Рис.5. Типы хромосом человека.

Концевая часть хромосомы называется теломерой (от греч. telos - конец и meros - часть). Она состоит из линейной хромосомной ДНК, состоящей из коротких тандемных повторов, образующей конститутивный теломерный гетерохроматин. Теломера выполняет защитную функцию, предотвращает слипание хромосом своими концами, стабилизирует хромосомы, защищая их от деградации клеточными нуклеазами, препятствует образованию дицентриков. Она играет роль в создании специфической архитектуры ядра клетки. Благодаря теломере, происходит полное завершение редупликации хромосом при подготовке клетки к делению. В каждом цикле деления теломеры клетки укорачиваются - феномен концевой недорепликации

(важнейший фактор биологического старения). Специальный фермент -

теломераза при помощи собственной РНК-матрицы достраивает теломерные повторы и удлиняет теломеры. В большинстве дифференцированных клеток теломераза заблокирована, активна в стволовых и половых клетках. В 2009 г. Нобелевская премия по физиологии и медицине была присуждена за открытие защитных механизмов хромосом от концевой недорепликации с помощью теломер и теломеразы Элизабет Блекберн (Elizabeth Blackburn), Кэрол Грейдер (Carol Greider) и Джек Шостак (Jack Szostack).

На различных участках одной и той же хромосомы спирализация,

компактность ее основных элементов неодинакова. Выделяют активные

районы, которые содержат гены, контролирующие развитие признаков организма; в интерфазных ядрах это деконденсирующиеся,

слабоокрашивающиеся нитчатые структуры. Хроматин, представлен здесь в активной форме, в нем происходит транскрипция – синтез всех типов молекул РНК. Эти районы называют эухроматические. Соответственно,

эухроматинизация – деспирализация участков хромосом в интерфазном ядре, сопровождающаяся их генетической активацией.

Также выделяют неактивные участки, они отличаются высокой степенью спирализации, сохраняются на протяжении всего митотического цикла,

интенсивно окрашиваются, не содержат уникальных генов, и получили на-

звание гетерохроматические. Гетерохроматин делят на структурный и факультативный. Факультативный гетерохроматин (ФГ) содержит кодирующую ДНК, неактивные в данной клетке гены. Его участки присутствуют только в одной из гомологичных хромосом. Типичный пример факультативного гетерохроматина - неактивная половая хромосома

(в интерфазе как тельце Барра). ФГ обуславливает «молчание» тканеспецифичных генов.

Конститутивный (структурный) гетерохроматин содержится в обеих гомологичных хромосомах, локализован в центромере, теломерах,

ядрышковом организаторе, в нем нет уникальных генов. Его ДНК преимущественно сателлитная, состоящая из тандемных повторов. Он выполняет структурную и регуляторную функцию, служит защитным экраном для эухроматина. Термины эухроматин и гетерохроматин предложил Хайц в 1928 г.

Хромосомы клетки можно увидеть только во время ее деления – при митозе (форма деления соматических клеток) и мейозе (форма деления половых клеток), их называют метафазные пластинки.

Номенклатура хромосом

В г. Денвере (США) в 1960 г. была проведена первая международная научная конференция цитогенетиков, на которой предложена номенклатура

хромосом человека в зависимости от их морфологической характеристики,

учитывающей размеры, форму и положение центромеры, положившая основу для всех последующих номенклатур. Согласно Денверской классификации все аутосомы получили порядковые номера и были разделены на 7 групп:

Группа А (1-3) - большие метацентрические,

Группа В (4,5) - крупные субметацентрические,

Группа С (6-12) - средние субметацентрические,

Группа D (13-15) - большие акроцентрические,

Группа Е (16-18) – короткие субметацентрические,

Группа F (19,20) - малые метацентрические,

Группа G (21,22) – малые акроцентрические,

Х-хромосома - ближе по своей морфологии к группе С, Y-хромосома -

ближе к группе G.

Затем были уточнения данной классификации хромосом в 1963г. в Лондоне и

в1966г. в Чикаго.

Вначале 70-х годов ХХ века для точной идентификации хромосом были разработаны различные методы дифференциального окрашивания. В 1971 г.

вПариже на IV международном конгрессе по генетике человека была согласована единая система идентификации хромосом человека,

учитывавшая дифференцировку хромосом по длине. Каждая хромосома набора человека при дифференциальной окраске характеризуется уникальным для нее сочетанием темно окрашенных сегментов или полос,

«бэндов» (от англ. band – полоска), чередующихся с неокрашенными участками или светлыми сегментами. Такое специфическое для данной хромосомы сочетание сегментов позволяет четко ее идентифицировать и отличить от других хромосом набора. В пределах короткого (p) и длинного

(q) плеча каждой хромосомы выделяют ряд четко идентифицируемых

областей или регионов (от англ. region), которые нумеруются арабскими цифрами от центромеры (cen) к теломерному участку (tel) или

терминальному (ter) концу хромосомы. Каждая область включает определенное число сегментов, нумерация которых (второй арабской цифрой) также идет от центромерного к теломерному участку. Например,

обозначение хромосомного сегмента 2q34 означает следующее:

2 – хромосома 2,

q – длинное плечо,

3 – регион,

4 – сегмент.

В1978 г. издан унифицированный вариант номенклатуры хромосом человека (обобщенные данные) – ISCN – «An International System for Human Cytogenetic Nomenclature (1978)».

Всередине 70-х годов ХХ века были разработаны методы получения хромосом высокого разрешения. В результате то, что раньше представлялось единой светлой или темной полосой, приобретает собственную специфическую исчерченность. Проявляются так называемые субсегменты.

Например, если сегмент 1p31 подразделяется на 3 разных субсегмента, то они обозначаются как 1p31.1, 1p31.2, 1p31.3, при этом субсегмент 1p31.1

является проксимальным, а 1p31.3 –дистальным по отношению к центромере.

Все это нашло отражение в международном соглашении в 1981 г. в Париже,

которое было опубликовано под названием «Международная система номенклатуры цитогенетики человека – исчерченность высокого разрешения» или «ISCN 1981». В 1985г. в г. Иерусалиме принята цитогенетическая номенклатура, учитывающая приобретенные конституциональные хромосомные нарушения в опухолевых клетках - «ISCN 1985». В 1991 г. в Берлине издано «Руководство по цитогенетике рака» «ISCN 1991». В 1995г. в Вашингтоне принят окончательный документ

«ISCN 1995», в котором отражены рекомендации по онкологической цитогенетике и достижения, полученные в ходе использования FISH-методов диагностики. Номенклатура была модернизирована и дополнена, в том числе сведениями о способах описания результатов сравнительной геномной

гибридизации в 2005 году - «ISCN 2005».

Кариотип – систематизированный набор хромосом ядра клетки с его количественными и качественными характеристиками («лицо вида»).

Нормальный кариотип человека – 46,ХХ (женщина) и 46,ХУ (мужчина), т.е.

диплоидный (двойной) набор хромосом, или 22 пары аутосом (хромосомы тела) и 1 пара гоносом (половые хромосомы). Впервые термин был введен в

1924 г. Г.А. Левитским. Диплоидный набор – сумма 2 гаплоидных наборов –

2n (яйцеклетка и сперматозоид), является нормой для соматических клеток.

Он приводит к взаимосвязанной работе двух аллелей каждого гена и обеспечивает внутривидовое разнообразие.

У женщин гоносомы представлены двумя гомологичными (идентичными)

Х-хромосомами, так как в процессе оогенеза образуется один тип яйцекле-

ток, содержащих Х-хромосому. У мужчин гоносомы представлены одной Х-

хромосомой и одной У-хромосомой, так как в процессе сперматогенеза образуются два типа сперматозоидов, имеющих X-хромосому, либо У-

хромосому (их соотношение примерно 1:1). Определение пола человека происходит в момент оплодотворения яйцеклетки сперматозоидом. Оно целиком зависит от того, какой это сперматозоид: если с Х-хромосомой, то будет женский организм, если с У-хромосомой, то мужской организм.

Согласно современной номенклатуре хромосом блоки информации в формуле кариотипа следующие:

●общее число хромосом;

●перечисление половых хромосом;

●блоки числовых аномалий (каждая аномалия – свой блок);

●блоки структурных аномалий (каждая аномалия – свой блок);

●[ , ] – разделяет только блоки информации;

●[ ; ] – отделяет информацию о различных хромосомах в пределах одного блока;

●[ . ] – отделяет обозначение субсегмента;

●[ : ] – обозначает точки разрывов и соединений в развёрнутой формуле.