Синдром связанный с изменением числа хромосом
Хромосомные аномалии. Аномалии количества и качества
Хромосомные аномалии подразделяют на две категории — количественные и структурные. При количественных аномалиях общее количество хромосом отличается от нормального (46 хромосом). При структурных аномалиях происходит физическая перестройка хромосом.
Хромосомы состоят из коротких плеч (р) и длинных плеч (q). У них есть первичная перетяжка, или центромера, к которой прикрепляются микротрубочки при делении клетки. Теломеры, или верхушки хромосом, покрыты повторяющейся последовательностью TTAGGG, крайне важной для поддержания целостности хромосомы. Положение центромеры определяет строение хромосомы. У человека акроцентрические хромосомы 13, 14, 15, 21 и 22 характеризуются наличием стебельков и спутников, где расположены гены рибосомной РНК.
Аномалии количества хромосом. Аномалии количества хромосом — наиболее хорошо диагностируемые из хромосомных аномалий. Структурные аномалии играют большую роль в развитии врожденных дефектов, бесплодия и привычных выкидышей. Количественные аномалии хромосом, как правило, возникают из-за ошибок при делении клеток, когда происходит увеличение и/или уменьшение хромосом в дочерних клетках, или нерасхождение хромосом. Нерасхождение может возникать как в митозе, так и в мейозе. Клетки, получающиеся в результате такого деления, бывают анеуплоидными, так как их хромосомный набор не соответствует типичному гаплоидному набору из 23 хромосом.
Нерасхождение может происходить как в первом, так и во втором делении мейоза. И в том, и в другом случае возможно анеуплоидное оплодотворение. Нерасхождение или запаздывание хромосом в анафазе может случиться в митозе, что вызывает мозаицизм, т.е. наличие двух и более клеточных линий у одного индивида. Часто мозаицизм обнаруживают при аномалии половых хромосом — синдроме Шерешевского-Тернера (до 50% случаев). Наиболее распространенные количественные хромосомные аномалии перечислены в табл. 5-1. Количественные аномалии также могут характеризоваться кратным гаплоидному набору (23) числом хромосом.
Триплоидия (с количеством хромосом 69) обычно возникает при оплодотворении одной яйцеклетки сразу двумя сперматозоидами. Триплоидные оплодотворения обнаруживают в 15% случаев спонтанных выкидышей, связанных с хромосомными аномалиями; лишь иногда они завершаются родами. Тетраплоидия характеризуется наличием 92 хромосом в наборе и встречается в небольшом проценте спонтанных абортов.
Аномалии структуры хромосом. Структурные перестройки хромосом происходят при таких хромосомных повреждениях, при которых по каким-либо причинам не происходит восстановления их изначальной структуры. Хромосомные перестройки бывают сбалансированными, если сохраняется диплоидный генетический набор клетки. Несбалансированные перестройки вызывают анеуплоидию в одном сегменте хромосом или более. Такие структурные перестройки могут накапливаться (тогда они называются семейными) или возникать как первичное событие, de novo.
Сбалансированные семейные хромосомные перестройки в большинстве случаев бывают истинно сбалансированными и не представляют существенного риска развития врожденных дефектов или задержки умственного развития. Хромосомные перестройки de novo, которые выглядят сбалансированными, обусловливают небольшой риск анеуплоидии на молекулярном уровне (5%), вызывая врожденные дефекты и задержку развития.
Транслокация — обмен плечами между двумя разными хромосомами. Реципрокные транслокации происходят при разрывах, ограничивающихся двумя плечами, и реципрокном обмене дистальными сегментами, приводящем к образованию производной хромосомы. В большинстве случаев фенотип носителей сбалансированных транслокаций вполне нормален, но риск образования несбалансированных гамет при гаметогенезе у них повышен. У носителей сбалансированных транслокаций возможен сложный тип расщепления хромосом, включающий нормальный паттерн расщепления, сбалансированный транслокационный паттерн и несбалансированный паттерн, приводящий к частичной трисомии и частичной моносомии заинтересованных хромосом.
Когда в транслокации участвуют короткие плечи двух акроцентрических хромосом, длинные плечи соединяются в центромерном участке одной хромосомы, при этом короткие плечи акроцентрических хромосом утрачиваются. Это так называемые робертсоновские транслокации. Короткие плечи акроцентрических хромосом содержат резервный генетический материал рибосом, поэтому его утрата на фенотипе не отражается. Как и при сбалансированных транслокациях, продукты мейотического расхождения могут быть как сбалансированными, так и несбалансированными.
Другие структурные аномалии могут приводить к невынашиванию беременности и врожденным дефектам. Если на одной хромосоме образуется два разрыва, и в процессе репарации этот участок поворачивается на 180°, происходит инверсия. Если такой процесс случается в каждом плече хромосомы, это называется перицентрической инверсией. Если же в инверсию вовлекается только одно плечо, это парацентрическая инверсия. Каждая из этих разновидностей инверсий оказывает уникальное и различное влияние на гаметогенез и вынашивание беременности. При хромосомных дупликациях происходит удвоение сегмента хромосомы различной длины, что приводит к развитию частичной трисомии по этому сегменту. При делециях сегмент различной длины теряется, что приводит к генетическому дисбалансу – частичной моносомии.
Такое состояние, при котором второй экземпляр гена или сегмента хромосомы отсутствует, что выражается в патологическом фенотипе или клиническом синдроме, известно под названием гаплонедостаточности.
– Также рекомендуем “Флюоресцентная гибридизация in situ. Применение технологии FISH”
Оглавление темы “Сперматогенез”:
- Формирование сперматозоидов. Сперматоцитогенез и спермиогенез
- Цикл сперматогенеза. За какое время созревают сперматозоиды?
- Строение сперматозоидов. Структура
- Регуляция сперматогенеза. Факторы влияющие на формирование сперматозоидов
- Функции придатка яичка. Транспорт и хранение спермы
- Проникновение сперматозоидов через шейку матки. Капациитация и акросомальная реакция
- Геном человека. Один ген – один белок – справедливо ли?
- Гены и хромосомы человека. Строение
- Хромосомные аномалии. Аномалии количества и качества
- Флюоресцентная гибридизация in situ. Применение технологии FISH
Источник
Оглавление
- Введение
- Краткое содержание
- Аномалии числа хромосом (анеуплоидии)
- Моносомия по X-хромосоме (45,X, или Синдром Шерешевского-Тёрнера)
- 47,XXY Синдром Клайнфельтера
- 47,XYY
- 47,XXX
- Другие заболевания
- Мозаицизм 45,X/46,XX
- Мозаицизм 45,X/46,XY
- Структурные аномалии хромосом
- Изохромосома Xq
- Делеция Xp22.11
- Делеция Xp22.3
- Делеции Xp22 SHOX
- Делеции Xp11.22
- Дупликации Xp.22.31
- Синдром дупликации ME2CP
Введение
Патологии половых хромосом связаны с нарушением их количества (т. е. анеуплоидии, например, моносомия X-хромосомы) или со структурными дефектами (например, такие геномные перестройки, как синдром дупликации гена MECP2). Частота врожденных хромосомных мутаций составляет как минимум 1:400.
Краткое содержание
Патологии половых хромосом могут быть обусловлены нарушением их количества (анеуплоидиями) или же структурными дефектами.
Наиболее распространенные анеуплоидии половых хромосом: 45,X (Синдром Тёрнера); 47,XXY (Синдром Клайнфельтера); 47,XYY; и 47,XXX. Мозаицизм по половым хромосомам с присутствием в организме клеток с нормальным генотипом нередок. Два наиболее распространенных вида мозаицизма половых хромосом — 45,X/46,XX и 45,X/46,XY. Тяжесть фенотипических проявлений у пациентов с мозаицизмом соответствует доле аномальных клеток.
Структурные патологии X- и Y-хромосом прежде всего включают изохромосомы, делеции, дупликации, кольцевые хромосомы и транслокации.
Одним из примеров геномного расстройства является дупликация гена MECP2 у мужчин, выражающаяся в наличии мышечной гипотонии, тяжелой умственной отсталости, задержки речевого развития, нарушения глотания, частых респираторных инфекций, а также судорожных приступов (тонико-клонические судороги, не поддающихся лечению).
Аномалии числа хромосом (анеуплоидии)
Наиболее частыми анеуплоидиями половых хромосом являются 45,X (Синдром Шерешевского-Тернера); 47,XXY (Синдром Клайнфельтера); 47,XYY и 47,XXX с частотой возникновения приблизительно 1/2500, от 1/500 до 1/1000, от 1/900 до 1500 и 1/1000 соответственно. Мозаицизм по половым хромосомам с присутствием в организме клеток с нормальным генотипом нередок. Два наиболее распространенных вида мозаицизма половых хромосом — 45,X/46,XX и 45,X/46,XY. Тяжесть фенотипических проявлений у пациентов с мозаицизмом соответствует проценту аномальных клеток.
Моносомия по X-хромосоме (45,X, или Синдром Шерешевского-Тёрнера)
Большинство пациентов с синдромом Шерешевского-Тёрнера имеют моносомию по Х-хромосоме, кариотип 45,X. Другие формы синдрома включают мозаицизм по хромосоме Х, например, 45,X/46,XX или 45,X/46,XY с частичной делецией Y-хромосомы. У некоторых пациентов имеется структурная аномалия второй X-хромосомы (например, изохромосомия длинного плеча X-хромосомы или делеция короткого плеча). Делеции, включающие в себя дистальную часть короткого плеча Y-хромосомы, также ассоциированы с фенотипом синдрома Тёрнера, поскольку в данном случае у пациентов отсутствуют так называемые анти-тёрнеровские гены (SHOX, RPSY4 и ZFY). Делеции короткого плеча X-хромосомы также связывают с фенотипом синдрома Тёрнера. В большинстве представляют собой единичные случаи.
Синдром Шерешевского-Тёрнера характеризуется низкорослостью и некоторыми из следующих проявлений: дисморфия лица, включающая низко посаженные уши, кожные складки на шее, щитообразная грудная клетка (широкая, с большим расстоянием между сосками), лимфедема, вальгусная деформация локтевого сустава, короткая четвертая пястная кость, гипоплазия ногтевых пластин, пигментные пятна и врожденные пороки сердца. Среди пороков сердца типичными и наиболее часто встречающимся являются дефекты сосудов и коарктация аорты. Вдобавок у пациентов, страдающих синдромом Тёрнера, развиваются полосковидные гонады, наблюдается нарушение овуляции и задержка полового развития. Также встречаются дефекты развития почек (подковообразная почка). Лимфедема нижних отделов конечностей может быть единственным клиническим признаком, наблюдаемым у новорожденных. Лица с синдромом Тёрнера, несущие генетический материал Y-хромосомы, имеют повышенный риск развития гонадобластомы.
47,XXY Синдром Клайнфельтера
Синдром Клайнфельтера является самой распространенной патологией числа половых хромосом, вызывающей первичный гипогонадизм. Кариотип 47,XXY является результатом нерасхождения половых хромосом и может быть как материнским, так и отцовским по происхождению. Большинство случаев болезни обнаруживается постнатально и диагностируется при определении причин бесплодия, выявлении гинекомастии, крипторхизма или же неврологических нарушений.
Рис. Нерасхождение половых хромосом
Новорожденные мальчики с кариотипом 47,XXY фенотипически нормальны, с физиологически нормальными мужскими наружными половыми органами и без какой-либо видимой дисморфии. Основные клинические проявления синдрома Клайнфельтера, включающие высокий рост, маленькие яички и бесплодие (азооспермия), становятся выраженными в постпубертатном периоде. У пациентов с синдромом Клайнфельтера повышен риск психических расстройств, расстройств аутистического характера и социальных проблем. У пациентов с диагностированным синдромом Клайнфельтера следует оценивать неврологический статус и направлять к эндокринологу.
47,XYY
Лица с кариотипом 47,XYY имеют высокий рост, у них может отмечаться умеренная задержка в двигательном и речевом развитии. Для многих из них требуется повышенное внимание к обучению, но, как правило, все они учатся в основных общеобразовательных школах. Половое развитие проходит нормально и большинство мальчиков фертильны. Из-за невыраженности фенотипа и отсутствия связанных с этим проблем со здоровьем, многие лица с кариотипом 47,XYY на протяжении всей их жизни остаются недиагностированными.
Ранее сообщалось, что у мужчин с 47,XYY повышена агрессия, что выражается в их агрессивном поведении. Однако последующие крупномасштабные совместные исследования европейских и американских генетиков показали, что статистика повышенной криминальной деятельности мужчин с XYY коррелировала с их низким социально-экономическим статусом по причине низкого значения IQ (около 10 баллов), что приводило к определенным трудностям с законом и, чаще, незначительным правонарушениям. У лиц с 47,XYY отмечаются более высокие показатели синдрома дефицита внимания и гиперактивности, а также расстройств аутистического характера. Таким пациентам рекомендуется оценка их нервно-психического развития, учитывая широкую распространённость трудностей в обучении и поведенческих проблем.
47,XXX
47,XXX (она же трисомия по X-хромосоме) является самой распространенной патологией половых хромосом у женщин. Трисомия по Х-хромосоме диагностируется внутриутробно в ходе генетического скрининга. У женщин с кариотипом 47,XXX нет повышенного риска развития плода с хромосомными аномалиями.
Обследование 155 женщин с кариотипом 47,XXX показало, что 62 процента из них были физически нормальными. Таким образом, для большинства лиц с кариотипом 47,XXX диагноз никогда не устанавливается. У женщин с 47,XXX отмечается высокий рост; (средняя длина окружности головы варьирует в пределах 25 – 35 процентиль, однако к подростковому возрасту для многих может достигать 80 процентиль). Половозрелость и фертильность чаще всего в норме, но может отмечаться преждевременное угасание функции яичников.
В следующем обследовании одиннадцати младенцев с кариотипом 47,XXX было показано, что коэффициент интеллекта девочек с рождения был на 15-20 баллов ниже, чем у их братьев. Поэтому рекомендуется отслеживать задержки в развитии и выявлять наличие психологических проблем в дальнейшем.
Другие заболевания
Сообщалось о более чем ста случаях кариотипа 49,XXXXY, по меньшей мере двадцати случаях 49,XXXXX и нескольких – 49,XYYYY. Прослеживается прямая зависимость между числом дополнительных половых хромосом и тяжестью фенотипических проявлений у пациентов. В исследовании тетра- и пентасомии половых хромосом сделан вывод о том, что полисомия по X-хромосоме связана с более тяжкими последствиями, чем полисомия по Y-хромосоме. Было показано, что уровень интеллекта IQ снижается на 10 пунктов с каждой лишней X-хромосомой от их нормального числа.
49,XXXXY Характерными клиническими чертами кариотипа XXXXY являются запавшая переносица с широким или приподнятым кончиком носа, широко расположенные глаза, веко-носовые складки, скелетные патологии (особенно лучелоктевой синостоз), врожденные сердечные заболевания, эндокринные расстройства и высокая степень гипогонадизма и гипогенитализма. Также обычным являются выраженная умственная отсталость и умеренная низкорослость. Хотя лиц с таким кариотипом часто относят к случаям синдрома Клайнфельтера, все характерные черты XXXXY довольно отчетливо указывают именно на данный фенотип.
49,XXXXX У женщин с кариотипом 49,XXXXX (пентасомия по X-хромосоме) всегда присутствует умственная отсталость. Другие проявления, такие как черпено-лицевые, сердечно-сосудистые и скелетные патологии довольно непостоянны. У пациентов, страдающих пентасомией по X-хромосоме, могут проявляться схожие черты с теми, что наблюдаются при синдроме Дауна. Лучелоктевой синостоз также часто выражен у пациентов с большим числом X-хромосом. Некоторые пациенты имеют мозаицизм 48,XXXX и 49,XXXXX.
Мозаицизм 45,X/46,XX
Это наиболее распространенный мозаицизм половых хромосом, который диагностируется при амниоцентезе и пренатальном кариотипировании. У лиц с данным типом мозаицизма имеются более легкие клинические черты синдрома Тёрнера. Многие женщины прошли половое созревание и смогли воспроизвести потомство.
Из 156 пренатально диагностированных случаев мозаицизма 45,X/46,XX 14% случаев имели ненормальный исход. Было зарегистрировано два мертворождения и 20 случаев ненормального фенотипа (у 12 имелись некоторые черты синдрома Тёрнера, а остальные 8 носили характер аномалий, возможно, не связанных с ним). Более 85 % девочек имели нормальный фенотип при рождении, либо он был установлен по результатам медицинского прерывания беременности. Однако, главные черты синдрома Тёрнера (такие как низкий рост и отсутствие вторичных половых признаков) проявились только в детстве или юности, и не были замечены в младенчестве. У некоторых женщин с нормальным фенотипом, при нарушении функции яичников, выявляется мозаицизм 45,X/46,XX.
Мозаицизм 45,X/46,XY
Мозаицизм с наличием 45,X/46,XY имеет широкий фенотипический спектр. Например, в ретроспективной серии 151 постнатально диагностированных случаев мозаицизма 45,X/46,XY, 42 % пациентов — девочки по фенотипу, с наличием типичного или нетипичного синдрома Тёрнера. Еще у 42 % наблюдались неопределённые наружные половые органы и асимметричные гонады (смешанный гонадный дисгенез), наконец, у 15% был мужской фенотип с неполной маскулинизацией. Таким образом, все случаи, диагностированные постнатально, были фенотипически патологичными. Напротив, среди 80 пренатально диагностированных случаев мозаицизма 45,X/46,XY 74 92,6% были нормальными по фенотипу мальчиками. Это может объяснить тот факт, что дети или взрослые с наличием мозаицизма, но нормальным фенотипом вряд ли стали бы обращаться за медицинской помощью (ошибка обращаемости).
Структурные аномалии хромосом
Структурные патологии включают, прежде всего, изохромосомы, делеции, дупликации, кольцевые хромосомы и транслокации.
Изохромосома Xq
Изохромосома длинного плеча X-хромосомы, isoXq или i(Xq), при наличии которой короткое плечо (p) исключено (отсутствует/редуцировано) и заменено точной копией длинного плеча (q), — является наиболее распространенной аномалией половых хромосом.
Наличие структурной патологии не связывают с повышенным возрастным риском родителей. Изохромосомия 46,X,i(Xq) может быть выражением мозаицизма, когда в организме присутствуют две генетически разные клеточные популяции: нормальная – 46,XX и 45,X.
Изохромосомы Xq и Xy ассоциируют с синдромом Тёрнера, возможно, потому, что главный анти-тёрнеровский ген SHOX располагается на дистальной части коротких плеч X-и Y-хромосом (на псевдоаутосомных областях). Изохромосома Xq также выявляется у пациентов в одной из вариаций синдрома Клайнфельтера, 47,X,i(Xq),Y.
Делеция Xp22.11
Делеция Xp22.11 включает в себя ген PTCHD1. Сообщалось о выявлении в нескольких семьях с расстройствами аутистического характера, а также в трёх семьях с умственной отсталостью. Ген PTCHD1 является геном-кандидатом в отношении Х-сцепленной умственной отсталости, проявляющейся с аутизмом или без аутизма. Функция и роль данного гена неизвестны.
Делеция Xp22.3
Делеция данной области часто ассоциируется с синдромом микрофтальмии и линейных дефектов кожи (MLS) и является Х-сцепленным доминантным нарушением, то есть, летальным для мужчин и поэтому прослеживающимся только у женщин. Ген в данной области кодирует митохондриальную цитохром-c-синтазу (HCCS). Клиническое проявление MLS выражается наличием микрофтальмии и анофтальмии (одно- или двусторонней) и линейными дефектами кожи, в основном лица и шеи, которые со временем проходят. Структурные патологии головного мозга, задержка в развитии и приступы (припадки) тоже входят в состав клинической картины. Нарушения сердечной деятельности (как гипертоническая кардиомиопатия и аритмия), низкий рост, грыжа диафрагмы, ногтевая дистрофия, преаурикулярный свищ, потеря слуха, мочеполовые мальформации (пороки развития, неправильное формирование) также являются частыми клиническими явлениями.
Скрининговая оценка предусматривает офтальмологический и дерматологический осмотр, оценку общего развития, выполнение эхокардиограммы, магнитно-резонансной томографии мозга (МРТ) и электроэнцефалограммы (ЭЭГ).
Делеции Xp22 SHOX
Делеция Xp22 включает в себя ген SHOX, мутация которого является причиной идиопатического низкого роста. Ген SHOX находится в псевдоаутосомном регионе 1 X- и Y-хромосом. Этот ген считается ответственным за низкорослость при синдроме Тёрнера, а гаплонедостаточность данного гена вызывает дисхондростеоз Лери-Вейлля. Дисхондростеоз Лери-Вейлля характеризуется низким ростом, наиболее выражено проявляющимся у женщин, а также хроническим подвывихом кисти (деформацией костей запястья, деформация Маделунга). Гомозиготные делеции гена SHOX вызывают дисплазию Лангера, более тяжелую форму метафизарной дисплазии. Делеции гена SHOX легко обнаруживаются у пациентов с низким ростом, без каких-либо других специфических особенностей в строении их скелета. Более чем 60% перестроек SHOX – это делеции гена; при отсутствии делеций сравнительная геномная гибридизация с последующим секвенированием для выявления и установления точечных мутаций, является клиническим обследованием идиопатического низкого роста.
Делеции Xp11.22
Делеции региона Xp11.22 включают ген PHF8 (кодирует пальцевидный белок PHD8), мутации которого связывают с умственной отсталостью, наличием расщелины губы/неба, а также с расстройствами аутистического характера.
Мутации с делецией гена PHF8 ассоциированы с синдромом Х-сцепленной умственной отсталости, синдром Сидериус-Хамель (синдром Siderius-Hamel).
Дупликации Xp.22.31
Дупликации в локусе Xp.22.31 часто описываются в литературе. Было много дискуссий на тему того, является ли данная дупликация патогенетической или же доброкачественным явлением, учитывая трудности определения последствий вариации числа копий генов. Данная дупликация затрагивает ген стероидной сульфатазы. Как результат – генетический дефект, мутация в гене стероидной сульфатазы, что выражается в снижении её активности или отсутствие её синтеза. Делеция данного гена связана с Х-сцепленным ихтиозом у мужчин. Данная дупликация отмечается у пациентов с умственной отсталостью. Однако, она выявляется как у здоровых родственников этих пациентов, так и в основной популяции. Хотя дупликации данного гена могут и не иметь фенотипических проявлений, трипликации последовательно связывают с умственными расстройствами. FISH-диагностика позволяет в конечном счете дифференцировать дупликации от трипликации (распознать увеличение копийности гена).
Синдром дупликации ME2CP
Мутации в гене, кодирующем метил-связывающий-CpG терминальный белок 2 (ME2CP), расположенный в Xq28, ответственный за синдром Ретта. Дупликации данного региона имеет небольшое или вовсе не имеет фенотипического значения для женщин, вероятно, из-за инактивации патологической X-хромосомы. Мужчины с данной мутацией сильно ослаблены. Наличие дупликации клинически выражается в наличии выраженной мышечной гипотонии, тяжелой умственной отсталости, задержке речевого развития, нарушения глотания (трудностей приема пищи), частых респираторных инфекций и судорожных приступов вплоть до тонико-клонических, иногда не поддающихся лечению. Многие пациенты с наличием данной дупликации были с диагностированным аутизмом либо расстройством подобного типа. По аналогии с тем, что наблюдается в синдроме Ретта, пациенты с дупликацией ME2CP испытывают регресс развития. Вдобавок у них развивается атаксия, прогрессирующие мышечные спастичности нижней части тела часто приводят к потере способности передвигаться. Отмечались проблемы желудочно-кишечного тракта и сильные запоры. Дупликация часто затрагивает ген антагонист рецептора интерлейкина 1 (IRAK1), что может играть роль в появлении иммунных патологий, отмечаемой у данной группы пациентов. Прогноз неблагоприятен, и большинство мужчин с данной дупликацией умирают до 30 лет по причине вторичных респираторных инфекций. Трипликация данного региона проявляется еще более тяжелым фенотипом у мужчин.
Скрининговые обследования этих пациентов предполагают проведение ЭЭГ, оценку функции глотания, оценку гуморального и клеточного иммунитета. Лечение может включать лечение мышечной гипотонии и спастичности, речевую терапию (логопедию), использование гастрономической трубки (гастростома) в случае проблем с питанием, а также лечение респираторных инфекций.
Перевод материалов сайта UpTodate подготовлен специалистами Центра иммунологии и репродукции.
Источник