Основы цитогенетики

Цитогенетика – раздел клинической генетики, изучающий клеточные основы наследственности и изменчивости.

Медицинская цитогенетика – изучает связь изменчивости хромосом с патологией у человека. Термин цитогенетика ввел Саттон в 1903 г.

Основными задачами цитогенетики являются:

●определение состояния хромосомного набора человека в норме;

●сопоставление клиники и различных видов хромосомных аберраций;

●разработка и использование методов цитогенетической диагностики хромосомных болезней (ХБ);

●разработка методов ранней диагностики и профилактики хромосомных болезней;

●совершенствование медико-генетического консультирования при ХБ

●создание регистров хромосомных болезней.

Хромосома (от греч. chromo – цвет, soma – тело) – материальный носитель наследственной информации, передаваемой от поколения к поколению, входящий в состав клеточных ядер и имеющий хроматиновый состав.

Во втором десятилетии XX века Т.Г. Морган и его школа сформулировали основные положения «хромосомной теории наследственности»:

1)гены расположены в хромосомах, каждая хромосома представляет собой группу сцепления генов (обеспечивает совместное наследование признаков). Число групп сцепления у каждого вида равно гаплоидному числу хромосом. Число генов пропорционально длине хромосом;

2)каждый ген в хромосоме занимает определенное место (локус). Гены расположены в хромосоме линейно. Кроме них выделяют «прыгающие гены», или транспозоны, которые могут перемещаться по геному;

3)между гомологичными хромосомами может происходить обмен

аллельными генами. В гомологичных (одинаковых) хромосомах по происхождению одна – отцовская, другая – материнская. Расположенные в них друг против друга локусы называются идентичными, и в таких локусах расположены аллельные гены;

4) расстояние между генами в хромосоме пропорционально проценту кроссинговера между ними. Кроссинговер – процесс гомологичной рекомбинации, протекающий в первом мейотическом деление в ходе оогенеза и сперматогенеза.

Хромосома – это уровень организации наследственного материала,

представленного в виде хроматина или хроматинового комплекса.

Хроматин – вещество, составляющее хромосому, представляет собой двойную нить ДНК связанную с белками (дезоксирибонуклеопротеидный комплекс). Белки, входящие в состав хроматина разнообразны. Их разделяют на две группы: гистоны и негистоновые белки. Гистоны

характерны только для эукариотических клеток, они осуществляют первые этапы упаковки ДНК. Их взаимодействие с ДНК происходит за счет ионных связей. Это глобулярные белки, представленные 5-7-ю видами молекул.

Наиболее известны следующие классы гистонов: Н1, Н2А, Н2В, НЗ, Н4. Их основные свойства определяются относительно высоким содержанием аминокислот, лизина и аргинина.

Первый этап упаковки ДНК в хроматине осуществляется с помощью

нуклеосом – это дисковидные частицы диаметром 10 нм. Молекула ДНК накручивается на поверхность множества белковых частиц, каждый раз делая 1,75 оборота вокруг сердцевины. Сердцевина нуклеосомы всегда консервативна и содержит 8 молекул – по 2 молекулы гистонов Н4, НЗ,

Н2А, Н2В. По поверхности сердцевины располагается участок ДНК из 146

нуклеотидных пар. Небольшой участок ДНК между нуклеосомами остается несвязанным с сердцевиной, он называется линкером. Последовательность из нуклеосом – нуклеофиламент (nucleofilament), или нуклеосомная нить.

Общий вид хроматина, представленного молекулой ДНК, упакованной с

помощью нуклеосомных структур, можно сравнить с «бусами на нитке».

Первый нуклеосомный уровень компактизации укорачивает молекулу ДНК в 6-7 раз. В следующий этап упаковки нуклеосомная структура хроматина вовлекается с помощью гистона Н1, который связывается с линкерной частью ДНК и поверхностью нуклеосомы. Возникает упорядоченная структура спирального типа, которую называют соленоидом. Его диаметр

25-50 нм – спираль более высокого порядка. Под электронным микроскопом соленоид выявляется в виде фибрилл хроматина. Фибриллы ДНК попарно скручиваясь, образуют хромонемы (от греч. nema-струна), которая входит в комплекс более высокого порядка полухроматиды (спирально закручены).

Перед началом деления клеточного ядра хромосома спирализуется, образуя при помощи белка H1 более толстую хроматиновую нить или хроматиду

(chromatin fiber), диаметром 30 нм. Дальнейшая суперспирализация хроматина приводит к образованию пары хроматид. Пара хроматид образует хромосому. Толщина хромосомы (диаметр - 1400 нм) на стадии метафазы позволяет её увидеть в световой микроскоп.

Рис. 4. Упаковка ДНК в хроматине.

Хроматиды соединяются между собой в районе первичной перетяжки или центромеры. Центромеры выполняют в хромосомах очень важные

функции, они соединяют две сестринские хроматиды, играют важную роль в организации веретена деления (на ней находится кинетохор, к которому присоединяются нити веретена при делении). Внутри центромеры выявляются уникальные последовательности, которые, вероятно, несут информацию о расхождении хромосом к противоположным полюсам клетки. Благодаря первичной перетяжке хромосома делится на плечи,

короткое (p) и длинное (q). Вторичные перетяжки у человека локализуются в разных точках по длине хромосом - 13, 14, 15, 21 и 22. Сателлит

(спутник) — это округлое или удлинённое тельце, отделённое от основной части хромосомы тонкой хроматиновой нитью, по диаметру равный или меньший хромосоме. Хромосомы, обладающие спутником – SAT-

хромосомы.

В зависимости от размера, положения центромеры и длины плеча выделяют три типа хромосом:

● медианный (метацентрический) – центромера расположена в середине хромосомы и оба плеча равны.

●субмедианный (субметацентрический) – центромера расположена ближе к одному из концов, плечи хромосомы не равны:

●субтерминальный (акроцентрический) – центромера расположена на конце хромомсомы.

Для измерения длины хромосомы был предложен центромерный индекс – доля длины короткого плеча длине всей хромосомы, принятой за 100%. Если центромерный индекс равен 50%, то это метацентрическая хромосома, если меньше 50% - субметацентрическая хромосома, а если центромера расположена близко к концу хромосомы – то акроцентрическая.