Изменение генетического материала

В ходе онтогенеза ДНК может подвергаться различным изменениям путем соматической рекомбинации, транспозиции или мутаций. Мутации могут затрагивать как отдельный ген, так и участок или целую хромосому. Изменение генетического материала может сопровождаться и изменением функций, которые зависят от количества вовлеченного генетического материала (количественные мутации), типа пораженной ткани, количества мутантных клеток и т.д.

Хромосомы человека молекулярная организация хромосом

Термин хромосома был предложен В.Вальдейером в 1888 году для обозначения интенсивно окрашенных структур, наблюдаемых в ядре во время деления клетки. В интерфазе хромосомы деконденсируются и представлены в виде хроматина. В хроматине выделяют два типа участков: эухроматин, который транскрибируется и является генетически активным, и гетерохроматин, который не может быть транскрибирован и, таким образом, генетически неактивен. В метафазе клеточного деления хромосомы достигают максимальной конденсации, что позволяет точно идентифицировать хромосомы и изучить их морфологию. Каждая хромосома состоит из одной или двух молекул ДНК (в зависимости от периода клеточного цикла), которые, связываясь с гистоновыми и негистоновыми белками, образуют нуклепротеиновые комплексы с разным уровнем конденсации:

- нуклеосомный уровень - молекула ДНК с диаметром 2 нм взаимодействует с гистонами, формируя первичную нуклеосомную нить, единицей организации которой является гистоновый октамер из восьми молекул гистоновых белков (2Н2А, 2Н2В, 2НЗ и 2Н4) и ДНК; на каждый октамер приходится около двух витков спирали ДНК из «160 п.н.: в результате образуется нуклеопротеиновая полинуклеосоная нить диаметром 11 нм, а длина молекулы ДНК в результате упаковки сокращается в 6 раз;

- соленоид - второй уровень упаковки генетического материала; образуется посредством конденсации нуклеосомной нити при участий гистона HI; Диаметр нуклеосомной нити на этом уровне составляет около 30 нм, а уровень укладки достигает 40 раз;

- третий уровень конденсации - петли, которые образуются следующим образом: соленоидная нить фиксируется к специальной продольной оси., образованной белками ядерного матрикса (scaffold); соленоид взаимодействует с осью в специфических сайтах (SAR) посредством специальных белков хромосомной нити (SAP); на этом уровне генетический материала конденсируется в 600 - 1000 раз;

- четвертый уровень конденсации - метафазная хромосома - является результатом спирализации петель вокруг хромосомной оси после утери контакта scaffold / ядерная оболочка; один виток спирали состоит из примерно 30-ти петель, при этом обеспечивается максимальный (10 000 раз) уровень упаковки генетического материала.

Общая характеристика хромосом

Хромосомы представляют собой надмолекулярный уровень организации генетического материала и морфологический субстрат наследственности. Основным компонентом хромосомы является ДНК, которая обеспечивает хранение, передачу и реализацию генетической информации, представленной в виде специфических полинуклеотидных последовательностей - генов.

Одна хромосома содержит от нескольких сотен до нескольких тысяч структурных генов и:

- представляет одну группу сцепления.

- обеспечивает упорядоченное расположение генов в пространстве и времени;

- обеспечивает сцепленное (совместное) наследование генов.

Хромосомы удваиваются путем полуконсервативной репликации ДНК в фазе S клеточного цикла. Репликация различных участков хромосомы происходит асинхронно, но к концу фазы S полностью завершается, и все хромосомы становятся двухроматидными.

Хромосомы являются очень динамичными образованиями, меняя свою форму и активность в зависимости от периода клеточного цикла. Кроме того, они отличаются гетерогенностью, благодаря чередованию различных последовательностей ДНК, среди которых:

- кодирующие и некодирующие последовательности;

- уникальные и повторяющиеся последовательности;

- эухроматиновые и гетерохроматиновые сегменты;

- участки, отличающиеся по уровню закручивания хроматиновой нити (размеры петель);

- последовательности, богатые парами А=Т и О=С; _?

- участки с разным содержанием ассоциированных белков.

Все это обусловливает полиморфизм хромосом, их дифференциальную окраску и специфическое чередование полос (бэндов).

Каждый индивид, каждая клетка содержит диплоидный набор хромосом, который представлен парами гомологичных хромосом. 23 пары хромосом соматической клетки человека составляют ее кариотип и обеспечивают, как количественно, так и качественно фенотип клетки и организма человека. Изменение числа или структуры хромосом приводит к серьезным нарушениям развития -хромосомным синдромам (например: 47, XX(XY),+21 - синдром Дауна; 46,XX(XY),5p- - синдром „cri-du-chat") или вызывают трансформацию анеуплоидных клеточных клонов. В настоящее время ученые-цитогенетики располагают разнообразными методами кариотипирования для выявления численных и структурных хромосомных аномалий с целью: диагностики хромосомных болезней, пренатальной диагностики и предупреждения рождения детей с хромосомными болезнями, изучения хромосомных нарушений в опухолевых клетках.