Репарація ДНК, її біологічне значення

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛА У ЧЕЛОВЕКА

В конце 40-х годов  М. Барр обнаружил половые различия в строении интерфазных ядер соматических клеток: в ядрах соматических клеток нормальной самки была обнаружена своеобразная хроматиновая глыбка, названная половым хроматином, или тельцем Барра; в ядрах клеток нормального самца таких глыбок не было. Благодаря этому открытию, а также в результате изучения случаев половых аномалий возникли современные представления о механизме определения пола у человека и других млекопитающих.

а по длине равны 7-й паре. У мужчин половые хромосомы различны — одна Х-хромосома и одна мелкая акро- центрическая Y-хромосома, которая порой неотличима от четырех других акроцентрических хромосом. Y-хромо- сома изменчива, особенно по длине, по у всех мужчин из одной семьи Y-хромосомы сходны.

Для некоторых  нормальных хромосом характерно наличие сателлитов (спутников), представляющих собой утолщения, соединенные с коротким плечом хромосомы посредством ножки или вторичной перетяжки. Спутники имеются у пяти пар акроцентрических хромосом—13-й, 14-й, 15-й (группа IV) и 21—22-й (группа VII). Однако случаи обнаружения всех 10 хромосом со спутниками в одной клетке весьма редки.

Вторичные перетяжки  были также обнаружены на длинном  плече 1—4-й, 6-й, 9-й, 16-й, а иногда и  других хромосом. Эти перетяжки также  облегчают идентификацию отдельных хромосом. Области, соответствующие вторичным перетяжкам, участвуют в организации ядрышка, которое выполняет определенные функции, связанные с образованием информационной РНК — промежуточного звена во взаимодействии ядра и цитоплазмы, передающего закодированную в ДНК информацию на рибосомы, где происходит синтез белка.

Некоторые хромосомы  можно идентифицировать методом радиоавтографии по характеру синтеза новой ДНК. (В делящихся клетках меченный тритием тимидин включается в ДНК.)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛА У ЧЕЛОВЕКА

В конце 40-х годов  М. Барр обнаружил половые различия в строении интерфазных ядер соматических клеток: в ядрах соматических клеток нормальной самки была обнаружена своеобразная хроматиновая глыбка, названная половым хроматином, или тельцем Барра; в ядрах клеток нормального самца таких глыбок не было. Благодаря этому открытию, а также в результате изучения случаев половых аномалий возникли современные представления о механизме определения пола у человека и других млекопитающих.

фазе (рис. 1, 2), так и косвенно — по половому хроматину и «барабанным палочкам» лейкоцитов.

Но чем определяется различие между мужским и женским полом? Можно ли считать, что формирование мужского пола детерминируется отсутствием одной из Х-хро- мосом? Определяется ли женский пол присутствием двух Х-хромосом, а мужской пол наличием только одной Х-хромосомы? Или же активную роль в определении мужского пола играет именно У-хромосома? Ответы на эти вопросы были получены главным образом в процессе исследования различных аномалий пола.

При исследовании по методу Барра клеток лиц с аномалиями пола удалось выявить случаи несоответствия результатов такого исследования фенотипу индивидуума. Так, при синдроме Тернера наружные половые органы сформированы по женскому типу, а половой хроматин в соматических клетках отсутствует, тогда как при синдроме Клейнфельтера наблюдается обратная картина — наличие полового хроматина в клетках при мужском типе строения наружных половых органов (рис. 6 и 7).

Данные о половом хроматине  указывают на наличие аномалий половых  хромосом, что подтвердилось при  изучении хромосом на стадии метафазы. В большинстве случаев синдрома Тернера удавалось обнаружить всего 45 хромосом, и в том числе лишь одну Х-хромосому (тип ХО).

При синдроме Клейнфельтера  обнаруживается 47 хромосом, из них три половых — две Х-хромосомы и одна У-хромосома (тип ХХУ).

Любой тип хромосомной  аберрации, характеризующийся отклонением от нормального числа хромосом, называется анеуплоидией. Когда число хромосом кратно нормальному гаплоидному числу, то говорят о полиплои- дни. Например, многие клетки печени человека тетрапло- идны, т. е. содержат 92 хромосомы.

Синдром Клейнфельтера встречается  у одного из 400—600 новорожденных  мальчиков, синдром Тернера реже — примерно у одной из 5000 новорожденных  девочек. Теоретически можно предположить несколько механизмов возникновения этих аномалий; наблюдения над другими организмами позволяют допустить, что причина

Рис. 7. Синдром  Клейнфель- тера.

А — клинические признаки, наружные половые органы сформированы по мужскому типу, но яички недоразвиты; оволосение слабо выражено; в большинстве случаев наблюдается гинекомастия; очень длинные ноги; имеется половой хроматин. Б — анализ кариотипа данного больного показал, что у него 47 хромосом, в том числе три половые хромосомы — тип ХХУ.

Рис. 6. Синдром  Тернера.

А — клинические признаки наружные половые органы сформированы по женскому типу; низкий рост, pterigiunr colli, низкое расположение ушных раковин и характерное выражение лица, широкая щитоподобная грудная клетка с широко расставленными сосками и недоразвитыми молочными железами; матка недоразвита, яичники представлены только фиброзными тяжами В некоторых случаях наблюдается стеноз аорты (непосредственно у места впадения левой подключичной артерии), что приводит к резкому повышению давления в сосудах верхней части тела У больной, фотография которой помещена на данном рисунке, последняя аномалия была устранена путем хирургического вмешательства; на левой половине грудной клетки виден послеоперационный рубеЦ. Половой хроматин отсутствует. Б — анализ кариотипа данной больной показал, что у нее 45 хромосом, в том числе одна половая хромосома — тип ХО.

таких аномалии кроется в нерасхождении хромосом ли бо при одном из двух делений мейоза в процессе гамето генеза у одного из родителей, либо при ранних митотпче ских делениях зиготы. На рис. 8 эти гипотетические меха низмы представлены в виде схемы.

Если у лиц с аномалиями пола типа ХО и ХХУ, а так же у  их родителей проследить некоторые  характерные

сцепленные с Х-хромосомой признаки, то можно установить происхождение Х-хромосом (рис. 9).

Так, описаны случаи цветовой слепоты у ХО-индиви- дуумов при нормальном цветовом зрении у обоих родителей (рис. 9, А). Поскольку цветовая слепота представляет собой сцепленный с полом рецессивный признак,

Рис. 8. Возможные механизмы  возникновения анеуилоидии половыХ|

хромосом.

А — нерасхождение в гаметогенезе. Б — нерасхождение или потеря хромосомы на стадии зиготы; показан механизм возникновения немозаичного синдрома Клейнфельтера (тип ХХУ) из ХУ-зиготы

Нормальный ' сперматозоид

Синдром

Тернера

можно сделать вывод, что  мать является гетерозиготным носителем  гена цветовой слепоты и что' она  перёдает потомку Х-хромосому, несущую мутантный аллель цветовой слепоты; отсюда следует, что в данном случае синдрома Тернера имеется генотип Х^м0—отсутствует отцовская половая хромосома. Либо яйцо было оплодотворено сперматозоидом, не содержащим половых хромосом; ли- бо X- или У-хромосома была утрачена на ранней стадии, быть может при реорганизации мужского пронуклеуса, которая происходит в период между проникновением сперматозоида в яйцеклетку и завершением оплодотворения. Генотипы Х^р0 при синдроме Тернера были диагностированы с помощью сцепленного с Х-хромосомой доминантного гена группы крови Х§^а (рис. 9, Б). В этих случаях отсутствует материнская Х-хромосома. Аналогичный метод был применен и для изучения синдрома Клейнфельтера (ХХУ) (рис. 9, В).

В последние годы были обнаружены другие аномалии: половых хромосом, в том числе случаи женского фенотипа с наличием двух телец Барра в ядрах клеток слизи?.

2 Заказ № 321

Рис. 9. Выявление происхождения  Х-хромосомы при исследовании

семей.

Синдром Клейнфельтера с цветовой слепотой Х^сЬХ^сЬУ  

Синдром Нлейшрельтера , (Х^МХ^МУ)

Нормальное цветовое зрение Х⁺У ■

О

□

стой оболочки и, следовательно, трех Х-хромосом (XXX) и случаи мужского фенотипа при наличии двух телец  Барра и хромосомного комплекса  ХХХУ. Были обнаружены и другие аномалии; все они перечислены в табл. 2. Подобные аномалии пола нередко сопровождаются умственной отсталостью. Неудивительно, что большинство из них было выявлено в процессе цитогенетических обследований (обнаружение полового хроматина), проводившихся в дефектологических отделениях. Вполне понятно, что первыми при хромосомных аберрациях страдают тонко сбалансированные механизмы мозга.

Таблица 2

Определение пола

	Фенотип по полу	Фертиль ность	Число телец Барра	Комплекс половых хромосом
Нормальный мужчина . . .	Мужской	+	0	ХУ
Нормальная женщина . . .	Женский	+	1	XX
СинДром Тернера	»	—	0	хо
Синдром Клейнфельтера . .	Мужской	—	1	ХХУ
Трисомия X	Женский	±	2	XXX
Трисомия Х-У	Мужской	—	2	ХХХУ
Тетрасомия X	Женский	?	3	ХХХХ
Тетрасомия Х-У	Мужской	—	3	ХХХХУ
Пентаеомия X	Женский	?	4	ХХХХХ

Из данных, приведенных  в табл. 2, вытекает по меньшей мере два вывода:

1. Максимальное число телец Барра в любой клетке на единицу меньше числа Х-хромосом.
2. Мужской фенотип строго связан с присутствием У-хромосомы; в отсутствие У-хромосомы фенотип развивается по женскому типу независимо от числа присутствующих Х-хромосом.

Механизм определения  пола у человека и мыши совершенно отличен от механизма определения пола у дро

ХХХУ) при радиоавтографии  выявляются две поздно метящиеся хромосомы, а при цитогенетическом исследовании— две гетерохроматичные Х-хромосомы и два тельца Барра; при аномалиях типа ХХХХ и ХХХХУ с четырьмя Х-хромосомами обнаруживаются три тельца Барра и т. д.

Данные, полученные на разных видах животных, позволили предположить, что гетерохроматин генетически неактивен. Согласно гипотезе Лайон, которая будет рассмотрена в гл. 4, образование тельца Барра у человека и других млекопитающих связано с явлением компенсации дозы; именно благодаря существованию такого механизма эффект генов Х-хромосомы, представленных в нормальном женском организме в двойной дозе, проявляется не сильнее, чем в нормальном мужском организме, в котором имеется одна Х-хромосома и, следовательно, одна доза соответствующих генов. Гипотеза Лайон объясняет и ряд других фактов из области генетики. Следует подчеркнуть, что между Х-хромосомами в зародышевых клетках женщины, т. е. между двумя Х-хромосомами овогониев, нет подобных цитологических различий (стр. 50).

АНОМАЛИИ АУТОСОМ

Первой аномалией аутосом, описанной у человека, была аномалия, вызывающая синдром Дауна (рис. 11, А). При этом характерном синдроме (рис. 11,5) во всех клетках или в большей их части 21-я хромосома представлена не двумя гомологами, а тремя — налицо простая три- сомия по 21-й хромосоме. Правда, точно не установлено, какая хромосома представлена трижды —21-я или 22-я, потому что эти хромосомы морфологически очень сходны; ясно только, что аномалия затрагивает лишь одну из этих пар и что во всех случаях речь идет об одной и той же паре. Условно считают аномальной 21-ю пару.

В основе болезни Дауна  лежит нерасхождение хромосом, аналогичное описанному в разделе о половых хромосомах. У пожилых женщин дети с болезнью Дауна родятся чаще, чем у молодых (рис. 12). Судя по косвенным данным, нерасхождение хромосом происходит либо в яйцеклетке во время мейоза, либо на ранних стадиях

Рис. 11. Синдром Дауна.

Л — клинические признаки умствен* мл я отсталость, характерный разрез глаз, низкий рост, короткие и короткопалые руки и ноги; особое расположение линий на ладонях, аномалии внутренних органов, особенно сердца. Б — анализ кариоти- ла данного больного показал наличие лишней хромосомы; принято относить ее к 21-й паре.

ГЛАВА 2

дробления зиготы. Первый вариант  встречается, по-видимому, чаще. Если аномалия возникает на стадии зиготы, то моносомные клетки (клетки с одной 21-й хромосомой) погибают. (Примером моносомии по Х-хромосоме может служить синдром Тернера; случаев же моносомии по какой-либо аутосоме до сих пор не описано. По-видимому, недостаток аутосом значительно более опасен, чем их избыток; что же касается Х-хромосомы, то благодаря существованию механизма компенсации дозы как моно- сомия, так и полисомия по этой хромосоме переносятся относительно хорошо.)