqGq	n (обследовано)
Новорожденные	0,838	0,614	0,182	0,014	71603
Взрослые	0,639	0,930	0	0,058	17202
Абортусы	1,455	0,727	0,242	0	4124
Мертворожденные и недоношенные	0,734	0,734	1,468	0	1362
Множественные пороки развития	3,305	0,991	0,661	0,165	6052
Умственно отсталые	2,283	0,351	0,176	0	17 083
Антисоциальное поведение	1,204	0,747	0,267	0	3463
Психически больные (пассивные)		2,600			4014
Бесплодие (мужчины)	2,061	5,247	0,562	0,187	5 336
Бесплодие (женщины)	2,309	0,770	0,770	0	1299
Пациенты с привычными абортами:
(мужчины)	7,543	2,382	0,794	0	2519
(женщины)	17,718	6,024	1,417	0	2 822

2. Хромосомы человека 97