Краткая история медицинской генетики

Дифференциальное окрашивание  хромосом можно проводить радом  способов. Первоначально использовали акрихинипритфлюоресцентное алкилирующее вещество (Ц-метод).

     

Действие его основано на способности метафазных хромосом дифференциально связывать флюорохромы. После окрашивания акрихином сегменты приобретают яркое флюоресцирующее свечение. Рисунок каждой хромосомы специфичен по числу, размерам и положению по-разному флюоресцирующих сегментов, что и обеспечивает идентификацию всех хромосом. С помощью данного метода окраски можно идентифицировать хроматин с повышенным содержанием АТ-пар, поскольку они активнее флюоресцируют. Специфическим преимуществом Q - метода является то, что он позволяет даже в интерфазном ядре идентифицировать Y-хромосому по яркому свечению. Для просмотра таких препаратов используют люминесцентный микроскоп.     

В дальнейшем был разработан способ окраски хромосом без флюоресцентных красителей — G-окраска (краситель Гимза). После предварительной инкубации  в солевом растворе хромосомы  обрабатываются протеазой. В результате хромосомы приобретают сегментированный вид благодаря чередованию темно- и светлоокрашенных участков. Механизм образования сегментов пока недостаточно ясен. Предполагается, что окрашенные сегменты — это гетерохроматиновые участки с повторяющимися последовательностями ДНК, а неокрашенные — это эухроматиновые районы с кодирующими последовательностями ДНК.     

К разновидностям дифференциального  окрашивания по методу Гимзы относятся R-окрашиваемость и C-окрашиваемость. Эти  разновидности дифференциального окрашивания получают при определенном изменении времени и условий инкубации препаратов, окрашенных по методу Гимзы. В первом случае распределение окрашенных и неокрашенных сегментов будет обратным тому, что наблюдается при G- и Q - окрашивании. На R-окрашенных хромосомах гетерохроматиновые районы (центромерные, околоцентромерные и интерстициальные) остаются светлыми. В случае же С-окраски выявляются районы структурного или факультативного гетерохроматина. В хромосомах человека эти районы локализованы в околоцентромерных участках, а в Y-хромосоме — в дистальной половине длинного плеча. Наиболее крупные блоки С-хроматина имеются в области вторичных перетяжек аутосом 1,9 и 16, а также в Y-хромосоме. Самыми мелкими центромерными блоками обладают Y-хромосома и аутосома 2. Одной из особенностей хромосом человека является асинхронность (неодновременность) репликации по длине. В каждой хромосоме есть рано и поздно реплицирующиеся участки. Для выявления последовательности репликации применяется 5-бромдезоксиуридин — аналог тимина. Включившие его участки окрашиваются слабо. Применяется 5-бром-дезоксиуридин и для дифференциальной окраски сестринских хроматид, если он вводится на полный клеточный цикл. В этом случае вновь образуемая хроматида включит этот аналог тимина и будет окрашена слабо, а другая (старая) окрасится интенсивно. Этот метод позволяет выявлять участки сестринских хроматидных обменов (СХО).      

При воздействии различными мутагенными факторами число  СХО увеличивается, следовательно, этот метод выгоден для изучения мутационного процесса у человека.     

Успехи молекулярной цитогенетики человека позволяют разрабатывать  новые методы изучения хромосом. Так, следует отметить метод флюоресцентной гибридизации in situ (FISH-метод), который  дает FISH возможность исследовать широкий круг вопросов от локализации гена до расшифровки сложных перестроек между несколькими хромосомами. Метод может применяться и для диагностики анеуплоидий в интерфазных ядрах.     

Таким образом, соединение цитогенетических и молекулярно-генетических методов в генетике человека делает почти неограниченными возможности диагностики хромосомных аномалий.      

Вопросы и задания     

1. Дайте определение следующим  терминам: хромосома, хроматида,  хроматин, хромомера, кариотип.     

2. В чем различие между эухроматином и гетерохроматином? Типы хроматина. Ответ обоснуйте.     

3. На каких стадиях митоза  хромосомы хорошо видны? Почему?      

4. Дайте характеристику  нормального кариотипа в соответствии  с Денверской классификацией.     

5. Опишите методы дифференциальной окраски хромосом и их роль в развитии цитогенетики человека.      

6. Какое практическое значение  имеет исследование полового  хроматина     

3.Генетика соматических  клеток. Она изучает наследственность и изменчивость соматических клеток. Благодаря тому, что эти клетки содержат весь объем генетической информации, на них можно также изучать генетические особенности целостного организма. Генетика соматических клеток позволила включить человека в группу экспериментальных объектов.     

Соматические клетки человека для генетических исследований получают из материала биопсий (прижизненное иссечение тканей или органов) и аутопсий (кусочки тканей или органов от трупов). Чаще всего используют кле¬точные культуры фибробластов и лимфоидных клеток.      

В настоящее время применяют  следующие методы генетики соматических (клеток человека:     

1) простое культивирование;      

2) гибридизация;     

3) клонирование;     

4) селекция.     

П р о с т о е  к у л ь т и в и р  о в а н и е - - размножение  клеток на питательных средах с целью получения их в достаточном количестве для цитогенетического, биохимического, иммунологического и других методов исследования.     

Гибридизация соматических клеток - это слияние клеток двух разных типов. Гибридизацию могут проводить между клетками, полученными от разных людей, а также клетками человека с клетками мыши, крысы, китайского хомячка, морской свинки, обезьяны, курицы. Спонтанное (произвольное) слияние происходит редко, поэтому в смешанную культуру добавляют или чаще вирус Сендай. При слиянии клеток образуется гетерокарион (гибридная клетка с двумя ядрами разных тиков клеток). Затем ядра этой клетки могут слиться с образованием синкариона (от греч. syn — вместе).     

Особый интерес представляют гибридные клетки «человек—мышь», так как при последующих делениях они имеют тенденцию к утрате многих хромосом человека. Примерно через 30 поколений можно найти клетки, содержащие только одну—две пары человеческих хромосом. Если в гибридной клетке отсутствует какая-либо хромосома и не происходит синтез каких-то белков, то можно предположить, что гены, детерминирующие синтез этих белков, локализованы в данной хромосоме. Этот метод позволяет установить группы сцепления, а используя хромосомные перестройки (нехватки и транслокации), выяснять последовательность расположения генов и строить генетические карты хромосом человека.     

4.Клонирование- получение потомков  одной клетки (клона), взятой из  общей клеточной массы. Все  клетки будут с одинаковым  генотипом. Одним из примеров  метода клонирования является получение гибридом (от лат. Hibrida- — помесь и греч. oma — опухоль). Гибридома — это клеточный гибрид, получаемый слиянием нормального лимфоцита и опухолевой клетки     

Селекция (от лат. selectio — отбор, выбор) — отбор клеток с заранее заданными свойствами при культивировании их на селективных питательных средах. Например, если использовать питательную среду без лактозы (но с добавлением других cахаров), то из большого числа клеток помещенных в нее, может оказаться несколько, способных существовать без лактозы. В дальнейшем можно будет получить клон этих клеток.      

5.Метод дерматоглифики. Представляет  собой изучение папиллярных узоров  пальцев, ладоней и стоп для  определения зиготности близнецов,  диагностики некоторых геномных  и хромосомных мутаций (например, болезни Дауна, Патау и других); для идентификации личности в криминалистике, установления отцовства в судебной медицине.     

6.Близнецовый метод. Это метод  изучения генетических закономерностей  на близнецах. Он позволяет  оценить относительную роль (удельный вес) генетических и средовых факторов в развитии конкретного признака или заболевания.      

Впервые он был предложен Ф. Гальюном в 1875 г. Близнецовый метод дает возможность  определить вклад генетических (наследственных) и средовых факторов (климат, питание, обучение, воспитание и др.) в развитии конкретных признаков или заболеваний у человека.     

При использовании близнецового метода проводится сравнение: монозиготных (однояйцовых) близнецов с дизиготными; партнеров  в монозиготных парах между собой; данных анализа близнецовой выборки с общей популяцией.      

Монозиготные близнецы (МБ) образуются из одной зиготы, разделившейся на стадии дробления на две (или более) части. С генетической точки зрения они идентичны, т. е. обладают одинаковыми генотипами. Монозиготные близнецы всегда одного пола (рис. 2).     

Особую группу среди МБ составляют необычные типы близнецов: двухголовые (как правило, нежизнеспособные), каспофаги («сиамские близнецы»). Родившиеся в 1811 г. в Сиаме (ныне Таиланд) сиамские близнецы Чанг и Энг прожили 63 года. Они были женаты на близнецах; Чанг произвел на свет 10, а Энг — 12 детей. От бронхита умер Чанг, а спустя 2 часа умер и Энг. Их связывала тканевая перемычка шириной около 10 см. Позднее было установ¬лено, что эта перемычка состояла из печеночной ткани и связывала две печени. Любая хирургическая попытка разделить братьев в то время вряд ли была бы успешной. В настоящее время разъединяют и более сложные связи между близнецами.     

Дизиготные близнецы (ДБ) развиваются в случае, если образуются одновременно две яйцеклетки, оплодотворенные двумя сперматозоидами.

     

Естественно, что дизиготные близнецы имеют различные генотипы. Они сходны между собой не более, чем братья и сестры, т. к. имеют  около 50% идентичных генов. Общая частота  рождения близнецов составляет примерно 1%; из них около 1/3 приходится на монозиготных близнецов. Известно, что число рождений монозиготных близнецов сходно в разных популяциях, в то время как для дизиготных близнецов эта цифра существенно различается. Например, в США дизиготные близнецы рождаются чаще среди негров, чем белых. В Европе частота появления дизиготных близнецов составляет 8 на 1000 рождений. Однако в отдельных популя¬циях их бывает больше. Самая низкая частота рождения близнецов, присущая в большей степени монголоидным популяциям, наблю¬дается в Японии. Отмечается, что частота врожденных уродств у близнецов, как правило, выше, чем у одиночнорожденных.     

Полагают, что многоплодие  генетически обусловлено. Однако это  справедливо лишь для дизиготных близнецов. Факторы, влияющие на частоту  рождения близнецов, в настоящее время мало изучены. Есть данные, показывающие, что вероятность рождения дизиготных близнецов повышается с увеличением возраста матери, а также порядкового номера рождения. Влияние возраста матери объясняется, вероятно, повышением уровня гонадотропина, приводящее к учащению полиовуляции. Имеются данные о снижении частоты рождения близнецов в индустриальных странах.     

Близнецовый метод включает в себя диагностику зиготности близнецов. В настоящее время используются следующие методы для ее установления:      

1) полисимптомный метод заключается  в сравнении пары близнецов  по внешним признакам (форма  бровей, носа, губ, ушных раковин,  цвет волос, глаз и т. п.). Несмотря на очевидное удобство, этот метод до известной степени  субъективен и может давать  ошибки;     

2) иммуногенетический метод более  сложен и основывается на анализе  групп крови, белков сыворотки  крови, лейкоцитарных антигенов,  чувствительности к фенилтиокарбамиду  и др. Если у близнецов по  этим признакам различий нет,  их считают монозиготными;     

3) достоверным критерием зиготности близнецов является приживляемость кусочков кожи. Установлено, что у дизиготных близнецов такая пересадка всегда заканчивается отторжением, в то время как у монозиготных пар отмечается высокая приживляемость трансплантантов;     

4) метод дерматоглифики  заключается в изучении папиллярных  узоров пальцев, ладоней и стоп. Эти признаки строго индивидуальны  и не изменяются в течение  всей жизни человека. Не случайно, что эти показатели используются  в криминалистике и судебной  медицине для опознания личности и установления отцовства. Сходство дерматоглифических показателей у монозиготных близнецов значительно выше, чем у дизиготных.     

Близнецовый метод включает также сопоставление групп моно-и  дизиготных близнецов по изучаемому признаку. Если какой-либо признак встречается у обоих близнецов одной пары, то она называется конкордантной, если же у одного из них, то пара близнецов называется дискордантной (конкордантность — степень сходства, дискордантность — степень различия).      

При сопоставлении моно- и дизиготных близнецов определяют коэффициент  парной конкордантности, указывающий  на долю близнецовых пар, в которых  изучаемый признак проявился  у обо¬их партнеров. Коэффициент  конкордантности выражается в долях  единицы или в процентах и определяется      

по формуле: K=C/(C+D)     

где С — число конкордатных пар     

 Д — число дискордантных  пар.     

Сравнение парной конкордантности  у моно- и дизиготных близнецов  дает ответ о соотносительной  роли наследственности и среды в  развитии того или иного признака или болезни. При этом исходят из предположения, что степень конкордантности достоверно выше у монозиготных, чем у дизиготных близнецов, если наследственные факторы имеют доминирующую роль в развитии признака (см. табл. 1).