Репарація ДНК, її біологічне значення

Рис. 12. Распределение  по возрасту матерей, у которых родились дети с синдромом Дауна.

/ — общее распределение, // — распределение при синдроме Даува*

38

и ^15/2,8

Другой механизм возникновения  болезни Дауна (гораздо более редкий)—транслокация хромосом 21—15. В таких случаях у больного обнаруживается 46 хромосом, в том числе две нормальные хромосомы 21, одна нормальная хромосома 15 и крупная непарная хромосома, которая, по-видимому, представляет собой продукт слияния части хромосомы 21 с хромосомой 15 (рис. 13, А). В случаях такой транслокации, как и при простой трисо- мии по 21-й хромосоме, генетический материал 21-й хромосомы присутствует в тройной дозе. Те и другие случаи болезни Дауна фенотипически идентичны. При транслокационном типе синдрома Дауна обычно у одного из родителей насчитывается всего 45 хромосом — одна хромосома 21, одна хромосома 15 и крупная хромосома — про- 13. Возникновение хромосомной аномалии при синдроме Дауна.

I пнллиз кариотипа  больного с транслокационным  синдромом Дауна выяв- 1МП 46 хромосом, в том числе одна нормальная хромосома 15 и две нормаль-* ■ хромосомы 21; кроме того, имеется большая транслокаиионная хромосома іії 21. Б — кариотип матери этого больного; мать фенотипически нормаль- пи, но имеет 45 хромосом, одна из которых транслокационная (15—21).

ся от нормальных и, кроме  того, бесплодны и маложизпе- снособны. Хромосомные комплексы упомянутых половых типов дрозофилы для наглядности представлены на рис. 25.

Не менее примечательно  и то, что гаплоидные ткани мух  с одной Х-хромосомой и одним  набором аутосом (1п), т. е. с половым  индексом, равным 1,0 (строка 9), развиваются также по женскому типу:

Для полноты картины необходимо упомянуть еще один тин исключительных мух, у которых одна половина тела состоит из клеток одного, например женского, пола (ХХ+ АА), а другая —  из клеток мужского пола (ХО+АА). Такие  мухи называются гинандроморфами. Один из путей возникновения заключается в утрате одной Х-хро- мосомы на очень ранней стадии развития, в результате чего та половина мухи, которая берет начало от исходных клеток зародыша с двумя Х-хромосомами, продолжает развиваться по женскому типу, а другая половина мухи, клетки которой являются потомками той, что Х-хромосому утратила, развивается по мужскому типу.

В заключение краткого обзора исключительных половых типов у дрозофилы необходимо подчеркнуть, что в настоящее время почти все они найдены и у человека.

В связи с этим особое значение применительно к человеку приобрело и само явление нерасхождения хромосом, которое было открыто на дрозофиле в 1913 г. и о котором время от времени вспоминали лишь при обсуждении аналогичных явлений у других объектов лабораторных исследований.

[ЧЕЛОВЕК

Исследования  хромосом. Краткая история вопроса

Результаты исследований хромосом и проблемы определения пола у дрозофилы, основные итоги которых кратко рассмотрены в предыдущем разделе,— пример того, как

одно из загадочных явлений  природы было выяснено на протяжении немногим более 20 лет и в основном закончено к концу 30-х годов. Успеху этих исследований способствовал ряд причин: ничтожная продолжительность развития дрозофилы от яйца до взрослого состояния; малое число хромосом, легко отличающихся друг от друга по форме и величине; возможность произвольных скрещиваний мух и прямого анализа изучаемых явлений; ничтожные затраты на ее разведение и т. д.

В отличие от исследований дрозофилы исследования хромосом человека и механизма определения пола у него развивались очень медленно, несмотря на их очевидную важность. Правда, на протяжении минувшего 50-летия  здесь было предпринято немало попыток  проникнуть в сущность внутриклеточных  механизмов определения пола и найти  сходство с теми закономерностями, которые были установлены йа дрозофиле. Однако, как бы это ни казалось удивительным, даже истинное число хромосом у человека было определено лишь в 1956 г.

Причин этого отставания было много, но главные две заключались  в невозможности применения к  человеку основного метода генетического  анализа — произвольных скрещиваний  — ив большом числе хромосом в  клетках, составляющих тело человека. Размеры клеток у разных животных и человека более или менее  одинаковы. Но в клетках дрозофилы  содержится 8 хромосом, а у человека их 46, т. е. почти в 6 раз больше. Поэтому  получение хорошего плоскостного препарата, на котором были бы отчетливо видны все 46 хромосом, было исключительно трудным делом.

Таким образом, исследователям проблемы пола у человека долгое время приходилось довольствоваться косвенными доводами и соображениями, вытекающими главным образом из наблюдений по наследованию тех болезней, которые обнаруживали связь с полом.

Примером такой болезни  у человека является гемофи-

ли я — несвертываемость или очень медленная свертываемость крови, вследствие чего даже незначительное ранение гемофилика может повести к серьезным последствиям. Изучение родословных тех семей, в которых наблюдались случаи гемофилии, позволило установить, что это заболевание носит определенно выраженный семейный, т. е. наследственный, характер и что за весьма редкими исключениями гемофилией страдают только мужчины. Сопоставление путей передачи болезни от родителей к детям и способа наследования половых хромосом у дрозофилы делало высоко вероятным предположение, что механизм определения пола у дрозофилы и человека одинаков и что в обоих случаях X- и У-хромосомы играют одинаковую роль.

Такое представление существовало в течение длительного времени. Более того, с ним мы, вероятно, пребывали бы и по сие время, если бы расхождение хромосом в процессе клеточных делений всегда протекало с точностью безукоризненно действующего механизма и приводило бы к возникновению лишь нормальных половых типов и никаких других.

Ясность в вопрос о сходстве механизма определения пола у  дрозофилы и человека и о роли в нем половых хромосом внесли недавние исследования ненормальных в  половом отношении типов у  человека, оказавшихся аналогичными таковым у дрозофилы. Эти исследования подтвердили правильность первоначального предположения о наличии у человека X- и У-хромосом, сходных с таковыми дрозофилы. Одинаковым оказался у них и самый механизм определения пола, о чем, опережая рассмотрение соответствующих данных, мы неоднократно упоминали выше. Вместе с тем эти исследования показали, что X- и У-хромосомы человека играют в определении пола несколько иную роль, чем у дрозофилы. Эти отличия станут более ясными после того, как мы познакомимся с аберрантными половыми типами человека, которые так же, как у дрозо

филы, возникают в результате неправильного расхожде-* ния половых хромосом в процессе созревания половых клеток.

Нерасхождение хромосом. Новые методы их исследования

Рассмотренное выше нерасхождение  хромосом у дрозофилы не является исключительной «привилегией» этой мушки, у которой оно было открыто давно, но долго не привлекало к себе внимания в связи с исследованием проблемы пола у человека. Нерасхождение хромосом широко распространено в природе и вместе с естественным отбором представляет один из путей возникновения новых разновидностей и видов.

К несчастью, человек тоже не лишен этой «привилегии», и «ошибки» в расхождении хромосом у него точно так же служат источником возникновения ненормальных половых и аутосомных типов, подобных таковым у дрозофилы. И когда исследователи проблемы пола и врачи, вооруженные новейшими методами исследования хромосом, вплотную заинтересовались причинами возникновения разнообразных пороков и расстройств половой сферы у человека, то тут был вскрыт ряд фактов, имеющих важное значение не только для проблемы определения пола, но и для медицины в целом.

Первым результатом этих исследований было уточнение механизма определения пола у человека и роли в этом процессе половых хромосом.

Другим, не менее важпым результатом  этих исследова-, ний явилось устаповлепие прямой связи определенных заболеваний человека неизвестной до того времени природы с неправильностями расхождения хромосом в процессе созревания половых клеток. Вследствие этих нарушений образуются гаметы необычного хромосомного состава, приводящие к возникновению ненормальных половых и аутосомных типов, подобных таковым у дрозофилы. Поскольку

причиной их возникновения  являются исключительные, аберрантные, сочетания (комплексы) хромосом, все  подобные пороки и расстройства подучили название «Хромосомных болезней». Ниже кратко будут рассмотрены примеры таких болезней.

^ $

В науке почти всегда бывает так, что принципиально новые  открытия и приложение существующих теорий К Ись следованию новых областей науки приходят с изобретением новых методов и удачным выбором объектов исследования. Пример успешного выяснения проблемы определения пола у дрозофилы служит яркой тому иллюстрацией. Не составляет исключения из этого правила и тот новый период, начало которому положили исследования по уточнению механизма определения пола у человека и роли в нем половых хромосом е применением усовершенствованного метода исследования.

Выше уже были отмечены главнейшие препятствия, тормозившие  исследование хромосом человека, и  в частности трудоемкость и ограниченность методики изготовления хороших препаратов хромосом. Недавние усовершенствования в этой области значительно расширили возможности как самого метода, так и исследования проблемы в целом.

Для подсчета хромосом в  клетках человека наиболее удобными оказались белые кровяные клетки — лейкоциты. Их отделяют от эритроцитов  центрифугированием и на 2—3 суток  высевают на питательную среду с  добавлением в нее фитогемагглютинина. По истечении указанного времени культуру лейкоцитов обрабатывают колхицином (3 часа), а затем гипотоническим раствором (10—15 мин.), после чего переносят на предметное Стекло, подсушивают на воздухе и окрашивают ядерной краской.

Фитогемагглютинин способствует делению лейкоцитов и, следовательно, обогащает культуру клетками на той  стадии, когда хромосомы наиболее удобны для иселедова-

ния, Обработка культуры колхицином, напротив, преследует » цель затормозить последние стадии деления клеток и, следовательно, также способствует накоплению в культуре клеток на стадии митоза. Наконец, обработка лейкоцит тов гипотоническим раствором вызывает набухание ядер, в результате чего они разрушаются и освобождают хромосомы. Под влиянием гипотонического раствора хромосомы также несколько набухают, расправляются и располагаются на пространстве гораздо большем, чем в ядре клетки. Описанная процедура подготовки клеток значительно расширила возможности микроскопического исследования хромосом (рис. 26).

Многие пары хромосом человека настолько мало отличаются друг от друга, что их с уверенностью можно расклассифицировать лишь в пределах групп, границы которых установлены работающими в этой области исследователями на специально созванной международной конференции в Денвере (США) в 1959 г. На рис. 27 представлены наборы хромосом нормальных женщины и мужчины, сгруппированные и пронумерованные в соответствии с рекомендациями этой конференции. Нумерация хромосом в пределах некоторых групп, папример хромосом 13—15-й или 19—20-й, имеет в большой мере условное значение и с достоверностью может быть выдержана лишь в результате большого личного опыта исследователя.

Рис. 26. Хромосомы человека, видимые под микроскопом на препаратах, приготовленных по новому методу.

» л Я	І - **
Пип в			Ш* п	1
Пша к			Пни
12 3 4 5 6 X			12 3 4 5 6	к
НИИ			11Н1!
ППУ			* н # и 1
7 в  9 10 11 12			7 8 9 10 11 12
(1 Л И И к и а а			|| Н К М X Л	л А а
11 Й 1) X И II и М			ДА ЛХ X X X х	А Л
13 Ш 15 16 17 18 /9 20 2122			13 14 15 16 171в 19 20 2122 У

Рис. 27. Хромосомы человека, расклассифицированные и расположенные на рисунке в соответствии с рекомендациями Денверской конференции.

Слева — хромосомы женщины (XX); справа — хромосомы мужчины (ХУ).

Цифрами 1—22 обозначены аутосомы.

Другим методическим (новшеством, сыгравшим важную роль в исследовании проблемы пола у человека, явилось  обнаружение в ядрах клеток человека и некоторых других млекопитающих особых хроматиновых образований, известных под двояким названием, а именно: полового хроматина или телец Барра (по имени автора, открывшего их в 1949 г.).

Тельца Барра (рис. 28) представляют собой сферические образования около 1 микрона в диаметре; они располагаются пристеночно, прилегая к внутренней поверхности ядерной оболочки. О хроматиновой природе телец Барра свидетельствует, в частности, тот факт, что они окрашиваются теми же специальными красками, что и хромосомы.

Происхождение телец Барра  и их связь с хромосомами

Рис. 28. Тельца Барра (половой  хроматин).

1 -586 соматические клетки нормальной женщины содержат одно тельце Барра (указано стрелкой); 2—в клетках нормальных мужчин тельца Барра отсутствуют; 3 — у трисомиков (XXX или ХХХУ) присутствует два тельца Барра.

будут рассмотрены ниже. Сейчас же мы отметим их другую важную особенность, которая заключается в том, что они обнаруживаются только в женских соматических клетках (т. е. у самок животных и у женщин) и отсутствуют в мужских соматических клетках (т. е. у самцов животных и у мужчин).