Механизм образования числовых и структурных аномалий кариотипа

В основе всех числовых аномалий кариотипа лежит нерасхож­дение хромосом в мейозе. Чаще это происходит у особей жен­ского пола. Так, трисомия и моносомия возникают вследствие нерасхождения хроматид во время мейотического деления. В результате в одной дочерней клетке появляется лишняя хромосо­ма, в другой ее недостает. Полисомия, как и моносомия, возни­кает, очевидно, из-за нерасхождения во время мейоза или ранне­го дробления. В большинстве случаев трисомные и моносомные эмбрионы появляются в результате новых мутаций в половых клетках родителей. Наиболее часто у животных обнаруживают трисомию и моносомию половых хромосом. Вероятность нерас­хождения хромосом увеличивается с возрастом животных.

Полиплоидия может возникать в результате ошибок при мейозе^иш во время оплодотворения. Так, при делении хромо­сом на хроматиды без деления цитоплазмы в клетке может обра­зовываться тетраплоидный набор. Такие клетки могут возникать при слиянии двух соматических клеток. У животных обнаружи­вали диплоидные гаметы, которые формировались в результате нерасхождения хромосом в мейозе. Эти случаи полиплоидии связаны с нарушением образования веретена или тянущих нитей в анафазе.

Полиплоидия может быть следствием оплодотворения одной яйцеклетки с гаплоидным набором хромосом двумя или более спермиями (полиспермия или полиандрия). При оплодотворении одной яйцеклетки двумя спермиями формируется триплоидный эмбрион. Триплоидный набор может возникнуть тогда, когда в процессе оплодотворения наряду с яйцеклеткой участвует и вто­рое полярное тело (рис. 35). В других случаях полиплоидные индивидуумы возникают при задержке первого деления дробле­ния зиготы.

Тетраплоидия может возникать благодаря подавлению первого дробления диплоидной зиготы, когда хромосомы дуплицируются и делятся, но остаются в той же клетке.

Предрасполагающие к появлению полиплоидии факторы: ста­рение гамет при задержке овуляции, длительность хранения спермы, задержка оплодотворения самок. Слияния клеток могут индуцироваться вирусами. На образование веретена деления (разрыва нитей) могут влиять лекарственные препараты.

Мозаицизм и миксоплоидия, а также химеризм относятся к кате­гории соматических мутаций. Мозаицизм — присутствие в орга­низме клеток (точнее, клонов) разного генотипа, что может при­вести к возникновению в процессе соматического развития кле­точных популяций с отличающимся генотипом. Частным случаем мозаицизма является гинандроморфизм и мозаицизм по

Рис. 35. Механизм образования трисомин и моиосомин в мейозе (но Харе, 1978)

группам крови, белкам и др. Миксоплоидия, полисоматия — форма клеточного мозаицизма — наличие у одной особи клеток с различным уровнем шгоидности (три-, тетра-, пента-, гекса-плоидные и т. д.). Миксоплоидные клетки возникают в результа­те нарушения митоза во время раннего дробления при делении зиготы (нерасхождение хромосом). Химеризм возникает в ре­зультате обмена клетками крови между плодами при двух или более плодной беременности, в случае слияния бластоцист или зигот. В частности, диплоидно-триплоидные химеры могут фор­мироваться при слиянии второго полярного тела с одним из бластомеров на первой стадии дробления.

Структурные изменения в кариотипе {аберрации) возникают как результат спонтанной или индуцированной ломки, разрывов и последующих воссоединений хромосом новым способом. Если разрывы затрагивают обе хроматиды, аберрации называют хро­мосомными, если только одну — хроматидными. Если в резуль­тате структурной перестройки нет потери или прибавления гене­тического материала, аберрации считаются сбалансированными. К ним относятся в основном транслокации, инверсии. Несба­лансированные аберрации представлены главным образом деле-циями, дупликациями, изохромосомами и кольцевыми хромосо­мами. После разрывов хромосом или хроматид оторвавшиеся фрагменты обычно утрачивают. Это приводит к потере части генов (делеции и нехватки) или дополнению хромосом фрагмен­тами (дупликации), что связано с появлением избыточного гене-

тического материала в клетках. Следствием делеций и нехваток может быть отсутствие генетического контроля ддя самых разных признаков организма. Рецессивные гены, содержащиеся в тех же локусах нормальной гомологичной хромосомы, проявляют свой эффект в одинарной дозе. Следует иметь в виду, что животные, гетерозиготные по сбалансированным транслокациям, могут производить генетически несбалансированные гаметы, которые, в свою очередь, могут формировать несбалансированные зиготы, отмирающие на ранних стадиях эмбриогенеза (рис. 36).

В связи с широким распространением центрических слияний (транслокаций Робертсона) у животных ученые активно изучают механизмы их образования. Полагают, что робертсоновские транслокации представляют собой частный вариант теломерного слияния, вовлекающего теломерные концы двух различных тело-центрических (акроцентрических) хромосом, у которых вследст­вие задержки репликации ДНК в области палиндрома либо точ-ковых мутаций в этой области рестрикционные эндонуклеазы утрачивают способность узнавать место рестрикции, что ведет к сохранению прочного соединения между хромосомами. При этом возникает метацентрическая или субметацентрическая хро­мосома, несущая две центрометры, которые либо функциониру­ют как одно целое, либо одна центромера инактивируется.

Реципрокные транслокации у родителей — одна из основных причин возникновения трисомий и моносомий у эмбрионов. Частичные трисомий могут быть связаны как с транслокациями и инверсиями у родителей, так и с новыми мутациями — спорадические транслокации, дупликации и т. д. Необходимо отметить, что в данном случае терминами «частичные три­сомий» и «моносомий», обозначаются потери части хромосом, т. е. делеций и нехватки. При транслокациях число плеч хромосом в клетках остается таким же, однако в измененных хромосомах образуются новые группы сцепления между генами, что нарушает процессы конъюгации гомологичных хромосом в мейозе и является причиной формирования несбаланси­рованных зигот.

Хромосомная нестабильность. В процессе ци-тогенетического анализа можно выделить животных, не имею­щих в кариотипе каких-либо изменений, и особей, у которых находят разрывы и пробелы хромосом, полиплоидные клетки, другие структурные и числовые аберрации. По специальным методикам у одних индивидуумов обнаруживают нарушения формирования синаптонемного комплекса в мейозе, повы­шенную частоту сестринских хроматидных обменов и высокий процент клеток с микроядрами. Повышенная частота числовых и структурных аномалий хромосом, наблюдаемая у отдельных особей, определяется термином «хромосомная нестабиль­ность».