Хромосомы — это структуры внутри клеток, которые содержат гены человека.
Структура хромосомы
Хромосомы состоят из нитей, называемых хроматидами. Каждая хромосома имеет короткое плечо, обозначенное как «p», и длинное плечо, обозначенное как «q». Центромера — это область, в которой 2 хроматиды удерживаются вместе. Теломеры — это области на концах каждого плеча хромосомы. Молекула ДНК — это 2 спирали ДНК, которые завиваются вокруг друг друга, походя на винтовую лестницу с миллионами ступеней. Каждая чрезвычайно длинная молекула ДНК свернута внутри одной из хромосом. Источник: ГВЕН ШОКЕЙ (GWEN SHOCKEY)/SCIENCE PHOTO LIBRARY |
Гены представляют собой сегменты дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) и содержат код для определенного белка, который функционирует в одном или нескольких типах клеток в организме (обсуждение генетических вопросов приведено в разделе Гены и хромосомы).
Каждая нормальная клетка человека, кроме сперматозоидов и яйцеклеток, имеет 23 пары хромосом, в общей сложности 46 хромосом. Сперматозоиды и яйцеклетки имеют только одну из каждой пары хромосом, в общей сложности 23. Каждая хромосома содержит от сотен до тысяч генов.
Половые хромосомы — это одна из 23 пар хромосом. Существует 2 половых хромосомы, называемых X и Y. Обычно у женщин 2 X-хромосомы (XX), а у мужчин обычно присутствует 1 X-хромосома и одна Y-хромосома (XY).
Структура ДНК
ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) - это генетический материал клетки, который содержится в хромосомах в ядре клетки и митохондриях. За исключением определенных клеток (например, сперматозоидов и яйцеклеток), ядро клетки содержит 23 пары хромосом. Хромосома содержит много генов. Ген - это участок ДНК, содержащий код для построения молекулы белка или РНК. Молекула ДНК представляет собой длинную закрученную двойную спираль, напоминающую спиральную лестницу. В ней 2 нити, состоящие из молекул углевода (дезоксирибозы) и фосфата, соединены парами из 4 молекул, называемых основаниями, которые образуют ступеньки лестницы. На этих ступеньках аденин соединяется с тимином, а гуанин – с цитозином. Каждая пара оснований удерживается вместе водородной связью. Ген состоит из последовательности оснований. Последовательность 3 оснований кодирует определенную аминокислоту (аминокислоты являются строительными кирпичиками белков) или другую информацию. |
Хромосомные аномалии
(См. также Хромосомные аномалии в разделе Типы и факторы риска генетических заболеваний).
Хромосомные аномалии могут поражать любую хромосому, включая половые хромосомы. Хромосомные аномалии влияют на:
Количество хромосом
Структуру хромосом
Более крупные аномалии могут быть видны под микроскопом в исследовании, которое называется хромосомным анализом или кариотипированием. Более мелкие аномалии можно выявить с помощью специализированных генетических анализов, в котором хромосомы человека сканируют на предмет дополнительных или отсутствующих частей. Эти исследования включают хромосомный микроматричный анализ (ХМА) и флуоресцентную гибридизацию in situ (fluorescent in situ hybridization, FISH). (См. также Технологии секвенирования следующего поколения).
Количественные аномалии возникают, когда у человека имеется 1 или более дополнительных хромосом (например, 1 дополнительная — это трисомия, а 2 дополнительных — тетрасомия) или отсутствует целая хромосома (моносомия). Трисомия может затронуть любую из 23 парных хромосом, но наиболее распространена трисомия 21 (синдром Дауна), трисомия 13 и трисомия 18, которые поражают и мальчиков, и девочек. Эти аномалии видны под микроскопом при кариотипировании.
Чем старше беременная женщина, тем выше вероятность, что у ее плода будет целая лишняя или отсутствующая хромосома (см. таблицу ). Но это не относится к мужчинам. С возрастом у мужчины вероятность зачатия ребенка с хромосомной аномалией повышается лишь в незначительной мере.
Структурные аномалии возникают, когда часть хромосомы является аномальной. Иногда часть или вся хромосома неправильно соединяется с другой хромосомой (так называемая транслокация). Иногда части хромосомы отсутствуют (так называемая делеция — см. Общие сведения о синдромах хромосомной делеции) или имеются лишние (называется дублирование).
Некоторые хромосомные аномалии приводят к гибели эмбриона или плода до рождения. Другие аномалии вызывают такие нарушения, как умственная отсталость, небольшая длина тела, судорожные припадки, проблемы с сердцем или расщелина нёба.
Генные аномалии
Изменения в одной или нескольких парах оснований ДНК в гене (см. рисунок ) создает вариант этого гена, который может влиять на то, как ген функционирует. Эти изменения не влияют на структуру хромосомы и таким образом не видны при анализе кариотипа или при других хромосомных исследованиях. Требуется более специфический генетический анализ. Некоторые варианты в гене не вызывают никаких проблем, а некоторые вызывают немногочисленные или лишь незначительные проблемы. Другие варианты вызывают серьезные заболевания, среди которых серповидноклеточная анемия, муковисцидоз и мышечная дистрофия. Все чаще медицинские научные сотрудники находят конкретные генетические причины детских болезней.
Остается неясным, как возникает большинство вариантов, но считается, что большинство из них появляются спонтанно. Некоторые вещества или агенты в окружающей среде могут вызвать повреждения и вариации в генах. Эти вещества называются мутагенами. Мутагены, к которым, в частности, относятся радиация, ультрафиолетовый свет, некоторые лекарственные препараты и химические вещества, могут вызывать некоторые виды рака и врожденные пороки.
Вариант в генах сперматозоида или яйцеклетки может передаваться от родителя к ребенку. Варианты в генах других клеток могут вызывать заболевание, которое не передается детям (потому что сперматозоиды или яйцеклетки не поражаются). Наличие 2 копий аномального гена может привести к серьезным болезням или состояниям, например, к развитию кистозного фиброза или болезни Тея — Сакса. Иногда заболевания могут возникать даже тогда, когда у человека есть только одна копия патологического гена.
Анализ на хромосомные и генные аномалии
Оценка хромосом и генов человека может быть проведена путем анализа образца крови, а также клеток из других частей тела, например, из мазка с внутренней стороны щеки.
Во время беременности для выявления некоторых генетических или хромосомных аномалий у плода врачи могут использовать клетки, полученные при амниоцентезе или биопсии ворсин хориона. Если плод имеет аномалии, то для выявления определенных врожденных пороков могут проводиться дополнительные анализы.
Скрининговый тест, называемый неинвазивным пренатальным скринингом (НИПС) или анализом внеклеточной ДНК плода, использует образец крови беременной женщины для анализа и определения того, имеет ли плод повышенный риск определенных генетических заболеваний. Этот тест основывается на том, что кровь беременной содержит небольшое количество ДНК плода. НИПС может использоваться для выявления повышенного риска трисомии 21 (синдрома Дауна), трисомии 13 или трисомии 18, а также некоторых других хромосомных и генных аномалий. Когда обнаруживается любая хромосомная аномалия, врачи обычно рекомендуют провести дополнительное обследование.
Профилактика хромосомных и генных аномалий
Хотя хромосомные и генные аномалии не могут быть исправлены, некоторые врожденные пороки иногда можно предотвратить. Например, матери могут принимать фолиевую кислоту (фолат) для профилактики пороков развития нервной трубки, а родители могут пройти скрининг на предмет статуса носителя определенных генетических аномалий. Эмбрион, зачатый путем экстракорпорального оплодотворения (в пробирке) (ЭКО), также может быть проверен на наличие генетической аномалии, прежде чем будет перенесен в матку женщины (см. Преимплантационная генетическая диагностика).
