4.3.2. Успадкування ознак, зчеплених зі статтю
Статеві хромосоми X та Y частково гомологічні, бо мають спільні гомологічні ділянки, в яких локалізовані алельні гени. Проте, не дивлячись на це, вони значною мірою розрізняються за формою, розмірами та генетичним наповненням. Адже, крім гомологічних ділянок, X- та Y-хромосоми несуть велику кількість неалельних генів. В Х-хромосомі розташовані гени, яких немає в Y-хромосомі, а ряд генів Y-хромосоми відсутні в Х-хромосомі.
Таким чином, у чоловіків у статевих хромосомах деякі гени не мають відповідного алеля в гомологічній хромосомі. У такому разі ознака визначається не парою алельних генів, як звичайна менделююча ознака, а тільки одним алелем. Подібний стан гена називається гемізиготним, а ознаки, розвиток яких обумовлений одиночним алелем, розташованим в одній з альтернативних статевих хромосом, одержали назву зчеплених зі статтю. Такі ознаки розвиваються переважно у особин однієї статі і по-різному успадковуються у чоловіків та жінок.
Ознаки, зчеплені з Х-хромосомою, можуть бути домінантними та рецесивними.
Х-зчеплений домінантний тип успадкування. За домінантним Х-зчепленим типом успадковуються переважно хвороби – гіпофосфатемічний рахіт, «заяча губа», фолікулярний гіперкератоз (надмірне зроговіння епідермісу шкіри), осередкова гіпоплазія (недорозвиненість органу або його частини), плямиста хондродисплазія (аномалії перетворення хрящової тканини в кісткову), темна емаль зубів та інші.
Такі ознаки виявляються у гемізиготних чоловіків та гетерозиготних жінок. Проте всі сини ураженого батька і здорової матері не несуть патологічних ознак, здорові також їхні діти. З іншого боку, всі дочки ураженого батька будуть уражені. Від уражених матерів хвороба передається дітям незалежно від статі з частотою 1:1 подібно до аутосомно-домінантного типу успадкування. Якщо уражені індивіди мають нормальну репродуктивну здатність, то в популяції хворі жінки зустрічаються приблизно в два рази частіше, ніж хворі чоловіки.
Характерним прикладом Х-зчепленого домінантного успадкування може бути недостатній вміст фосфору в крові (гіпофосфатемія), що часто спричиняє гіпофосфатемічний рахіт. У родоводі на мал. 33 всі дочки уражених чоловіків, одружених на здорових жінках, хворіли на гіпофосфатемію або рахіт, тоді як всі їхні сини були здоровими. Уражені матері мали як уражених, так і здорових синів і дочок приблизно порівну.
Мал. 33. Родовід сім’ї з гіпофосфатемічним рахітом
Варто відмітити, що у чоловіків симптоми захворювання, як правило, гостріші, ніж у жінок. Адже у останніх дія аномального домінантного алеля частково компенсується гомологічним нормальним алелем у парній Х-хромосомі.
Х-зчеплений рецесивний тип успадкування. Рецесивними ознаками, які визначаються генами Х-хромосоми, є теж переважно хвороби – гемофілія, дальтонізм (нездатність розрізняти червоний і зелений кольори), атрофія зорового нерва, міопатія Дюшена (ушкодження скелетних м’язів) та інші.
Розглянемо успадкування, зчеплене з Х-хромосомою, на прикладі рецесивного гена гемофілії. У чоловіка ген гемофілії, локалізований в Х-хромосомі, не має алеля в Y-хромосомі, тобто знаходиться в гемізиготному стані і звичайно проявляється. Щоб краще розібратися у генетичному механізмі успадкування цієї хвороби, застосуємо відповідні позначення:
H — ген нормальної здатності крові скипатися,
h — ген гемофілії,
XHY — чоловік здоровий,
XhY — чоловік, хворий на гемофілію;
у жінок гемофілія може виявитися тільки в гомозиготному стані:
XHXH — жінка здорова,
XHXh — гетерозиготна здорова жінка, але є носієм гена гемофілії,
XhXh — жінка, хвора на гемофілію.
Звичайно захворювання вражає чоловіків. Усі їхні здорові дочки є гетерозиготними носіями гену гемофілії, оскільки одержали від батька Х-хромосому з аномальним геном.
Серед синів гетерозиготних матерів (XHXh) співвідношення хворих і здорових складає 1:1, оскільки гамети XH та Xh утворюються з рівною вірогідністю.
Мал. 34. Родовід з Х-зчепленою гемофілією А в царських сім’ях Європи
Найвідомішим прикладом Х-зчепленого рецесивного успадкування стало успадкування класичної гемофілії типу А серед нащадків англійської королеви Вікторії (мал. 34). Королева Вікторія була гетерозиготною за геном гемофілії і передала його сину-гемофілику та трьом дочкам. Один із нащадків королеви – царевич Олексій (син останнього російського царя Миколи ІІ та внуки королеви Вікторії Аліси, яка була носієм гена гемофілії) також був уражений цією хворобою Згідно представленого родоводу, як і слід чекати при рецесивному X-зчепленому успадкуванні, хворіють на гемофілію лише чоловіки. Проте зустрічаються сім'ї, в родоводах яких є випадки близькоспоріднених шлюбів, коли гемофілія середнього ступеня виявляється і у жінок.
Успадкування ознак, зчеплених з Y-хромосомою. Окрім того, що присутність у геномі людини Y-хромосоми чітко визначає чоловічу стать, ця хромосома містить принаймні кілька десятків генів, у тому числі генів, що визначають розвиток сім’яників, контролюють інтенсивність росту, визначають волосатість середніх фаланг пальців, наявність волосся на зовнішньому краї вушних раковин (гіпертрихоз) і деякі інші ознаки. Ознака, ген якої локалізований в Y-хромосомі, передається від батька всім синам, і лише синам (мал. 35). Звичайно патологічні мутації, що зумовлюють порушення будови та функцій сім’яників, не успадковуються у зв'язку із стерильністю їх носіїв.
Мал. 35. Родовід із Y-зчепленим типом успадкування ознаки (волосатість середніх фаланг пальців)
Гомологічні зони X- та Y-хромосом містять алельні гени, які з однаковою вірогідність наявні у особин обох статей. До ознак, що визначаються цими генами, відносяться нездатність розрізняти кольори та пігментна ксеродерма (злоякісне ураження шкіри сонячними променями). Обидві патології рецесивні.
Ознаки, що визначаються алельними генами, розташованими в X- та Y-хромосомах, успадковуються за класичними менделевими правилами.
Мітохондріальна, або цитоплазматична спадковість. Мітохондріальний геном представлений у вигляді кільцевої подвійної молекули ДНК, яка містить близько 17 тис. пар основ, що приблизно в 10 тис. разів менше, ніж в хромосомі середнього розміру.
Сьогодні визначено понад 10 мутацій мітохондріальних генів, які спричинюють різні захворювання, визначальними симптомами яких є тяжкі ураження ЦНС, органів зору, серця та м'язів. Серед цих патологій найпоширенішими є атрофія зорового нерва Лебера, хвороба Лея та інші, які об’єднуються в групу мітохондріальних енцефаломіопатій.
Оскільки мітохондрії успадковуються дитиною від матері з цитоплазмою овоцитів, усі діти хворої жінки успадкують патологію незалежно від їх статі. Уражені дівчата, виходячи заміж, народжуватимуть тільки хворих дітей, тоді як у хворих чоловіків усі діти будуть позбавлені цієї хвороби. (Мал. 36).
Мал. 36. Родовід з мітохондріальним типом успадкування
патологічної ознаки (атрофія зорового нерва Лебера).