Медицинская генетика. Детекция мутации de novo в гене дистрофина и её значение для медико-генетического консультирования при мышечной дистрофии Дюшенна (клиническое наблюдение)

Амниоцентез - исследование, которое используется для того, чтобы получить образец для анализа генов и хромосом плода. Плод находится в матке окруженный жидкостью. Эта жидкость содержит небольшое количество клеток кожи будущего ребенка. Небольшое количество жидкости отбирается тонкой иглой через брюшную стенку матери (живот). Жидкость отправляют в лабораторию для исследования. Для получения более подробной информации см. брошюру Амниоцентез.

Аутосомно-доминантное генетическое заболевание - это такое заболевание, для развития которого человеку необходимо унаследовать одну измененную копию гена (мутацию) от одного из родителей. При данном типе наследования заболевание передается половине детей супружеской пары от одного из родителей, который болен. Поражаются оба пола с равной вероятностью. В семьях наблюдается вертикальная передача заболевания: от одного из родителей половине детей.

Аутосомно-рецессивное генетическое заболевание - это такое заболевание, для развития которого человеку необходимо унаследовать две измененные копии гена (мутации), по одной от каждого из родителей. При данном типе наследования болеет четверть детей супружеской пары. Родители здоровы, но являются носителями заболевания. Человек, имеющий только одну копию измененного гена, будет являться здоровым носителем. Для получения более подробной информации см. брошюру Рецессивное наследование.

Аутосомный - признак, ген которого, расположен на аутосомах.

Аутосомы - У человека 23 пары хромосом. Пары от 1 до 22 называются аутосомами и выглядят одинаково у мужчин и женщин. Хромосомы 23-й пары у мужчин и женщин отличаются, и называются половыми хромосомами.

Биопсия ворсин хориона, БВП - процедура, проводимая во время беременности, для забора клеток плода для проведения исследования генов или хромосом будущего ребенка на определенные наследственные состояния. Небольшое количество клеток берется из развивающейся плаценты и отправляется в лабораторию для исследования. Для получения более подробной информации см. брошюру Биопсия ворсин хориона.

Влагалище - орган, соединяющий матку с внешней средой, родовой канал.

Ген - информация, необходимая организму для жизнедеятельности, хранящаяся в химической форме (ДНК) на хромосомах.

Генетический - вызванный генами, имеющий отношение к генам.

Генетическое исследование - исследование, которое может помочь установить, имеются ли изменения в отдельных генах или хромосомах. Для получения более подробной информации см. брошюру Что такое генетическое исследование?

Генетическое заболевание - заболевание, вызванное нарушениями в генах или хромосомах.

Делеция - потеря части генетического материала (ДНК); этот термин можно использовать для обозначения потери части как гена, так и хромосомы. Для получения более подробной информации см. брошюру Хромосомные нарушения.

ДНК - химическая субстанция, из которой состоят гены, и которая содержит информацию, необходимую организму для жизнедеятельности.

Дупликация - аномальное повторение последовательности генетического материала (ДНК) в гене или хромосоме. Для получения более подробной информации см. брошюру Хромосомные нарушения.

Измерение толщины воротникового пространства (ТВП) - ультразвуковое исследование задней части области шеи плода, которое заполнено жидкостью на ранней стадии беременности. Если у ребенка есть врожденное заболевание (например, синдром Дауна), толщина воротникового пространства может быть изменена.

Инверсия - изменение последовательности генов в отдельной хромосоме. Для получения более подробной информации см. брошюру Хромосомные нарушения.

Инсерция - вставка дополнительного генетического материала (ДНК) в ген или хромосому. Для получения более подробной информации см. брошюру Хромосомные нарушения.

Кариотип - описание структуры хромосом индивидуума, включающее число хромосом, набор половых хромосом (XX или XY) и любые отклонения от нормального набора.

Клетка - человеческое тело состоит из миллионов клеток, которые служат «строительными блоками». Клетки в разных местах тела человека по-разному выглядят и выполняют различные функции. Каждая клетка (за исключением яйцеклеток у женщин и сперматозиодов у мужчин) содержит по две копии каждого гена.

Кольцевая хромосома - термин, используемый, когда концы хромосомы соединяются друг с другом и образуют кольцо. Для получения более подробной информации см. брошюруХромосомные транслокации.

Матка - часть тела женщины, в которой во время беременности растет плод.

Медико-генетическое консультирование - информационная и медицинская помощь людям, обеспокоенным наличием в семье состояния, возможно, имеющего наследственную природу.

Мутация - изменение последовательности ДНК определенного гена. Данное изменение последовательности гена приводит к тому, что нарушается содержащаяся в нём информация, и он не может работать правильно. Это может привести к развитию генетического заболевания.

Невынашивание - п реждевременное прекращение беременности, наступившее до того момента, когда ребенок способен выжить вне матки.

Несбалансированная транслокация - транслокация, при которой хромосомная перестройка приводит к приобретению или утрате некоторого количества хромосомного материала (ДНК), либо одновременно к приобретению дополнительного и утрате части исходного материала. Может возникать у ребенка, родитель которого является носителем сбалансированной транслокации. Для получения более подробной информации см. брошюру Хромосомные транслокации.

Носитель хромосомной перестройки - человек, у которого есть сбалансированная транслокация, при которой количество хромосомного материала не уменьшено, и не увеличено, что обычно не вызывает нарушений здоровья.

Носитель - человек, который обычно не страдает заболеванием (в настоящее время), но является носителем одной измененной копии гена. В случае рецессивного заболевания, носитель обычно здоров; в случае доминантного заболевания с поздним дебютом, человек заболеет позднее.

Оплодотворение - слияние яйцеклетки и сперматозоида для создания первой клетки ребенка.

Плацента - орган, прилежащий к внутренней стенкe матки беременной женщины. Плод получает через плаценту питательные вещества. Плацента растет из оплодотворенной яйцеклетки, поэтому она содержит теже гены, что и плод.

Позитивный результат - результат теста, который показывает, что у обследованного человека выявлено изменение (мутация) в гене.

Половые хромосомы - Х-хромосома и Y-хромосома. Набор половых хромосом определяет, является ли индивид мужчиной или женщиной. У женщин - две Х-хромосомы, у мужчин - одна Х-хромосома и одна Y-хромосома.

Предиктивное тестирование - генетическое исследование, направленное на выявление состояния, которое может развиться или разовьется в течение жизни. Когда генетическое исследование направлено на выявление состояния, которое почти неизбежно разовьется в будущем, такое исследование называют пресимптоматическим .

Пренатальная диагностика - исследование, проводимое во время беременности, на наличие или отсутствие генетического заболевания у ребенка.

Реципрокная транслокация - транслокация которая возникает, когда два фрагмента отрываются от двух разных хромосом и меняются местами. Для получения более подробной информации см. брошюру Хромосомные транслокации.

Робертсоновская транслокация - возникает, когда одна хромосома оказывается прикрепленной к другой. Для получения более подробной информации см. брошюру Хромосомные транслокации.

Сбалансированная транслокация - т ранслокация (хромосомная перестройка), при которой количество хромосомного материала не уменьшено и не увеличено, но он перемещен с одной хромосомы на другую. Человек со сбалансированной транслокацией обычно не страдает от этого, однако риск развития генетических заболеваний для его детей повышен. Для получения более подробной иниформации см. брошюру Хромосомные транслокации.

Состояние, сцепленное с полом - См. Х-сцепленное наследование.

Сперматозоид - половая клетка отца, отцовский вклад в образование клетки, из которой разовьется новый ребенок. Каждый сперматозоид содержит 23 хромосомы, по одной из каждой пары хромосом отца. Сперматозоид сливается с яйцеклеткой для создания первой клетки, из которой развивается будущий ребенок.

Транслокация - перестройка хромосомного материала. Возникает, когда фрагмент одной хромосомы отрывается и прикрепляется в другое место. Для получения более подробной информации см. брошюру Хромосомные транслокации.

Ультразвуковое исследование (УЗИ) - безболезненное исследование, при котором звуковые волны используются для создания изображения плода, растущего в матке матери. Оно может проводиться путем перемещения головки сканера по поверхности брюшной стенки (живота) матери или внутри влагалища.

Хромосомы - нитевидные структуры, различимые под микроскопом, которые содержат гены. В норме у человека 46 хромосом. Один комплект из 23 хромосом мы наследуем от матери, второй комплект из 23 хромосом - от отца.

Х-сцепленное заболевание - генетическое заболевание, возникающее в результате мутации (изменения) в гене, расположенном на Х-хромосоме. Х-сцепленные заболевания включают гемофилию, мышечную дистрофию Дюшенна, сидром ломкой Х-хромосомы и множество других. Для получения более подробной информации см. брошюру Х-сцепленное наследование.

ХХ - так обычно представляют набор половых хромосом женщины. В норме у женщины две Х-хромосомы. Каждая из Х-хромосом наследуется от одного из родителей.

Х-хромосома - Одна из половых хромосом. У женщин в норме две Х-хромосомы. У мужчин в норме одна Х-хромосома и одна Y-хромосома.

Яичник/яичники - органы в теле женщины, продуцирующие яйцеклетки.

Яйцеклетка - половая клетка матери, которая послужит основой для создания первой клетки будущего ребенка. Яйцеклетка содержит 23 хромосомы; по одной из каждой пары, имеющейся у матери. Яйцеклетка сливается со сперматозоидом для формирования первой клетки ребенка.

De novo - с очетание из латинского языка, означающее «заново». Используется для описания изменения генов или хромосом (мутаций), которые являются вновь образовавшимися, т.е. ни у одного из родителей человека с мутацией de novo этих изменений нет.

XY - так обычно представляют набор половых хромосом мужчины. В норие у мужчин одна Х-хромосома и одна Y-хромосома. Мужчины наследуют Х-хромосому от матери, а Y-хромосому - от отца.

Y-хромосома - одна из половых хромосом. В норме у мужчин одна Y-хромосома и одна Х-хромосома. У женщины в норме две Х-хромосомы.

Шизофрения - одна из самых загадочных и сложных болезней, причем во многих смыслах. Ее тяжело диагностировать - до сих пор нет консенсуса о том, одно это заболевание или много похожих друг на друга. Ее сложно лечить - сейчас есть лишь препараты, которые подавляют т. н. позитивные симптомы (вроде бреда), но они не помогают возвратить человека к полноценной жизни. Шизофрению сложно исследовать - ни одно другое животное кроме человека ей не болеет, поэтому и моделей для ее изучения почти нет. Шизофрению очень тяжело понять с генетической и эволюционной точки зрения - она полна противоречий, которые биологи пока не могут разрешить. Однако хорошие новости заключаются в том, что в последние годы, наконец, дело вроде бы сдвинулись с мертвой точки. Об истории открытия шизофрении и первых результатах ее изучения нейрофизиологическими методами мы уже . На этот раз речь пойдет о том, как ученые ищут генетические причины возникновения болезни.

Важность этой работы даже не в том, что шизофренией болеет почти каждый сотый человек на планете и прогресс в этой области должен хотя бы радикально упростить диагностику, - даже если создать хорошее лекарство сразу и не получится. Важность генетических исследований в том, что они уже сейчас меняют наши представления о фундаментальных механизмах наследования сложных признаков. Если ученым все-таки удастся понять, как может «прятаться» в нашей ДНК такая сложная болезнь как шизофрения, это будет означать радикальный прорыв в понимании организации генома. И значение такой работы выйдет далеко за пределы клинической психиатрии.

Сначала немного сырых фактов. Шизофрения - это тяжелое, хроническое, ведущее к инвалидности психическое заболевание, поражающее обычно людей в молодом возрасте. От нее страдает около 50 миллионов человек по всему миру (немногим менее 1% популяции). Заболевание сопровождается апатией, безволием, часто галлюцинациями, бредом, дезорганизацией мышления и речи, моторными нарушениями. Симптомы обычно становятся причиной социальной изоляции и снижения работоспособности. Повышенный риск суицида у больных шизофренией, а также сопутствующие соматические заболевания приводят к тому, что общая продолжительность жизни у них снижается на 10-15 лет. Кроме того, больные шизофренией имеют меньше детей: мужчины имеют в среднем на 75 процентов, женщины - на 50 процентов .

Последние полвека стали временем бурного прогресса во многих областях медицины, однако этот прогресс почти не затронул профилактику и лечение шизофрении. Не в последнюю очередь это связано с тем, что мы до сих пор не имеем внятного представления о том, нарушение каких именно биологических процессов является причиной развития заболевания. Такой дефицит понимания привел к тому, что со времени появления на рынке первого антипсихотического препарата хлорпромазина (торговое название: «Аминазин») более 60 лет назад так и не произошло качественного изменения в лечении болезни. Все ныне существующие одобренные для лечения шизофрении антипсихотики (как типичные, включая хлорпромазин, так и атипичные) имеют один и тот же основной механизм действия: они снижают активность дофаминовых рецепторов, что устраняет галлюцинации и бред, но, к сожалению, слабо влияет на негативную симптоматику вроде апатии, безволия, расстройств мышления и т. д. Про побочные эффекты мы даже не упоминаем. Общее разочарование в исследованиях шизофрении проявляется в том, что фармацевтические компании уже давно уменьшают финансирование разработки антипсихотиков , - и это при том, что общее число клинических испытаний только растет. Однако надежда на прояснение причин возникновения шизофрении пришла с довольно неожиданной стороны - она связана с беспрецедентным прогрессом в молекулярной генетике.

Коллективная ответственность

Еще первые исследователи шизофрении заметили, что риск заболеть тесно связан с наличием больных родственников. Попытки установить механизм наследования шизофрении были предприняты почти сразу после переоткрытия законов Менделя, в самом начале XX века. Однако, в отличие от многих других болезней, шизофрения никак не хотела укладывалась в рамки простых менделевских моделей. Несмотря на высокую наследуемость, связать ее с одним или несколькими генами не получалось, поэтому к середине века все большей популярностью стали пользоваться т. н. психогенные теории развития болезни. В согласии с крайне популярным к середине века психоанализом, эти теории объясняли видимую наследуемость шизофрении не генетикой, а особенностями воспитания и нездоровой атмосферой внутри семьи. Появилось даже такое понятие как «шизофреногенные родители».

Однако теория эта, не смотря на свою популярность, прожила недолго. Окончательную точку в вопросе о том, является ли шизофрения наследственной болезнью, поставили психогенетические исследования, проведенные уже в 60-70-е годы. Это были прежде всего близнецовые исследования, а также исследования приемных детей. Суть близнецовых исследований заключается в сравнении вероятностей проявления какого-то признака - в данном случае развития заболевания - у одно- и разнояйцевых близнецов. Поскольку разница в действии среды на близнецов не зависит от того однояйцевые они или разнояйцевые, то различия в этих вероятностях должны происходит главным образом от того, что однояйцевые близнецы генетически идентичны, а разнояйцевые имеют в среднем лишь половину общих вариантов генов.

В случае шизофрении оказалось, что конкордантность однояйцевых близнецов более чем в 3 раза превышает конкордантность разнояйцевых: для первых она составляет приблизительно 50 процентов, а для вторых - менее 15 процентов. Эти слова надо понимать так: если у вас есть страдающий шизофренией однояйцевый брат-близнец, то вы сами заболеете с вероятностью в 50 процентов. Если же вы с братом разнояйцевые близнецы, то и риск заболеть составляет не более 15 процентов. Теоретические расчеты, которые дополнительно учитывают распространенность шизофрении в популяции, дают оценку вклада наследуемости в развитие болезни на уровне 70-80 процентов. Для сравнения, примерно так же наследуется рост и индекс массы тела - признаки, которые всегда считались тесно связанными с генетикой. Кстати, как оказалось позже, столь же высокая наследуемость характерна для трех из четырех остальных основных психических заболеваний: синдрома дефицита внимания и гиперактивности, биполярного расстройства и аутизма.

Результаты близнецовых исследований полностью подтвердились при изучении детей, которые родились у больных шизофренией и были усыновлены в раннем младенчестве здоровыми приемными родителями. Оказалось, что риск заболеть шизофренией у них не снижен по сравнению с детьми, воспитанными своими родителями-шизофрениками, что однозначно указывает на ключевую роль генов в этиологии.

И здесь мы подходим к одной из самых загадочных особенностей шизофрении. Дело в том, что если она так сильно наследуется и при этом очень негативно влияет на приспособленность носителя (напомним, что больные шизофренией оставляют по крайней мере вдвое меньше потомков, чем здоровые люди), то как ей удается сохраняться в популяции по крайней мере на протяжении ? Это противоречие, вокруг которого во многом и происходит главная борьба между разными теориями, получило название «эволюционного парадокса шизофрении»

До недавнего времени ученым было совершенно неясно, какие именно особенности генома больных шизофренией предопределяют развитие болезни. На протяжении десятилетий горячие споры велись даже не о том, какие именно гены изменены у больных шизофренией, а о том, какова общая генетическая «архитектура» болезни.

Имеется ввиду следующее. Геномы отдельных людей очень похожи друг на друга, отличия в среднем составляют менее 0,1 процента нуклеотидов. Некоторые из этих отличительных особенностей генома довольно широко распространены в популяции. Условно считается, что если они встречаются у более чем одного процента людей, их можно называть распространенными вариантами или полиморфизмами. Считается, что такие распространенные варианты появились в геноме человека более 100,000 лет назад, еще до первой эмиграции из Африки предков современных людей, поэтому они присутствуют обычно в большинстве человеческих субпопуляций. Естественно, что для того, чтобы существовать в значительной части популяции на протяжении тысяч поколений большая часть полиморфизмов должна быть не слишком вредна для своих носителей.

Однако в геноме каждого из людей есть и другие генетические особенности,- более молодые и более редкие. Большая часть из них не предоставляет носителям какого-либо преимущества, поэтому их частота в популяции, даже если они фиксируются, остается незначительной. Многие из этих особенностей (или мутаций) имеют более или менее выраженное отрицательное влияение на приспособленность, поэтому они постепенно удаляются негативным отбором. Им взамен в результате непрерывного мутационного процесса появляются другие новые вредные варианты. В сумме частота любой из новых мутаций почти никогда не превышает 0,1 процентов, и такие варианты называют редкими.

Так вот, под архитектурой болезни имеется ввиду то, какие именно генетические варианты - распространенные или редкие, имеющие сильный фенотипический эффект или лишь слегка увеличивающие риск развития болезни, - предопределяют ее появление. Именно вокруг это вопроса до недавнего времени и велись основные споры о генетике шизофрении.

Единственный факт, бесспорно установленный молекулярно-генетическими методами относительно генетики шизофрении за последнюю треть XX века - ее невероятная сложность. Сегодня очевидно, что предрасположенность к болезни определяется изменениями в десятках генов. При этом все предложенные за это время «генетические архитектуры» шизофрении можно объединить в две группы: модель «распространенная болезнь - распространенная изменчивость» («common disease - common variants», CV) и модель «распространенная болезнь - редкие варианты» («common disease - rare variants», RV). Каждая из моделей давала свои объяснения «эволюционного парадокса шизофрении».

RV vs. CV

Согласно модели CV генетическим субстратом шизофрении является некий набор генетических особенностей, полиген, - сродни тому, что определяет наследование количественных признаков вроде роста или массы тела. Такой полиген - это набор полиморфизмов, каждый из которых лишь немного влияет на физиологию (они называются «каузальными», т. к. хоть и не по одиночке, но приводят к развитию болезни). Чтобы поддерживать характерный для шизофрении довольно высокий уровень заболеваемости необходимо, чтобы этот полиген состоял из распространенных вариантов - ведь собрать в одном геноме много редких вариантов очень сложно. Соответственно и каждый человек имеет десятки таких рискованных вариантов в своем геноме. Суммарно все каузальные варианты определяют генетическую предрасположенность (liability) каждого отдельного человека к заболеванию. Предполагается, что для качественных сложных признаков, таких как шизофрения, имеется некое пороговое значение предрасположенности, и заболевание развивается только у тех людей, чья предрасположенность превышает это пороговое значение.

Пороговая модель предрасположенности к заболеванию. Показано нормальное распределение предрасположенности, отложенной по горизонтальной оси. У людей, чья предрасположенность превышает пороговое значение, развивается заболевание.

Впервые такая полигенная модель шизофрении была предложена в 1967 году одним из основателей современной психиатрической генетики Ирвингом Готтесманом, внесшим также значительный вклад в доказательство наследственной природы болезни. С точки зрения приверженцев модели CV сохранение высокой частоты каузальных вариантов шизофрении в популяции на протяжении многих поколений может иметь несколько объяснений. Во-первых, каждый отдельный такой вариант имеет довольно незначительное влияние на фенотип, такие «квази-нейтральные» варианты могут быть невидимы для отбора и оставаться распространенными в популяциях. Особенно это касается популяций с низкой эффективной численностью, где влияние случайности не менее важно, чем давление отбора - к таковым относится и популяция нашего вида.

С другой стороны, выдвигались предположения о присутствии в случае шизофрении т. н. балансирующего отбора, т. е. позитивного влияния «шизофренических полиморфизмов» на здоровых носителей. Это не так уж и сложно представить. Известно, например, что для шизоидных личностей с высокой генетической предрасположенностью к шизофрении (которых много среди близких родственников больных), характерен повышенный уровень творческих способностей, что может слегка увеличивать их адаптацию (это показано уже в нескольких работах). Популяционная генетика допускает такую ситуацию, когда положительный эффект каузальных вариантов у здоровых носителей может перевешивать негативные последствия для тех людей, у которых этих «хороших мутаций» оказалось слишком много, что привело к развитию болезни.

Вторая базовая модель генетической архитектуры шизофрении - модель RV. Она предполагает, что шизофрения - это собирательное понятие и каждый отдельный случай или семья историей заболевания - это отдельная квази-менделевская болезнь, связанная в каждом отдельном случае с уникальными изменениями в геноме. В рамках этой модели каузальные генетические варианты находятся под очень сильным давлением отбора и довольно быстро удаляются из популяции. Но так как в каждом поколении происходит небольшое количество новых мутаций, то между отбором и возникновением каузальных вариантов устанавливается некое равновесие.

С одной стороны, модель RV может объяснить, почему шизофрения очень хорошо наследуется, но ее универсальных генов до сих пор не найдено: ведь в каждой семье наследуются свои собственные каузальные мутации, а универсальных просто нет. С другой стороны, если руководствоваться этой моделью, то приходится признать, что мутации в сотнях разных генов могут приводить к одному и тому же фенотипу. Ведь шизофрения - заболевание распространенное, а возникновение новых мутаций происходит редко. Например, данные по секвенированию троек отец-мать-ребенок показывают, что в каждом поколении на 6 миллиардов нуклеотидов диплоидного генома возникает лишь 70 новых однонуклеотидных замен, из которых в среднем только несколько теоретически могут оказывать какое-либо влияние на фенотип, а мутации других типов - еще более редкое явление.

Тем не менее, некоторые эмпирические данные косвенно подтверждают такую модель генетической архитектуры шизофрении. Например, в начале 90-х годов было обнаружено, что около одного процента всех больных шизофренией имеют микроделецию в одной из областей 22-ой хромосомы. В подавляющем большинстве случаев эта мутация не наследуется от родителей, а происходит de novo в ходе гаметогенеза. Один из 2000 людей рождается с такой микроделецией, приводящей к разнообразным нарушениям в работе организма, названным «синдромом Ди Джорджи». Для страдающих этим синдромом характерны серьезные нарушения когнитивных функций и иммунитета, часто они сопровождаются гипокальциемией, а также проблемами с сердцем и почками. У четверти больных синдромом Ди Джорджи развивается шизофрения. Заманчиво было бы предположить, что и другие случаи шизофрении объясняются сходными генетическими нарушениями с катастрофическими последствиями.

Другим эмпирическим наблюдением косвенно подтверждающим роль de novo мутаций в этиологии шизофрении является связь риска заболеть с возрастом отца. Так, по некоторым данным среди тех, чьим отцам было больше 50 лет на момент рождения, в 3 раза больше больных шизофренией, чем среди тех, чьим отцам было меньше 30. С другой стороны, довольно давно выдвигались гипотезы о связи возраста отца с возникновением de novo мутаций. Такая связь, например, давно установлена для спорадических случаев другой (моногенной) наследственной болезни - ахондроплазии. Эта корреляция совсем недавно была подтверждена вышеупомянутыми данными по секвенированию троек: количество de novo мутаций связано с возрастом отца, но не с возрастом матери. По расчетам ученых от матери ребенок в среднем получает 15 мутаций независимо от ее возраста, а от отца - 25, если ему 20 лет, 55, если ему 35 лет и более 85, если он старше 50. То есть количество de novo мутаций в геноме ребенка увеличивается на две с каждым годом жизни отца.

Казалось, что вместе эти данные довольно ясно указывают на ключевую роль de novo мутаций в этиологии шизофрении. Однако ситуация на самом деле оказалась гораздо сложнее. Уже после разделения двух основных теорий, на протяжении десятилетий генетика шизофрении находилась в стагнации. Не было получено почти никаких достоверных воспроизводимых данных в пользу одной из них. Ни об общей генетической архитектуре болезни, ни о конкретных вариантах, влияющих на риск развития заболевания. Резкий скачок произошел за последние 7 лет и он связан прежде всего с технологическими прорывами.

В поисках генов

Секвенирование первого генома человека, последующее усовершенствование технологий секвенирования, а затем появление и повсеместное внедрение высокопроизводительного секвенирования позволили наконец получить более или менее полное представление о структуре генетической вариабельности в человеческой популяции. Эта новая информация сразу стала использоваться для полномасштабного поиска генетических детерминант предрасположенности к тем или иным заболеваниям, в том числе и к шизофрении.

Строятся подобные исследования примерно так. Сначала собирается выборка неродственных больных людей (cases) и примерно такая же по размеру выборка неродственных здоровых индивидуумов (controls). У всех этих людей определяется наличие тех или иных генетических вариантов - как раз в последние 10 лет у исследователей появилась возможность определять их на уровне целых геномов. Затем производится сравнение частоты встречаемости каждого из определенных вариантов между группами больных людей и группой контроля. Если при этом удается найти статистически достоверное обогащение того или иного варианта у носителей, его называют ассоциацией. Таким образом среди необъятного числа существующих генетических вариантов находятся те, которые связаны с развитием болезни.

Важной величиной, характеризующей эффект ассоциированного с болезнью варианта, является OD (odds ratio, отношение рисков), которое определяется как отношение шансов заболеть у носителей данного варианта по сравнению с теми людьми, у которых он отсутствует. Если величина OD варианта равна 10, это означает следующее. Если взять случайную группу носителей варианта и равную ей группу людей, у которых данный вариант отсутствует, окажется, что в первой группе больных будет в 10 раз больше, чем во второй. При этом чем ближе OD к единице у данного варианта, тем бóльшая выборка нужна для того, чтобы достоверно подтвердить то, ассоциация действительно существует, - что это генетический вариант действительно влияет на развитие болезни.

Подобные работы позволили к настоящему времени обнаружить по всему геному более десятка субмикроскопических делеций и дупликаций , ассоциированных с шизофренией (их называют CNV - copy number variations, одна из CNV как раз вызывает уже известный нам синдром Ди Джорджи). Для обнаруженных CNV, вызывающих шизофрению, OD колеблется в интервале от 4 до 60. Это высокие значения, однако из-за чрезвычайной редкости даже суммарно все они объясняют только очень небольшую часть наследуемости шизофрении в популяции. Что же отвечает за развитие болезни у всех остальных?

После сравнительно неудачных попыток найти такие CNV, которые бы вызывали развитие болезни не в нескольких редких случаях, а у значительной части популяции, сторонники «мутационной» модели возлагали большие надежды на другой тип экспериментов. В них сравнивают у больных шизофренией и здоровых контролей не наличие массивных генетических перестроек, а полные последовательности геномов или экзомов (совокупностей всех кодирующих белки последовательностей). Такие данные, получаемые с использованием высокопроизводительного секвенирования, позволяют находить редкие и уникальные генетические особенности, которые невозможно обнаружить другими методами.

Удешевление секвенирования сделало в последние годы возможным эксперименты такого типа на довольно больших выборках - включающих в последних работах несколько тысяч больных и столько же здоровых контролей. Каков результат? Увы, пока удалось обнаружить лишь один ген, редкие мутации в котором достоверно ассоциированы с шизофренией - это ген SETD1A , кодирующий один из важных белков, участвующих в регуляции транскрипции. Как и в случае с CNV, проблема тут та же самая: мутации в гене SETD1A не могут объяснять сколько-нибудь значимой части наследуемости шизофрении из-за того, что они просто очень редкие.

Связь распространенности ассоциированных генетических вариантов (по горизонтальной оси) и их влияния на риск развития шизофрении (OR). На основном графике красными треугольниками показаны некоторые из обнаруженных к настоящему времени CNV, ассоциированные с болезнью, синими кружками – SNP по данным GWAS. Во врезе в тех же координатах представлены области редких и частых генетических вариантов.

Есть указания на то, что существуют и другие редкие и уникальные варианты, которые влияют на предрасположенность к шизофрении. И дальнейшее увеличение выборок в экспериментах с использованием секвенирования должно помочь отыскать некоторые из них. Однако, несмотря на то, что исследование редких вариантов еще может принести некоторое количество ценной информации (особенно эта информация будет важна для создания клеточных и животных моделей шизофрении), большинство ученых в настоящее время сходятся во мнении, что редкие варианты играют лишь второстепенную роль в наследуемости шизофрении, а модель CV намного лучше описывает генетическую архитектуру болезни. Убежденность в верности CV модели пришла прежде всего с развитием исследований типа GWAS, о которых мы подробно расскажем во второй части. Коротко говоря, исследования такого типа позволили обнаружить ту самую распространенную генетическую изменчивость, описывающую значительную долю наследуемости шизофрении, существование которой предсказывалось моделью CV.

Дополнительным подтверждением CV модели для шизофрении является связь между уровнем генетической предрасположенности к шизофрении и так называемыми расстройствами шизофренического спектра. Еще ранние исследователи шизофрении заметили, что среди родственников больных шизофренией часто встречаются не только другие больные шизофренией, но и «эксцентрические» личности со странностями характера и симптоматикой сходной с шизофренической, но выраженной менее ярко. Впоследствии подобные наблюдения привели к концепции, согласно которой существует целый набор болезней, для которых характерны более или менее выраженные нарушения в восприятии реальности. Эта группа болезней получила название расстройства шизофренического спектра. Помимо различных форм шизофрении к ним относят бредовые расстройства, шизотипическое, параноидное и шизоидное расстройства личности, шизоаффективное расстройство и некоторые другие патологии. Готтесман, предлагая свою полигенную модель шизофрении, предположил, что у людей с субпороговыми значениями предрасположенности к болезни могут развиваться другие патологии шизофренического спектра, причем тяжесть заболевания коррелирует с уровнем предрасположенности.

Если эта гипотеза верна, логично предположить, что генетические варианты, обнаруженные как ассоциированные с шизофренией, будут обогащены и среди людей, страдающих расстройствами шизофренического спектра. Для оценки генетической предрасположенности каждого отдельного человека используется специальная величина, называемая уровнем полигенного риска (polygenic risk score). Уровень полигенного риска учитывает суммарные вклад всех идентифицированных в GWAS распространенных рискованных вариантов, имеющихся в геноме данного человека, в предрасположенность к болезни. Оказалось, что, как и предсказывала модель CV, значения уровня полигенного риска коррелируют не только с самой шизофренией (что тривиально), но и с другими болезнями шизофренического спектра, причем тяжелым типам расстройств соответствуют более высокие уровни полигенного риска.

И все-таки остается одна проблема - феномен «старых отцов». Если большая часть эмпирических данных подтверждает полигенную модель шизофрении, как согласовать с ней давно известную связь между возрастом отцовства и риском детей заболеть шизофренией?

Некогда было выдвинуто изящное объяснение этого феномена с точки зрения модели CV. Предполагалось, что позднее отцовство и шизофрения не являются соответственно причиной и следствием, а представляют собой два следствия общей причины, а именно генетической предрасположенности поздних отцов к шизофрении. С одной стороны, высокий уровень предрасположенности к шизофрении может коррелировать у здоровых мужчин с более поздним отцовством. С другой стороны, очевидно, что высокая предрасположенность отца предопределяет повышенную вероятность того, что его дети заболеют шизофренией. Выходит, что мы можем иметь дело с двум независимыми корелляциями, а значит накопление мутаций в предшественниках сперматозоидов у мужчин можетпочти никак не влиять на развитие шизофрении у их потомков. Недавно полученные результаты моделирования , учитывающего эпидемиологические данные, а также свежие молекулярные данные по частоте de novo мутаций, хорошо согласуются именно с таким объяснением феномена «старых отцов».

Таким образом, в настоящий момент можно считать, что убедительных аргументов в пользу «мутационной» RV модели шизофрении уже почти не осталось. А значит ключ к этиологии болезни лежит в том, какой именно набор распространенных полиморфизмов вызывает шизофрению в соответсвии с CV-моделью. Тому, как этот набор ищут генетики и что им уже удалось обнаружить, будет посвящена вторая часть нашей истории.

Медицинская цитогенетика - изучение кариотипа человека в норме и при патологии. Это направление возникло в 1956 г., когда Тио и Леван усовершенствовали метод приготовления препаратов метафазных хромосом и впервые установили модальное число хромосом (2n=46) в диплоидном наборе. В 1959 г. была расшифрована хромосомная этиология ряда заболеваний - синдромов Дауна, Клайнфельтера, Шерешевского-Тернера и некоторых других синдромов аутосомных трисомий. Дальнейшее развитие медицинской цитогенетики в конце 1960-х годов было обусловлено появлением методов дифференциального окрашивания метафазных хромосом, дающих возможность идентификации хромосом и их отдельных районов. Методы дифференциального окрашивания не всегда обеспечивали правильность установления точек разрывов в результате структурных перестроек хромосом. В 1976 г. Юнис разработал новые методы их изучения на стадии прометафазы, которые получили название «высокоразрешающие методы».

Использование таких методов позволило получить хромосомы с разным количеством сегментов (от 550 до 850) и дало возможность проведения идентификации нарушений с вовлечением небольших их участков (микроперестроек). С начала 1980-х гг. цитогенетика человека вступила в новый этап развития: в практику был внедрен хромосомный анализ молекулярно-цитогенетических методов, флюоресцентной гибридизации in situ (FISH - Fluorescence In Situ Hybridization). Этот метод широко используют для выявления более тонких структурных аномалий хромосом, которые неразличимы при дифференциальном окрашивании. В настоящее время применение различных методов хромосомного анализа позволяет успешно проводить пре- и постнатальную диагностику хромосомных болезней.

Хромосомные болезни - большая группа клинически многообразных состояний, характеризуемых множественными врожденными пороками развития, этиология которых связана с количественными или структурными изменениями кариотипа.

В настоящее время различают почти 1000 хромосомных аномалий, из них более 100 форм имеют клинически очерченную картину и называются синдромами; их вклад в спонтанные аборты, неонатальную смертность и заболеваемость весьма значителен. Распространенность хромосомных аномалий среди спонтанных абортов составляет в среднем 50%, среди новорожденных с грубыми множественными врожденными пороками развития - 33%, мертворожденных и перинатально умерших с врожденными пороками развития - 29%, недоношенных с врожденными пороками развития - 17%, новорожденных с врожденными пороками развития - 10%, мертворожденных и перинатально умерших - 7%, недоношенных - 2,5%, всех новорожденных - 0,7%.

Большинство хромосомных болезней являются спорадическими, возникающими заново вследствие геномной (хромосомной) мутации в гамете здорового родителя или в первых делениях зиготы, а не наследуемыми в поколениях, что связано с высокой смертностью больных в дорепродуктивном периоде.

Фенотипическую основу хромосомных болезней составляют нарушения раннего эмбрионального развития. Именно поэтому патологические изменения складываются еще в пренатальном периоде развития организма и либо обусловливают гибель эмбриона или плода, либо создают основную клиническую картину заболевания уже у новорожденного (исключение составляют аномалии полового развития, формирующиеся в основном в период полового созревания). Раннее и множественное поражение систем организма характерно для всех форм хромосомных болезней. Это черепно-лицевые дизморфии, врожденные пороки развития внутренних органов и частей тела, замедленные внутриутробный и постнатальный рост и развитие, отставание психического развития, пороки центральной нервной системы, сердечно-сосудистой, дыхательной, мочеполовой, пищеварительной и эндокринной систем, а также отклонения в гормональном, биохимическом и иммунологическом статусе. Для каждого хромосомного синдрома характерен комплекс врожденных пороков развития и аномалий развития, присущий в какой-то мере только данному типу хромосомных патологий. Клинический полиморфизм каждой хромосомной болезни в общей форме обусловлен генотипом организма и условиями среды. Вариации в проявлениях патологии могут быть очень широкими - от летального эффекта до незначительных отклонений в развитии. Несмотря на хорошую изученность клинических проявлений и цитогенетики хромосомных болезней, их патогенез даже в общих чертах еще не ясен. Не разработана общая схема развития сложных патологических процессов, обусловленных хромосомными аномалиями и приводящих к появлению сложнейших фенотипов хромосомных болезней.

Основные типы хромосомных аномалий
Все хромосомные болезни по типу мутаций можно разделить на две большие группы: вызванные изменением числа хромосом при сохранении структуры последних (геномные мутации) и обусловленные изменением структуры хромосомы (хромосомные мутации). Геномные мутации возникают вследствие нерасхождения или утраты хромо-сом в гаметогенезе или на ранних стадиях эмбриогенеза. У человека обнаружено только три типа геномных мутаций: тетраплоидия, триплоидия и анеуплоидия. Частота возникновения триплоидных (Зn=69) и тетраплоидных (4n=92) мутаций очень низка, в основном их обнаруживают среди спонтанно абортированных эмбрионов или плодов и у мертворожденных. Продолжительность жизни новорожденных с такими нарушениями - несколько дней. Геномные мутации по отдельным хромосомам многочисленны, они составляют основную массу хромосомных болезней. При этом из всех вариантов анеуплоидий встречаются только трисомии по аутосомам, полисомии по половым хромосомам (три-, тетра- и пентасомии), а из моносомий встречается только моносомия X.

Полные трисомии или моносомии переносятся организмом тяжелее, чем частичные, дисбаланс по крупным хромосомам встречается у живорожденных значительно реже, чем по мелким. Полные формы хромосомных аномалий вызывают значительно более серьезные отклонения, чем мозаичные. Аутосомные моносомии среди живорожденных очень редки, это мозаичные формы с большой долей нормальных клеток. Доказан факт относительно малой генетической ценности гетерохроматиновых районов хромосом. Именно поэтому полные трисомии у живорожденных наблюдают по тем аутосомам, которые богаты гетерохроматином, - 8, 9, 13, 14, 18, 21, 22 и X. Этим объясняется хорошая переносимость пациентами даже тройной дозы материала Y-хромосомы и почти полная утрата длинного ее плеча. Совместимую с постнатальной жизнью полную моносомию по Х-хромосоме, приводящую к развитию синдрома Шерешевского-Тернера, а также тетра- и пентасомии наблюдают только по Х-хромосоме, которая гетерохроматизирована.

Хромосомные мутации, или структурные хромосомные перестройки, - нарушения кариотипа, сопровождаемые или не сопровождаемые дисбалансом генетического материала в пределах одной или нескольких хромосом (внутри- и межхромосомные перестройки).

В подавляющем большинстве случаев структурные хромосомные мутации пере-дает потомству один из родителей, в кариотипе которого присутствует сбалансированная хромосомная перестройка. К ним относят реципрокную (взаимную) сбалансированную транслокацию без потери участков вовлеченных в нее хромосом. Она, как и инверсия, не вызывает патологических явлений у носителя. Однако при образовании гамету носителей сбалансированных транслокаций и инверсий могут образовываться несбалансированные гаметы. Робертсоновская транслокация - транслокация между двумя акроцентрическими хромосомами с потерей их коротких плеч - приводит к образованию одной метацентрической хромосомы вместо двух акроцентрических. Носители такой транслокации здоровы, потому что потеря коротких плеч двух акроцентрических хромосом компенсируется работой таких же генов в остальных 8 акроцентрических хромосомах. При созревании половых клеток случайное распределение (при клеточных делениях) двух перестроенных хромосом и их гомологов приводит к появлению нескольких типов гамет, одни из которых нормальны, другие содержат такую комбинацию хромосом, которая при оплодотворении дает зиготу со сбалансированным перестроенным кариотипом, третьи дают при оплодотворении хромосомно несбалансированные зиготы.

При несбалансированном хромосомном наборе (делеции, дупликации, инсерции) у плода развиваются тяжелые клинические патологии, как правило, в виде комплекса врожденных пороков развития. Недостаток генетического материала вызывает более серьезные пороки развития, чем его избыток.

Значительно реже структурные аберрации возникают de novo. Родители пациента с хромосомной болезнью обычно кариотипически нормальны. Хромосомная болезнь в этих случаях возникает de novo в результате передачи от одного из родителей геномной или хромосомной мутации, возникшей однократно в одной из гамет, или такая мутация возникает уже в зиготе. Это не исключает повторного возникновения хромосомного нарушения у детей в данной семье. Есть семьи, предрасположенные к повторным случаям нерасхождения хромосом. Мутациями, возникшими de novo, являются почти все случаи известных полных трисомий и моносомий. Основной механизм возникновения структурной перестройки любого типа - разрыв в одной или нескольких хромосомах с последующим воссоединением образовавшихся фрагментов.

Клинические показания к цитогенетической диагностике
Цитогенетический метод исследования занимает ведущее место среди методов лабораторной диагностики при медико-генетическом консультировании и в пре-натальной диагностике. Однако следует строго придерживаться объективных
показаний для направления пациентов на исследование кариотипа.

Основные показания к пренатальной диагностике:
хромосомная аномалия у предыдущего ребенка в семье;
мертворожденный ребенок с хромосомной аномалией;
хромосомные перестройки, хромосомный мозаицизм или анеуплоидия по половым хромосомам у родителей;
результаты исследования сыворотки крови у матери, указывающие на повы-шенный риск хромосомной аномалии у плода (группа риска);
возраст матери;
выявленные при ультразвуковом исследовании аномалии плода;
подозрение на мозаицизм у плода при предыдущем цитогенетическом исследовании;
подозрение на синдром с хромосомной нестабильностью.

Исследование кариотипа при постнатальной диагностике рекомендуют проводить при наличии у пациента:
первичной или вторичной аменореи или ранней менопаузы;
аномальной спермограммы - азооспермии или выраженной олигоспермии;
клинически выраженных отклонений в росте (низкий, высокий рост) и размерах головы (микро-, макроцефалия);
аномальных гениталий;
аномального фенотипа или дизморфий;
врожденных пороков развития;
умственной отсталости или нарушений развития;
проявлений делеционного/микроделеционного/дупликационного синдрома;
Х-сцепленного рецессивного заболевания у женщин;
клинических проявлений синдромов хромосомной нестабильности;
при мониторинге после трансплантации костного мозга.

Цитогенетические исследования следует провести у супружеской пары:
при хромосомных аномалиях или необычных вариантах хромосом у плода, обнаруженных при пренатальной диагностике;
повторных выкидышах (3 и более); мертворождении, неонатальной смерти плода, невозможности обследования пораженного плода;
наличии у ребенка хромосомной аномалии или необычного хромосомного варианта;
бесплодии неизвестной этиологии.

Показанием к цитогенетическому исследованию является наличие у родственников пациента:
хромосомных перестроек;
умственной отсталости предположительно хромосомного происхождения;
репродуктивных потерь, врожденных пороков развития плода или мертворождения неясного происхождения.

Показания к исследованию FISH-методом:
подозрение на микроделеционный синдром, для которого доступна молекулярно-цитогенетическая диагностика (наличие соответствующих ДНК-зондов);
повышенный риск микроделеционного синдрома по анамнестическим данным;
клинические признаки, позволяющие предположить мозаицизм по опреде-ленному хромосомному синдрому;
состояния после трансплантации костного мозга, когда донор и реципиент разного пола;
подозрение на хромосомную аномалию при стандартном цитогенетическом исследовании, когда FISH-метод может быть полезным для дальнейшего 
уточнения характера аномалии, или в ситуациях, когда имеются характерные клинические проявления;
наличие сверхчисленной маркерной хромосомы;
подозрение на скрытую хромосомную перестройку.

FISH-метод при анализе метафаз показан:
при маркерных хромосомах;
дополнительном материале неизвестного происхождения на хромосоме;
хромосомных перестройках;
подозрении на потерю хромосомного сегмента;
мозаицизме.

FISH-метод при анализе интерфазных ядер показан:
при численных хромосомных аномалиях;
дупликациях;
делениях;
перестройках хромосом;
определении хромосомного пола;
амплификации генов.

Методы цитогенетического исследования :
Исследование и описание характерных особенностей метафазных хромосом особенно важны для практической цитогенетики. Отдельные хромосомы в пределах группы распознают с помощью методов дифференциального окрашивания. Эти методы позволяют обнаруживать неоднородность структуры хромосомы по длине, определяемую особенностями комплекса основных молекулярных компонентов хромосом - ДНК и белков. Проблема распознавания индивидуальных хромосом в кариотипе важна для развития цитогенетической диагностики хромосомных болезней у человека.

Методы цитогенетического исследования делятся на прямые и непрямые. Прямые методы применяют в тех случаях, когда нужен быстрый результат и имеется возможность получить препараты хромосом клеток, делящихся в организме. Непрямые методы включают в качестве обязательного этапа более или менее длительное культивирование клеток в искусственных питательных средах. Промежуточное положение занимают методы, включающие кратковременное культивирование (от нескольких часов до 2-3 сут).

Основной объект цитогенетического исследования прямыми и непрямыми методами - стадия метафазы митоза и различные стадии мейоза. Метафаза мито¬за служит основным предметом цитогенетического исследования, так как именно на этой стадии возможны точная идентификация хромосом и выявление их ано¬малий. Хромосомы в мейозе исследуют для обнаружения некоторых типов пере¬строек, по природе своей не обнаруживаемых в метафазе митоза.

Биологический материал для цитогенетических исследований. Обработка клеточных культур. Приготовление хромосомных препаратов
В качестве материала для получения хромосом человека и их исследования могут быть использованы клетки любой ткани, доступной для биопсии. Чаще всего используют периферическую кровь, кожные фибробласты, костный мозг, клетки амниотической жидкости, ворсинчатого хориона. Наиболее доступны для исследования хромосом лимфоциты периферической крови человека.

В настоящее время практически во всех лабораториях мира для постановки культуры лимфоцитов применяют метод с использованием цельной периферической крови. Кровь в количестве 1-2 мл заранее берут из локтевой вены в стерильную пробирку или флакон с раствором гепарина. Во флаконе кровь можно хранить 24-48 ч в холодильнике при температуре 4-6 °С. Постановку культуры лимфоцитов осуществляют в специальном боксовом помещении или в рабочей комнате под ламинарным шкафом в стерильных условиях. Такие условия обязательны для предотвращения заноса в культуру крови патогенной флоры. Если есть подозрение на загрязненность крови или другого материала, необходимо в культуральную смесь добавить антибиотики. Флаконы с культуральной смесью инкубируют в термостате при температуре +37 °С в течение 72 ч (идет активный рост и деление клеток). Основное назначение методических приемов при обработке клеточных культур и приготовлении из них хромосомных препаратов - получить на препарате достаточное количество метафазных пластинок с таким разбросом хромосом, при котором можно оценить длину, форму и другие морфологические признаки каждой хромосомы набора.

Накопление клеток в метафазе митоза и получение на препарате качественных пластинок происходит с помощью ряда последовательных процедур:
колхинизации - воздействия на клетки цитостатиками колхицином или колцемидом, блокирующими митоз в стадии метафазы;
гипотонизации культур;
фиксации клеток смесью метилового спирта с уксусной кислотой;
нанесения клеточной взвеси на предметное стекло.

Колхинизацию культур клеток осуществляют за 1,5-2 ч до начала фиксации. После введения колхицина флаконы с клеточными культурами продолжают инкубировать в термостате. По окончании инкубации культуральную смесь из каждого флакона сливают в чистые центрифужные пробирки и подвергают центрифугиро-ванию. Затем к осадку клеток добавляют гипотонический раствор калия хлорида, предварительно нагретый до температуры +37 °С.

Гипотонизацию проводят в термостате при температуре +37 °С в течение 15 мин. Гипотонический раствор KCI способствует лучшему разбросу хромосом на предметном стекле. После гипотонизации клетки переводят в осадок центрифуги-рованием и подвергают фиксации. Фиксацию проводят смесью метилового (или этилового) спирта с уксусной кислотой.

Завершающий этап - приготовление хромосомных препаратов для получения хорошо «распластанных» метафазных пластинок с сохранением целостности, полноты хромосомного набора в каждой из них. На мокрые, охлажденные пред-метные стекла наносят клеточную взвесь, после чего стекла высушивают при ком-натной температуре и маркируют.

Методы дифференциального окрашивания хромосом
С 1971 г. в цитогенетике нашли широкое распространение методы, позволяющие дифференциально окрашивать каждую хромосому набора по ее длине. Практическое значение этих методов состоит в том, что дифференциальная окраска позволяет идентифицировать все хромосомы человека благодаря специфическому рисунку продольной окрашиваемости для каждой хромосомы. Для окраски может быть пригодна любая краска, состоящая из основного красителя, поскольку главным красящим субстратом хромосом является комплекс ДНК с белками. В практике цитогенетических исследований наибольшее применение получили следующие методы.

G-метод окраски - самый распространенный метод из-за простоты, надежности и доступности необходимых реактивов. После окраски каждая пара хромосом приобретает исчерченность по длине благодаря чередованию по-разному окрашенных гетерохроматиновых (темных) и эухроматиновых (светлых) сегментов, которые принято обозначать как G-сегменты. С-метод окраски обеспечивает выявление лишь некоторых районов хромосом. Это районы гетерохроматина, локализованного в околоцентромерных участках длинных плеч хромосом 1, 9 и 16 и в длинном плече Y-хромосомы, а также в коротких плечах акроцентрических хромосом. R-метод окраски препаратов хромосом показывает картину дифференциальной сегментации, обратной G-методу. Этим методом хорошо прокрашиваются дистальные сегменты хромосом, что очень важно при идентификации мелких пере-строек с вовлечением концевых участков. Q-метод окраски обеспечивает дифференциальную флюоресцентную окраску индивидуальных хромосом набора, позволяет идентифицировать каждую пару гомологов, а также определить наличие Y-хромосомы в интерфазных ядрах по свечению тельца Y-хроматина.

Принципы хромосомного анализа
Обязательным этапом исследования является визуальный анализ хромосом под микроскопом с использованием тысячекратного увеличения (х1000) при окулярах х10 и иммерсионном объективе х100. Оценку качества и пригодности хромосомных препаратов для исследования, а также отбор метафазных пластинок для анализа проводят при малом увеличении (х100). Для исследования выбирают хорошо окрашенные, полные метафазные пластинки с хорошим разбросом хромосом. Исследователь подсчитывает общее количество хромосом и проводит оценку структуры каждой хромосомы путем сопоставления исчерченности гомологов, а также сопоставления наблюдаемой картины с цитогенетическими картами (схемами) хромосом.

Использование компьютерных систем анализа изображений существенно облегчает задачу цитогенетика, повышает качество его работы и предоставляет возможность быстрого и простого документирования результатов исследования. Для обеспечения высокого качества работы рекомендуют участие двух специалистов в проведении цитогенетического исследования каждого образца. Документом, подтверждающим исследование, служит протокол, в котором указывают координаты просмотренных клеток, количество хромосом в каждой из них, обнаруженные перестройки, формулу кариотипа и заключение, а также фамилию пациента, дату и номер исследования, фамилию и подпись врача (врачей), проводившего исследование. Следует сохранять препараты и изображения хромосом для последующего просмотра.

ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА ОПИСАНИЯ ХРОМОСОМНЫХ АНОМАЛИЙ СОГЛАСНО МЕЖДУНАРОДНОЙ СИСТЕМЕ ЦИТОГЕНЕТИЧЕСКОЙ НОМЕНКЛАТУРЫ
Запись формулы кариотипа необходимо проводить в соответствии с действую-щей версией Международной системы цитогенетической номенклатуры человека - International System for human Cytogenetic Nomenclature. Ниже рассмотрены аспекты применения номенклатуры, которые наиболее часто встречаются в клинической цитогенетической практике.

Количество и морфология хромосом:
В кариотипе хромосомы разделяют на семь легкоразличимых групп (А-G) в соответствии с их размером и положением центромеры. Аутосомы - это хромосо¬мы с 1-й по 22-ю, половые хромосомы - X и Y.
Группа А (1-3) - большие метацентрические хромосомы, которые можно отличить друг от друга по размеру и положению центромеры.
Группа В (4-5) - большие субметацентрические хромосомы.
Группа С (6-12, X) - метацентрические и субметацентрические хромосомы среднего размера. Х-хромосому относят к самым крупным хромосомам в этой группе.
Группа D (13-15) - акроцентрические хромосомы среднего размера со спутниками. 
Группа Е (16-18) - относительно небольшие метацентрические и субметацентрические хромосомы.
Группа F (19-20) - маленькие метацентрические хромосомы.
Группа G (21-22, Y) - маленькие акроцентрические хромосомы со спутниками. Y-хромосома не имеет спутников.

Каждая хромосома состоит из непрерывного ряда полос, которые размещаются по длине плеч хромосом в строго ограниченных районах (участках). Хромосомные районы специфичны для каждой хромосомы и имеют существенное значение для их идентификации. Полосы и районы нумеруют в направлении от центромеры к теломере по длине каждого плеча. Районы - участки хромосомы, расположенные между двумя соседними полосами. Для обозначения коротких и длинных плеч хромосом используют следующие символы: р - короткое плечо и q - длинное плечо. Центромера (сеп) обозначена символом 10, часть центромеры, прилежащая к короткому плечу, - р10, к длинному плечу - q10. Район, ближайший к центромере, обозначают цифрой 1, следующий район - цифрой 2 и т. д.

Для обозначения хромосом используют четырехзначную символику:
1-й символ - номер хромосомы;
2-й символ (р или q) - плечо хромосомы;
3-й символ - номер района (участка);
4-й символ - номер полосы в пределах этого района.

Например, запись 1р31 указывает на хромосому 1, ее короткое плечо, район 3, полосу 1. Если полоса подразделяется на субполосы, после обозначения полосы ставят точку, затем пишут номер каждой субполосы. Субполосы, так же как и полосы, нумеруют в направлении от центромеры к теломере. Например, в полосе 1р31 выделяют три субполосы: 1р31.1, 1р31.2 и 1р31.3, из которых субполоса 1р31.1 проксимальна по отношению к центромере, а субполоса 1р31.3 - дистальна. Если субполосы подразделяют дополнительно на части, их нумеруют цифрами без пунктуации. Например, субполоса 1р31.1 делится на 1р31.11,1р31.12 и т. д.

ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ОПИСАНИЯ НОРМАЛЬНОГО И АНОМАЛЬНОГО КАРИОТИПА
В описании кариотипа первым пунктом указывают общее количество хромосом, включая половые хромосомы. Первое число отделяют от остальной части записи запятой, затем записывают половые хромосомы. Аутосомы обозначают только в случае аномалий.

Нормальный человеческий кариотип выглядит следующим образом:
46,XX - нормальный кариотип женщины;
46,XY - нормальный кариотип мужчины. 

При хромосомных аномалиях первыми записывают аномалии половых хромо-сом, затем аномалии аутосом в порядке возрастания номеров и независимо от типа аномалии. Каждую аномалию отделяют запятой. Для описания структурно перестроенных хромосом используют буквенные обозначения. Хромосому, вовлеченную в перестройку, записывают в круглых скобках после символа, обозначающего тип перестройки, например: inv(2), del(4), r(18). Если в перестройке участвуют две или более хромосом, между обозначениями номера каждой из них ставят точку с запятой (;).

Знаки (+) или (-) ставят перед хромосомой для обозначения аномалии с указанием дополнительной или отсутствующей хромосомы (нормальной или аномальной), например: +21,-7,+der(2). Их также используют для обозначения уменьшения или увеличения длины плеча хромосомы после символа (р или q); с этой целью указанные выше знаки можно применять только в тексте, но не в описании кариотипа, например: 4р+, 5q-. При описании размеров гетерохроматиновых сегментов, спутников и спутнич- ных нитей знак (+) (увеличение) или (-) (уменьшение) ставят непосредственно за обозначением соответствующего символа, например: 16qh+, 21ps+, 22pstk+. Знак умножения (х) используют для описания множественных копий перестроенных хромосом, но его нельзя использовать для описания множественных копий нормальных хромосом, например: 46,XX,del(6)(q13q23)х2. Для указания альтернативных интерпретаций аномалий используют символ (оr), например: 46,XX,del(8)(q21.1) or i(8)(p10).

Кариотипы разных клонов разделяют косой чертой (/). Квадратные скобки ставят после описания кариотипа, для обозначения абсолютного количества клеток в данном клоне. Для того чтобы указать причину возникновения разных клонов, используют символы mos (мозаицизм - клеточные линии произошли из одной зиготы) и chi (химера - клеточные линии произошли из разных зигот), которые приводят перед описанием кариотипа. При перечислении кариотипов нормальный диплоидный клон всегда указывают последним, например: mos47,XY,+21/46,XY; mos47,XXY/46,XY.

Если есть несколько аномальных клонов, запись проводят в порядке увеличе¬ния их размера: первый - наиболее часто встречаемый, затем по нисходящей. Самым последним указывают нормальный клон, например: mos45,X/47,XXX /46,ХХ. Аналогичную запись используют и в кариотипе, имеющем два нормальных клона, например: chi46,XX/46,XY. Если в кариотипе присутствуют два аномальных клона, один из которых имеет числовую аномалию, а другой - структурную перестройку, то клон с числовой аномалией записывают первым. Например: 45,X/46,X,i(X)(q10).

Когда оба клона имеют числовые аномалии, сначала записывают клон, имеющий аутосому с меньшим порядковым номером, например: 47,ХХ,+8/47,ХХ,+21; клон с аномалиями половых хромосом всегда ставят первым, например: 47,ХХХ/47,ХХ,+21 .

Тот факт, что кариотип является гаплоидным или полиплоидным, будет очеви-ден из числа хромосом и дальнейших обозначений, например: 69,XXY. Все измененные хромосомы должны быть обозначены относительно соответствующего уровня плоидности, например: 70,XXY,+21.

Материнское или отцовское происхождение аномальной хромосомы обозначают символами mat и pat соответственно после описываемой аномалии, например: 46,XX,t(5;6)(q34;q23)mat,inv(14)(q12q31)pat; 46,XX,t(5;6)(q34;q23)mat,inv(14) (q12q31)mat. Если известно, что хромосомы родителей нормальны по сравнению с данной аномалией, ее рассматривают как вновь возникшую и обозначают символом denovo (dn), например: 46,XY,t(5;6)(q34;q23)mat,inv (14)(q12q31)dn.

Описание численных аномалий хромосом:
Знак (+) или (-) ставят для обозначения потери или приобретения дополни-тельной хромосомы при описании численных аномалий.
47,XX,+21 - кариотип с трисомией 21.
48,XX,+13,+21 - кариотип с трисомией 13 и трисомией 21.
45,XX,-22 - кариотип с моносомией 22.
46,XX,+8,-21 - кариотип с трисомией 8 и моносомией 21.
Исключением из этого правила являются конституциональные аномалии поло-вых хромосом, которые записывают без использования знаков (+) и (-).
45,X - кариотип с одной Х-хромосомой (синдром Шерешевского-Тернера).
47,XXY - кариотип с двумя Х-хромосомами и одной Y-хромосомой (синдром Клайнфельтера).
47,XXX - кариотип с тремя Х-хромосомами.
47,XYY - кариотип с одной Х-хромосомой и двумя Y-хромосомами.
48,XXXY - кариотип с тремя Х-хромосомами и одной Y-хромосомой.

Описание структурных аномалий хромосом
В описании структурных перестроек используют как краткую, так и детальную системы записи. При использовании краткой системы указывают только тип хромосомной перестройки и точки разрыва. Записывают тип хромосомной аномалии, хромосому, вовлеченную в данную аномалию, и в круглых скобках - точки разры-ва. Краткая система не дает возможности однозначного описания сложных хромосомных перестроек, которые иногда выявляют при анализе кариотипов опухолей.

Краткая система обозначения структурных перестроек
Если в перестройку, возникшую в результате двух разрывов, произошедших в одной хромосоме, вовлечены оба плеча, точку разрыва в коротком плече записыва¬ют перед точкой разрыва в длинном плече: 46,XX,inv(2)(p21q31). Когда две точки разрыва находятся в одном плече хромосомы, первой указывают проксимальную к центромере точку разрыва: 46,XX,inv(2)(p13p23). В случае, когда в перестройку вовлечены две хромосомы, первой указывают либо хромосому с меньшим поряд-ковым номером, либо половую хромосому: 46,XY,t(12;16)(q13;p11.1); 46,X,t(X;18) (p11.11;q11.11).

Исключением из правила являются перестройки с тремя точками разрыва, когда фрагмент одной хромосомы вставляется в район другой хромосомы. При этом хромосому-реципиента записывают первой, а хромосому-донора последней, даже если это половая хромосома или хромосома с меньшим порядковым номером: 46,X,ins(5;X)(p14;q21q25); 46,XY,ins(5;2)(p14;q22q32). Если перестройка затрагивает одну хромосому, первыми указывают точки разрыва в сегменте, где образовалась вставка. В случае прямой инсерции первой записывают проксимальную к центромере точку разрыва вставленного фрагмента, а затем - дистальную точку разрыва. При инвертированной вставке - наоборот.

Для обозначения транслокаций, в которые вовлечены три разные хромосомы, на первом месте указывают половую хромосому или хромосому с меньшим поряд¬ковым номером, затем хромосому, получившую фрагмент от первой хромосомы, и, наконец, хромосому, отдавшую фрагмент первой хромосоме. 46,XX,t(9;22;17) (q34;q11.2;q22) - фрагмент хромосомы 9, соответствующий дистальному району 9q34, перенесен на хромосому 22, в сегмент 22q11.2, фрагмент хромосомы 22, соответствующий дистальному району 22q11.2, перенесен на хромосому 17, в сегмент 17q22, а фрагмент хромосомы 17, соответствующий дистальному району 17q22, перенесен на хромосому 9, в сегмент 9q34. 

Детальная система обозначения структурных перестроек. В соответствии с детальной системой обозначений структурные перестройки хромосом определяют по составу полос в них. Все обозначения, употребляемые в краткой системе, сохраняются и в детальной системе. Однако в детальной системе приводят подробное описание состава полос в перестроенных хромосомах с примене¬нием дополнительных символов. Двоеточие (:) обозначает точку разрыва, а двойное двоеточие (::) - разрыв с последующим воссоединением. Стрелкой (->) указывается направление переноса фрагментов хромосомы. Концы плеч хромосом обозначают символом ter (терминальный), pter или qter означают конец короткого или длинного плеча соответственно. Символ сеп используют для обозначения центромеры.

Типы хромосомных перестроек
Дополнительный материал неизвестного происхождения. Символ add (от лат. additio - прибавление) используют для указания на допол-нительный материал неизвестного происхождения, присоединившийся к хромосомному району или полосе. Дополнительный материал, присоединившийся к терминальному участку, будет вызывать увеличение длины плеча хромосомы. При описании хромосом с дополнительным материалом неизвестного проис-хождения в обоих плечах перед номером хромосомы ставят символ der. Если неизвестный дополнительный материал вставлен в плечо хромосомы, для описания используют символы ins и (?).

Делеции. Символ del используют для обозначения терминальных (концевых) и интерстициальных делеций:
46,XX,del(5)(q13)
46,XX,del (5) (pter->q13:)
Знак (:) означает, что разрыв произошел в полосе 5q13, в результате хромосома 5 состоит из короткого плеча и части длинного плеча, заключенной между центро-мерой и сегментом 5q13.
46,XX,del(5)(q13q33)
46,XX,del(5)(pter->q13::q33->qter)
Знак (::) означает разрыв и воссоединение полос 5ql3 и 5q33 длинного плеча хромосомы 5. Сегмент хромосомы между этими полосами делетирован.

Производные, или дериватные, хромосомы (der) - это хромосомы, возникшие в результате перестроек, затрагивающих две и более хромосом, а также в результате множественных перестроек внутри одной хромосомы. Номер производной хромосомы соответствует номеру интактной хромосомы, имеющей ту же центромеру, что и хромосома-дериват:
46,XY,der(9)del(9)(p12)del(9)(q31)
46,XY,der(9) (:р12->q31:)
Дериватная хромосома 9 является результатом двух терминальных делеций, произошедших в коротком и длинном плечах, с точками разрыва в полосах 9р12 и 9q31 соответственно.
46,XX,der (5)add(5)(p15.1)del(5)(q13)
46,XX,der(5)(?::p15.1-»q13:)
Дериватная хромосома 5 с дополнительным материалом неизвестного происхождения, присоединенным к полосе 5р15.1, и терминальной делецией длинного плеча дистальнее полосы 5q13.

Дицентрические хромосомы. Символ die используют для описания дицентрических хромосом. Дицентрическая хромосома заменяет одну или две нормальные хромосомы. Таким образом, нет необходимости указывать недостающие нормальные хромосомы. 
45,XX,dic(13;13)(q14;q32)
45,XX,dic(13;13)(13pter->13ql4::13q32-»13pter)
Разрыв и воссоединение произошли в полосах 13ql4 и 13q32 на двух гомологичных хромосомах 13, в результате чего образовалась дицентрическая хромосома.

Дупликации. Дупликации обозначают символом dup; они могут быть прямыми и инвертированными.
46,XX,dup(1)(q22q25)
46,XX,dup(1)(pter->q25::q22->qter)
Прямая дупликация сегмента между полосами lq22 и lq25.
46,XY,dup(1)(q25q22)
46,XY,dup(1) (pter->q25::q25->q22::q25->qter) или (pter->q22::q25-»q22::q22->qter)
Инвертированная дупликация сегмента между полосами lq22 и lq25. Необходимо отметить, что только детальная система дает возможность описать инвертированную дупликацию.

Инверсии. Символ inv используют для описания пара- и перицентрических инверсий.
46,XX,inv(3)(q21q26.2)
46,XX,inv(3)(pter->q21::q26.2->q21::q26.2->qter)
Парацентрическая инверсия, при которой разрыв и воссоединение произошли в полосах 3q21 и 3q26.2 длинного плеча хромосомы 3.
46,XY,inv(3)(p13q21)
46,XY,inv(3)(pter-»pl3::q21->p13::q21->qter)
Перицентрическая инверсия, при которой разрыв и воссоединение произошли между полосой 3р13 короткого плеча и полосой 3q21 длинного плеча хромосомы 3. Участок между этими полосами, включающий центромеру, перевернут на 180°.

Инсерции. Символ ins используют для обозначения прямой или инвертированной инсерции. Прямой считают такую инсерцию, при которой проксимальный конец района вставки оказывается в проксимальном положении относительно второго ее конца. При инвертированной инсерции проксимальный конец района вставки оказывается в дистальном положении. Тип инсерции (прямая или инвертированная) также может быть отражен символами dir и inv соответственно.
46,XX,ins(2)(pl3q21q31)
46,XX,ins(2)(pter->p13::q31->q21::pl3-»q21::q31-qter)
Прямая инсерция, т. е. dir ins(2) (p13q21q31), произошла между сегментами 2q21 и 2q31 длинного плеча и сегментом 2р13 короткого плеча хромосомы 2. Участок хромосомы длинного плеча между сегментами 2q21 и 2q31 вставлен в короткое плечо в районе сегмента 2р13. В новом положении сегмент 2q21 остается ближе к центромере, чем сегмент 2q31.
46,XY,ins(2) (pl3q31q21)
46,XY,ins(2)(pterH>pl3::q21->q31::pl3->q21::q31-»qter)
В данном случае вставленный участок инвертирован, т. е. inv ins(2)(p13q31q21). Во вставке сегмент 2q21 отстоит от центромеры дальше, чем сегмент 2q31. Таким образом, изменилось расположение сегментов по отношению к центромере.

Изохромосомы. Символ i используют при описании изохромосом, которые представляют собой хромосомы, состоящие из двух идентичных плеч. Точки разрыва в изохромосомах локализованы в центромерных районах р10 и q10.
46,XX,i(17)(q10)
46,XX,i(17)(qter-»q10::q10 ->qter) 
Изохромосома по длинному плечу хромосомы 17 и точка разрыва обозначены в районе 17q10. В кариотипе одна нормальная хромосома и одна перестроенная хромосома 17.
46,X,i(X)(q10)
46,X,i(X) (qter-»q10::q10->qter)
Одна нормальная Х-хромосома и Х-изохромосома по длинному плечу.

Ломкие участки (fragile sites, сокращенно fra) могут проявляться как нормальный полиморфизм, а могут быть связаны с наследственными заболеваниями или аномалиями фенотипа.
46,X,fra(X)(q27.3)
Ломкий участок в субполосе Xq27.3 одной из Х-хромосом в женском кариотипе.
46,Y,fra(X)(q27.3)
Ломкий участок в субполосе Xq27.3 Х-хромосомы в мужском кариотипе.

Маркерная хромосома (таг) - это структурно измененная хромосома, ни одна часть которой не может быть идентифицирована. Если какая-нибудь из частей аномальной хромосомы идентифицирована, ее описывают как производную хромосому (der). При описании кариотипа перед символом mar ставят знак (+).
47,XX,+mar
Одна дополнительная маркерная хромосома.
48,X,t(X;18)(p11.2;q11.2)+2mar
Две маркерные хромосомы в дополнение к транслокации t(X;18).

Кольцевые хромосомы обозначают символом г, они могут состоять из одной или нескольких хромосом.
46,XX,r(7)(p22q36)
46,XX,r(7) (::р22->q36::)
Разрыв и воссоединение произошли в сегментах 7р22 и 7q36 с потерей участков хромосомы, расположенных дистальнее этих точек разрыва.
Если центромера кольцевой хромосомы неизвестна, но известны сегменты хромосом, содержащихся в кольце, кольцевые хромосомы определяются как производные (der).
46,XX,der(1)r(1;3)(p36.1q23;q21q27)
46,XX,der(1)(::lp36.1->1q23::3q21->3q27::)

Транслокации. Реципрокные транслокации
Для описания транслокаций (t) используют те же принципы и правила, что и для описания других хромосомных перестроек. Для того чтобы отличить гомологичные хромосомы, один из гомологов может быть подчеркнут одинарным подчеркиванием (_).
46,XY,t(2;5)(q21;q31)
46,XY,t(2;5)(2pter2q21::5q31-> 5qter;5pter 5q31::2q21->2qter)
Разрыв и воссоединение произошли в сегментах 2q21 и 5q31. Хромосомы обме-нялись участками, дистальными по отношению к этим сегментам. Первой указывают хромосому с меньшим порядковым номером.
46,X,t(X;13)(q27;ql2)
46,X,t(X;13)(Xpter->Xq27::13ql2->13qter;13pter->3q 12::Xq27->Xqter)
Разрыв и воссоединение произошли в сегментах Xq27 и 13q12. Сегменты, дистальные по отношению к этим участкам, поменялись местами. Поскольку в транслокации участвует половая хромосома, ее записывают первой. Отметим, что правильная запись следующая - 46,X,t(X;13), а не 46,XX,t(X;13).
46,t(X;Y) (q22;q1, 1.2) 
46,t(X;Y)(Xpter->Xq22::Yq11.2->Yqter;Ypter->Yq11.2::Xq22->Xqter)
Реципрокная транслокация между X- и Y-хромосомами с точками разрыва Xq22 и Yq11.2.
Транслокации с вовлечением в них целых хромосомных плеч могут быть записаны с указанием точек разрыва в центромерных районах р10 и q10. При сбалансированных транслокациях точку разрыва в половой хромосоме или в хромосоме с меньшим порядковым номером обозначают р10.
46,XY,t(4;3)(p10;q10)
46,XY,t(1;3)(lpteMlpl0::3ql0->3qter;3pter->3p40::4q40->4qter)
Реципрокная транслокация целых хромосомных плеч, при которой короткие плечи хромосомы 1 присоединились к центромере с длинными плечами хромосомы 3, а длинные плечи хромосомы 1 присоединились к коротким плечам хромосомы 3.
При несбалансированных транслокациях целых хромосомных плеч перестроен-ная хромосома обозначается как производная (der) и замещает две нормальные хромосомы.
45,XX,der(1;3) (p10;q10)
45,XX,der(1;3)(1pter->1p10::3q10->3qter)

Производная хромосома, состоящая из короткого плеча хромосомы 1 и длинного плеча хромосомы 3. Недостающие хромосомы 1 и 3 не обозначены, так как они заменены производной хромосомой. Кариотип, таким образом, содержит одну нормальную хромосому 1, одну нормальную хромосому 3 и производную хромосому der(l;3).

Робертсоновские транслокации
Это особый тип транслокаций, возникающих в результате центрического слияния длинных плеч акроцентрических хромосом 13-15 и 21-22 с одновременной потерей коротких плеч этих хромосом. Принципы описания несбалансированных транслокаций, затрагивающих целые плечи, применимы и для описания робертсоновских транслокаций с использованием символа (der). Символ rob также может быть использован при описании этих транслокаций, но его нельзя применять в описании приобретенных аномалий. Точки разрывов хромосом, участвующих в транслокации, указывают в районах q10.
45,XX,der(13;21) (q10;q10)
45,XX,rob(13;21) (q10;q10)

Разрыв и воссоединение произошли в сегментах 13q10 и 21q10 центромерных районов хромосом 13 и 21. Производная хромосома заменила одну хромосому 13 и одну хромосому 21. Нет необходимости указывать недостающие хромосомы. Кариотип содержит одну нормальную хромосому 13, одну нормальную хромосому 21 и der (13;21). Дисбаланс возникает за счет потери коротких плеч хромосом 13 и 21.

Все белки тела, записана в клеточной ДНК. Всего лишь 4 вида нуклеиновых оснований - и бесчисленное количество сочетаний аминокислот. Природа позаботилась о том, чтобы каждый сбой не был критичным и сделала избыточным. Но иногда искажение все же закрадывается. Его называют мутация. Это нарушение в записи кода ДНК.

Полезные - редки

Большинство таких искажений (более 99%) несут негативное значение для организма, что делает теорию эволюции несостоятельной. Оставшийся один процент не в состоянии обеспечить преимущество, так как далеко не каждый мутировавший организм дает потомство. Ведь в природе право размножаться имеют далеко не все. Мутация клеток чаще происходит у самцов - а самцы, как известно, в природе чаще умирают, не дав потомства.

Виноваты женщины

Впрочем, человек - исключение. У нашего вида чаще всего запускается безответственным поведением самок. Курение, алкоголь, наркотики, ЗППП - и ограниченный запас яйцеклеток, подвергающихся негативному воздействию с раннего детства. Если для мужчин существует, то для женщин даже небольшой стакан может спровоцировать нарушения правильного формирования яйцеклеток. Пока европейские женщины наслаждаются свободой, арабки воздерживаются - и рожают здоровых детей.

Неверно записано

Мутация - это постоянное изменение в ДНК. Оно может затрагивать небольшую зону или целый блок в хромосоме. Но даже минимальное нарушение сдвигает код ДНК, заставляя синтезировать совсем другие аминокислоты - следовательно, весь белок, кодируемый данным участком, будет неработающим.

Три типа

Мутация - это нарушение одного из видов - либо унаследованное, либо мутация de novo, либо локальная мутация. В первом случае это Во втором - нарушение на уровне сперматозоида или яйцеклетки, а также последствие воздействия опасных факторов после оплодотворения. Опасные факторы - это не только вредные привычки, но и неблагоприятная экологически обстановка (в том числе радиационная). De novo мутация - это нарушения во всех клетках тела, так как она возникает из ненормальных исходных. В третьем случае локальная, или возникает не на ранних этапах и затрагивает не все клетки тела, с большой долей вероятности она не передается потомству, в отличие от первого и второго типа нарушений.

Если проблемы возникли на ранних стадиях беременности, то возникает мозаичное нарушение. В этом случае часть клеток оказывается затронутыми болезнью, часть - нет. При этом виде высока вероятность, что ребенок родится живым. Большинство же генетических нарушений увидеть не приходится, потому что в этом случае часто происходят выкидыши. Мать нередко даже не замечает беременности, это выглядит как задержавшиеся месячные. Если мутация безвредна и встречается часто, ее называют полиморфизмом. Именно так возникли группы крови и цвета радужки. Впрочем, полиморфизм может повышать вероятность возникновения некоторых заболеваний.

Для сравнения количества de novo мутаций для каждого из случаев проводили параллельное секвенирование экзомов испытуемого и его родителей (трио). Особенно много (по отношению к контрольной группе) у больных ВПС несинонимичных замен было обнаружено в генах, вовлеченных в метилирование, деметилирование и распознавание метилирования лизина 4 гистона 3, а также отвечающих за убиквитинилирование H2BK120, которое необходимо доя метилирования H3K4. Особенность этих генов состоит в том, что каждая из мутаций в них ведет к нарушению экспрессии сразу нескольких генов, играющих важную роль в развитии организма.

Интересным представляется то, что по результатам аналогичного исследования, проведенного на больных аутизмом, гены, участвующие в распознавании метилирования H3K4 (СHD7, CHD8 и другие), также попали в список кандидатов. В работе перечисляются мутации, общие для обоих заболеваний (аутизма и ВПС), и никогда ранее не обнаруженные в норме. Авторы предполагают, что по подобному механизму могут развиваться и другие наследственные заболевания.

Источник
Nature. 2013 May 12. De novo mutations in histone-modifying genes in congenital heart disease. Zaidi S, Choi M, Wakimoto H, Ma L, Jiang J, Overton JD, Romano-Adesman A, Bjornson RD, Breitbart RE, Brown KK, Carriero NJ, Cheung YH, Deanfield J, Depalma S, Fakhro KA, Glessner J, Hakonarson H, Italia MJ, Kaltman JR, Kaski J, Kim R, Kline JK, Lee T, Leipzig J, Lopez A, Mane SM, Mitchell LE, Newburger JW, Parfenov M, Pe"er I, Porter G, Roberts AE, Sachidanandam R, Sanders SJ, Seiden HS, State MW, Subramanian S, Tikhonova IR, Wang W, Warburton D, White PS, Williams IA, Zhao H, Seidman JG, Brueckner M, Chung WK, Gelb BD, Goldmuntz E, Seidman CE, Lifton RP.

Подпись к рисунку
De novo мутации в метаболических путях H3K4 и H3K27. На рисунке перечислены гены, мутации в которых вляют на метилирование, деметилирование и узнавание гистоновых модификаций. Гены, несущие мутации типа сдвига рамки считывания и в сайтах сплайсинга, отмечены красным; гены, несущие несинонимичные замены, показаны синим. Обозначение SMAD (2) означает, что данная мутация была обнаружена сразу у двух пациентов. Гены, продукты которых работают в комплексе, обведены в прямоугольник.