[Sazanov_A.A.]_Genetika(BookFi.org)

получить изображение, где каждая хромосома представлена своим цветом (рис. 55). Присутствие фрагментов другого цвета на хромосоме будет говорить о хромосомной перестройке.

Рис. 55. Хромосомный пейнтинг (мультиFISH или спектральный анализ кариотипа)

В последние годы для выявления тонких хромосомных перестроек, размер которых может лежать за пределом разрешающей способности микроскопа, используют метод сравнительной геномной гибридизации (CGH – comparative genomic hybridization). Суть метода заключается в количественной оценке ДНК, связывающейся с молекулой короткого зонда на биочипе (рис. 56). Все хромосомы и отдельные районы представлены специфическими только для них ДНК-зондами, закрепленными на стекле. Координаты каждой такой последовательности введены в специальную программу. ДНК от анализируемого индивидуума и контрольный образец метят разными флуорохромами и гибридизуют на биочипе. После отмывок сканер считывает уровень флуоресценции в отдельных точках на биочипе. Этот уровень прямо пропорционален количеству связавшейся

URL: http://people.musc.edu~hazardsWebBioInformaticsSKY_CGH.htm

100

ДНК с определенным зондом, локализация которого известна. Снижение вдвое уровня флуоресценции в местах расположения зондов из определенного района по сравнению с нормальной клеткой свидетельствует о гетерозиготности по делеции (утрате) данного района. У гомозигот по делеции флуоресценция зондов из делетированных районов отсутствует вовсе. У гетерозигот по дупликации (удвоению хромосомного района) флуоресценция зондов из дуплицированного района в полтора раза выше, чем у кариотипически нормальных индивидуумов.

Рис. 56. Схема метода сравнительной геномной гибридизации (CGH)

101

РНК-матрицы достраивает теломерные повторы и удлиняет теломеры. Однако в большинстве дифференцированных клеток теломераза заблокирована, что приводит к неминуемому укорочении теломер и повышению вероятности мутаций расположенных в T-дисках онкогенов и генов домашнего хозяйства.

4.7. Нормальный кариотип человека

Кариотип человека в норме состоит из 23-х пар хромосом, которые располагают под номерами в порядке убывания их линейных размеров (рис. 57). Аутосомы (все хромосомы кроме половых) образуют одинаковый набор у обоих полов. Мужской набор половых хромосом XY, женский – XX. Как и у всех млекопитающих, гетерогаметным полом у человека является мужской. Y-хромосома состоит преимущественно из гетерохроматина. Небольшая по длине эухроматиновая часть содержит 397 генов (при общем числе генов у человека более 25000 для одной из самых коротких хромосом это немало). Для компенсации дозы генов в клетках женского организма происходит инактивация одной из X-хромосом. X-хромосома содержит 1606 генов. Примечательно, что в ней остается небольшая неинактивированная часть, содержащая примерно четверть генов, что уравнивает дозу работающих генов у обоих полов (примерно 400 генов половых хромосом представлено двумя копиями).

Согласно общепринятой международной номенклатуре кариотип принято записывать следующим образом: вначале записывают общее число хромосом, затем – половые хромосомы. При нормальном кариотипе этим и ограничиваются, при наличии хромосомных нарушений их описывают при помощи специальных обозначений, которые будут рассмотрены при изложении материала о каждой из них.

Пример

46, ХХ – нормальная женщина; 46, XY – нормальный мужчина.

Хромосомы человека принято условно подразделять на восемь групп, которые обозначают латинскими буквами от A до G. Такое подразделение вызвано тем, что не всегда можно

103

точно определить номер хромосомы. Распределение хромосом по группам было выполнено на основании их морфологических особенностей, видимых при рутинномокрашивании.

Б

Рис. 57. Нормальная метафазная пластинка (А)

ираскладка (Б) дифференциально окрашенных по G-методу хромосом человека

URL: http://homepage.mac.com/wildlifeweb/cyto/human/index.html

104

Группа А включает хромосомы 1, 2 и 3 – это метацентрические и субметацентрические хромосомы. Хромосома 1 – самый большой метацентрик в кариотипе. Хромосома 2 является самой крупной субметацентрической хромосомой. Метацентрическая хромосома 3 отличается примерно на 1/5 по длине от хромосомы 1 и, поэтому, легко может быть идентифицирована. В проксимальном (находящемся ближе к центромере) районе длинного плеча хромосомы 3 при использовании Q-окраски выявляется очень яркий сегмент, который также позволяет безошибочно определить эту хромосому.

Группа B включает хромосомы 4 и 5 – крупные субметацентрики. Отличить их друг от друга при рутинном окрашивании невозможно.

Группа C представлена хромосомами 6–12. В эту же группу входит половая X-хромосома. Все хромосомы этой группы – метацентрики среднего размера. Индивидуально различить их можно только при помощи G-, R- или Q-окраски.

Группа D включает три пары акроцентрических хромосом средней длины – с 13 по 15. Все они содержат вторичную перетяжку – место локализации ЯОР (ядрышкообразующих районов), отделяющую небольшой по длине спутник от остальной части короткого плеча. Размеры спутников заметно варьируют у разных индивидуумов. Иногда наблюдаются два спутника.

К группе E относят короткие метацентрические и субметацентрические хромосомы с 16 по 18. Хромосома 16 – метацентрик, ее длина составляет около трети от длины хромосомы 1. Хромосомы 17 и 18 близки по центромерному индексу (около 0,30) и несколько (5–10 %) различаются по длине.

Группа F объединяет две маленькие метацентрические хромосомы 19 и 20, практически неразличимые без дифференциальной окраски.

105

Группа G включает маленькие акроцентрические хро-

мосомы 21 и 22. К этой группе относят и половую Y-

хромосому, которая отличается от других хромосом этой группы положением хроматид длинного плеча – у Y-

хромосомы они расположены близко, а у хромосом 21 и 22 –

широко расставлены. Размер Y-хромосомы варьирует в ши-

роких пределах за счет изменения размеров гетерохромати-

нового блока, не оказывающего существенного влияния на фенотип. Такая вариабельность видна даже в интерфазных ядрах при окрашивании АТ-специфическими флуорохрома-

ми. В коротких плечах хромосом 21 и 22 обнаруживается вто-

ричная перетяжка – подобно хромосомам группы D они содержат районы ядрышковых организаторов (ЯОР). Рисунки дифференциальной исчерченности хромосом 21 и 22 сущест-

венно различаются, что позволяет проводить их индивиду-

альную идентификацию.

4.8. Политенные хромосомы

Гигантские хромосомы, названные политенными (бук-

вально – «многонитевые»), впервые были обнаружены Е.Г. Бальбиани в 1881 г. в слюнных железах мотыля (личинки комара-звонца рода Chironomus). Они представляли собой длинные ленты с поперечной исчерченностью (рис. 58). Позд-

нее этим же автором были обнаружены подобные структуры в макронуклеусе инфузорий. Однако связь обнаруженных то-

гда клеточных структур с наследственностью была показана только через 50 лет в работах Н.К. Кольцова, Э. Хайца и Х. Бауэра. Подробные карты темных участков политенных хромосом дрозофилы – дисков и светлых – междисков были построены одним из сотрудников Т. Моргана – автора хромо-

сомной теории – К. Бриджесом в 1935 г. (рис. 59). Эти цитоло-

106

гические карты хромосом Drosophila melanogaster используются до сих пор. Множественная редупликация ДНК без митоза

(эндорепликация) с сохранением связи хроматид в интерфаз-

ном ядре приводит к появлению политенных хромосом, в ко-

торых каждая нить ДНК представлена тысячами копий. Это делает политенные хромосомы замечательной моделью для генетиков. Более чем тысячекратное увеличение размеров хромосом и наличие на них естественного, уникального для каждого района рисунка дало возможность даже при сравни-

тельно слабой микроскопической технике 1930-х гг. блестяще подтвердить хромосомную теорию на большом числе пере-

строек, имеющих фенотипическое проявление. Распростра-

ненности этой модели немало способствовала легкость приготовления давленых препаратов в молочной или уксус-

ной кислоте и наличие политенных хромосом у дрозофилы – одного из излюбленных объектов генетического анализа. На политенных хромосомах наблюдается видимое проявление транскрипции – пуфы (рис. 60). Биологическое значение по-

литении – увеличение объема специализированных для ак-

тивного синтеза белка клеток (например, секреторных) и

увеличение числа копий генов для усиления их транскрип-

ции. Интересно, что при политении, как правило, наблюдает-

ся соматический синапсис – гомологичные хромосомы плотно прилегают друг к другу. Если одна из гомологичных хромосом содержит делетированный участок – другая в этом районе образует петлю. Дупликации, транслокации и другие хромосомные перестройки также замечательно видны на по-

литенных хромосомах с использованием обычного светового микроскопа.

107

А

Б

Рис. 58. А. Политенные хромосомы Chironomus salivary ;

Б. Иммунофлуресцентная окраска хромосом Drosophila melanogaster

URL: http://www.wikidoc.org/index.php/Polytene_chromosome

URL: http://mbg.cornell.edu/cals/mbg/research/lis-lab/researchdetails.cfm

108