Хромосомні мутації: приклади. Види хромосомних мутацій
Хромосомні мутації (по-іншому їх називають абераціями, перебудовами) - це непередбачувані зміни в структурі хромосом. Найчастіше вони викликаються проблемами, що виникають в процесі поділу клітини. Вплив ініціюючих факторів середовища - це ще одна можлива причина хромосомних мутацій. Давайте ж розберемося, якими можуть бути прояви такого роду змін у структурі хромосом і які наслідки вони несуть для клітини і всього організму.
Мутації. Загальні положення
У біології мутація визначається як стійке зміна структури генетичного матеріалу. Що значить «стійке»? Воно передається у спадок нащадкам організму, що має мутантну ДНК. Відбувається це таким чином. Одна клітина отримує неправильну ДНК. Вона ділиться, а дві дочірні копіюють її будова повністю, тобто вони теж містять змінений генетичний матеріал. Далі таких клітин стає все більше, і, якщо організм переходить до розмноження, його нащадки отримують подібний мутантний генотип.
Мутації зазвичай не проходять безслідно. Деякі з них змінюють організм настільки, що результатом цих змін стає летальний результат. Частина з них змушує організм функціонувати по-новому, знижуючи його здатність до адаптації і приводячи до серйозних патологій. І дуже мала кількість мутацій приносить організму користь, підвищуючи тим самим його здатність адаптуватися до умов навколишнього середовища.
Виділяють мутації генні, хромосомні і геномні. Така класифікація грунтується на відмінностях, які у різних структурах генетичного матеріалу. Хромосомні мутації, таким чином, зачіпають будова хромосом, генні - послідовність нуклеотидів в генах, а геномні вносять зміни в геном всього організму, додаючи або віднімаючи цілий набір хромосом.
Поговоримо про хромосомних мутаціях більш докладно.
Якими можуть бути хромосомні перебудови?
Залежно від того, як локалізовані відбуваються зміни, розрізняють такі типи хромосомних мутацій.
- Внутріхромосомние - перетворення генетичного матеріалу в межах однієї хромосоми.
- Міжхромосомні - перебудови, в результаті яких дві негомологічної хромосоми обмінюються своїми ділянками. Негомологічної хромосоми містять різні гени і не зустрічаються в процесі мейозу.
Кожному з цих типів аберацій відповідають деякі види хромосомних мутацій.
Делеции
Делеція - це відділення або випадання якого-небудь ділянки хромосоми. Нескладно здогадатися, що цей тип мутації відноситься до внутріхромосомним.
Якщо відділяється крайній ділянку хромосоми, то делеция називається кінцевий. Якщо ж відбувається випадання генетичного матеріалу ближче до центру хромосоми, така делеция іменується інтерстиціальної.
Цей тип мутацій може впливати на життєздатність організму. Наприклад, випадання ділянки хромосоми, що кодує певний ген, забезпечує людині несприйнятливість до вірусу імунодефіциту. Ця адаптаційна мутація виникла приблизно 2000 років тому і деяким людям, хворим на СНІД, вдалося вижити тільки завдяки тому, що їм пощастило мати хромосоми із зміненою структурою.
Дуплікації
Ще один вид внутріхромосомних мутацій - дуплікації. Це копіювання ділянки хромосоми, яке відбувається внаслідок помилки при так званому перекресте, або кросинговері в процесі поділу клітини.
Скопійований таким чином ділянка може зберігати своє становище, повертатися на 180 °, або навіть повторюватися кілька разів, і тоді така мутація називається ампліфікацією.
У рослин кількість генетичного матеріалу може збільшуватися саме шляхом багаторазових дуплікацій. У такому випадку зазвичай змінюються здатності цілого виду до адаптації, а це означає, що такі мутації мають велике еволюційне значення.
Інверсії
Також відносяться до внутріхромосомним мутацій. Інверсія - це поворот певної ділянки хромосоми на 180 °.
Перевернута в результаті інверсії частина хромосоми може перебувати по одну сторону від центромери (парацентрической інверсія) або по різні її сторони (періцентріческая). Центромера - це так звана область первинної перетяжки хромосоми.
Зазвичай інверсії не роблять впливу на зовнішні ознаки організму і не призводять до патологій. Існує, однак, припущення, що у жінок з інверсією певної ділянки дев'ятої хромосоми вірогідність викидня при вагітності зростає на 30%.
Транслокации
Транслокація - це переміщення ділянки однієї хромосоми на іншу. Ці мутації відносяться до типу міжхромосомні. Виділяють два види транслокаций.
- Реципрокні - це обмін двох хромосом певними ділянками.
- Робертсонівські - злиття двох хромосом з коротким плечем (акроцентріческіх). У процесі робертсоновской транслокации короткі ділянки обох хромосом втрачаються.
Реципрокні транслокации призводять у людей до проблем з дітонародженням. Іноді такі мутації стають причиною невиношування вагітності або ведуть до появи на світ дітей з вродженими патологіями розвитку.
Робертсонівські транслокации досить часто зустрічаються у людини. Зокрема, якщо транслокация відбувається за участю хромосоми 21, у плода розвивається синдром Дауна, одна з найбільш часто реєстрованих вроджених патологій.
Ізохромосома
Ізохромосома - це хромосоми, що втратили одне плече, але при цьому замінили його на точну копію іншого свого плеча. Тобто по суті такий процес можна вважати делецией і інверсією в одному флаконі. У дуже рідкісних випадках такі хромосоми мають дві центромери.
Ізохромосома присутні в генотипі жінок, що страждають синдромом Шерешевського - Тернера.
Всі описані вище види хромосомних мутацій притаманні різним живим організмам, в тому числі і людині. Як же вони проявляються?
Хромосомні мутації. Приклади
Мутації можуть відбуватися в статевих хромосомах і в аутосомах (всіх інших парних хромосомах клітини). Якщо мутагенез зачіпає статеві хромосоми, наслідки для організму, як правило, виявляються важкими. Виникають вроджені патології, які зачіпають розумовий розвиток індивіда і зазвичай виражаються в змінах фенотипу. Тобто зовні мутантні організми відрізняються від нормальних.
Геномні і хромосомні мутації частіше виникають у рослин. Однак зустрічаються вони і у тварин, і у людини. Хромосомні мутації, приклади яких ми розглянемо нижче, проявляються у виникненні тяжких спадкових патологій. Це синдром Вольфа-Хіршхорн, синдром «котячого крику», хвороба часткової трисомії по короткому плечу хромосоми 9, а також деякі інші.
Синдром «котячого крику»
Це захворювання було відкрито в 1963 році. Виникає воно через часткову моносомії за коротким плечу хромосоми 5, обумовленої делецией. Один з 45 000 дітей народжується з цим синдромом.
Чому це захворювання отримало таку назву? Діти, які страждають цією хворобою, мають характерний плач, який нагадує котяче нявкання.
При делеции короткого плеча п'ятої хромосоми можуть втрачатися різні його ділянки. Клінічні прояви захворювання безпосередньо залежать від того, які гени були загублені під час цієї мутації.
Будова гортані змінюється у всіх хворих, а значить «котячий крик» характерний всім без винятку. У більшої частини страждають цим синдромом відзначається зміна будови черепа: зменшення мозкового відділу, лунообразное форма обличчя. Вушні раковини при синдромі «котячого крику» зазвичай розташовані низько. Іноді у хворих відзначаються вроджені патології серця або інших органів. Характерною ознакою також стає розумова відсталість.
Зазвичай хворі з цим синдромом помирають в ранньому дитинстві, лише 10% з них доживає до десятирічного віку. Однак зафіксовані і випадки довгожительства при синдромі "котячого крику" - до 50 років.
Синдром Вольфа-Хіршхорн
Цей синдром зустрічається значно рідше - 1 випадок на 100 000 народжень. Обумовлений він делецией одного з сегментів короткого плеча четвертої хромосоми.
Прояви цього захворювання різноманітні: затримка розвитку фізичної і психічної сфери, мікроцефалія, характерна клювовидного форма носа, косоокість, ущелини піднебіння або верхньої губи, маленький рот, пороки внутрішніх органів.
Як і багато інших хромосомні мутації людини, хвороба Вольфа-Хіршхорн відноситься до категорії напівлетальних. Це означає, що життєздатність організму при такої хвороби істотно знижена. Діти з діагностованим синдромом Вольфа-Хіршхорн зазвичай не доживають до 1 року, проте зафіксовано один випадок, коли хворий прожив 26 років.
Синдром часткової трисомії по короткому плечу хромосоми 9
Виникає це захворювання з причини незбалансованих дуплікацій в дев'ятому хромосомі, в результаті чого генетичного матеріалу в цій хромосомі стає більше. Усього відомо більше 200 випадків таких мутацій у людини.
Клінічна картина описується затримкою фізичного розвитку, легкою розумовою відсталістю, характерним виразом обличчя. Пороки серця виявляються у четвертій частині всіх хворих.
При синдромі часткової трисомії короткого плеча хромосоми 9 прогноз все ж відносно сприятливий: велика частина хворих доживають до похилого віку.
Інші синдроми
Іноді навіть на дуже маленьких ділянках ДНК відбуваються хромосомні мутації. Хвороби в таких випадках зазвичай обумовлені дуплікації або делеціями, і їх називають відповідно мікродуплікаціоннимі або мікроделеціоннимі.
Найпоширенішим таким синдромом вважається хвороба Прадера-Віллі. Виникає вона через мікроделеції ділянки хромосоми 15. Що цікаво, ця хромосома повинна бути обов'язково отримана організмом від батька. В результаті мікроделеції порушеними виявляються 12 генів. У хворих з цим синдромом відзначаються розумова відсталість, ожиріння, а також у них зазвичай маленькі стопи і кисті рук.
Ще одним прикладом таких хромосомних хвороб може служити синдром Сотоса. Відбувається мікроделецій на ділянці довгого плеча хромосоми 5. Клінічна картина цього спадкового захворювання характеризується швидким зростанням, збільшенням в розмірах кистей рук і стоп, наявністю опуклого лоба, деякою затримкою психічного розвитку. Частота народження цього синдрому не встановлена.
Хромосомні мутації, точніше, мікроделеції на ділянках 13 і 15 хромосом, викликають відповідно пухлина Вільмса і ретінбластому. Пухлина Вільмса - це рак нирок, який виникає переважно у дітей. Ретинобластома - це злоякісна пухлина сітківки, яка також зустрічається у дітей. Ці захворювання лікуються, якщо діагностика їх проведена на ранніх стадіях. У деяких випадках лікарі вдаються до оератівному втручанню.
Сучасна медицина позбавляє від багатьох хвороб, але вилікувати або хоча б запобігти хромосомні мутації поки не можна. Їх можна тільки виявити на початку внутрішньоутробного розвитку плода. Однак генна інженерія не стоїть на місці. Бути може, незабаром спосіб запобігання хвороб, що викликаються хромосомними мутаціями, буде знайдений.
