У какого пола и в каком из мейотических делений происходит нерасхождение хромосом?

Как было показано в разд. 2.2.1, причина трисомий - нерасхождение хромосом в мейозе. Возникают два вопроса:

5 Мутации 149

Рис. 5.4. Эффект возраста матери в случае трисомий по 13-й и 18-й хромосомам [212]

 

1. У кого преимущественно происходит нерасхождение хромосом в мейозе, у мужчин или у женщин?

2. В каком именно делении мейоза оно происходит, в первом или во втором?

Поскольку эффект родительского возраста связан, как показано выше, исключительно или (если верить некоторым дискуссионным данным) преимущественно с матерями, напрашивается вывод, что большинство наблюдавшихся случаев нерасхождения хромосом произошло в женском зародышевом пути. Однако, согласно результатам исследований, в которых использовались

Рис. 5.5. Эффект возраста матери в случае синдромов, обусловленных нерасхождением Х-хромосом. трисомий XXY и XXX вместе (по данным о 153 трисомиках, родившихся в Великобритании) [42]

 

150 5. Мутации

Таблица 5.5. Возраст матери (среднее ± стандартное отклонение) в двух выборках спонтанных абортусов (Нью-Йорк: 372 выкидыша 46, XX или XY, 190-47, XX или XY; Гавайи: 418-46, XX или XY; 172-47, XX или XY) [1480]

 

маркеры, сцепленные с Х-хромосомой, для Х-хромосомы этот вывод не верен.

Данные по Х-хромосоме, полученные в исследованиях с использованием сцепленных с ней маркеров. Принцип, позволяющий установить генезис трисомной половой клетки, проиллюстрирован на рис. 5.6. Проанализируем случай, когда дейтероаномальный пациент с синдромом Клайнфельтера - сын дейтероаномальной матери и отца с нормальным цветовым зрением. Трисомная половая клетка предположительно происходит от матери, гомозиготной по аллелю дейтероаномалии. Мы не можем сказать, когда произошло нерасхождение - в первом или втором делении мейоза. Выбор между этими альтернативами становится, однако, возможным, если отец обладает нормальным цветовым зрением, а мать гетерозиготна, как в случае, изображенном на рис. 5.6. Если их сын с синдромом Клайнфельтера страдает цветовой слепотой, нерасхождение, очевидно, произошло во втором делении мейоза, в котором осуществилось нормальное разделение сестринских хроматид одних и тех же хромосом.

Такой же в принципе ход рассуждений применим при использовании группы крови Xg, сцепленной с Х-хромосомой. Рейс и Сэнгер (1969) [846], опубликовавшие обзор данных о нерасхождении при синдроме Клайнфельтера (XXY), пришли к выводу, что 40% нерасхождений произошло в отцовском зародышевом пути - все в первом делении мейоза. 50% имели место в первом и 10%-во втором мейотическом делении у матерей. Во всех четырех случаях XXXY и XXXXY дополнительные хромосомы появились в материнском зародышевом пути; в случаях XXYY нерасхождение произошло у отцов.

Среди пациентов ХО, информация о типах Xg которых использовалась в этом исследовании, около 74% несут материнскую и около 26%-отцовскую Х-хромосому. Вполне возможно, что большинство генотипов ХО возникло вследствие потери хромосомы на ранних стадиях развития зиготы, а не по причине нерасхождения в мейозе (разд. 2.2.1). Эти данные совпадают с результатами, полученными на мышах, у которых Х-хромосома самцов оказалась особенно уязвимой в течение короткого периода времени после оплодотворения (раздел 5.2.1.3).

Аналогичная аргументация может использоваться при идентификации родительских хромосом на основе данных о хромосомных вариантах, различимых под микроскопом.

 

5. Мутации 151

Рис. 5.6. Изучение происхождения трисомных половых клеток по генеалогическим данным. Пациент с синдромом Клайнфельтера (отмечен стрелкой) имеет дейтороаномальное зрение. Его отец обладает нормальным цветовым зрением, а мать должна быть гетерозиготой, так как один из ее сыновей дейтероаномал. Если лишняя хромосома получена от отца, сын с синдромом Клайнфельтера должен быть нормальной гетерозиготой или гомозиготой. Тот факт, что он имеет дейтероаномальное зрение свидетельствует, что обе его Х-хромосомы произошли от одной Х-хромосомы матери (см. разд. 2.2.3.1). Кроме того, очевидно, что нерасхождение произошло во втором делении мейоза [8].

 

Прямые доказательства, основанные на данных о хромосомных вариантах. Хромосомы человека обнаруживают постоянный в течение многих поколений уровень индивидуальной изменчивости, известной также под названием гетероморфизма. Общая частота вариантов варьирует приблизительно от 5% до 50%, в зависимости от метода их выявления (разд. 2.1.2.3) [441]. Особенно часто они встречаются в акроцентрических хромосомах групп D и G, что делает эти группы пригодными для использования в исследованиях, посвященных выяснению происхождения хромосом при соответствующих трисомиях. Изменчивость других хромосом, трисомики по которым достаточно жизнеспособны, а именно X и 18-й, мала или не обнаружена. Поэтому ниже мы ограничимся обсуждением данных о трисомии по 21-й хромосоме.

Наблюдаемые варианты можно разделить на хромосомы с удлиненным коротким плечом (ph +), с большим сателлитом (ps + ), с удвоенным сателлитом (pss) и с укороченным коротким плечом при наличии или отсутствии сателлита (ph—). Кроме того, существуют различия по интенсивности флуоресценции сателлитов и коротких плеч и различия по размеру прицентромерного гетерохроматинового блока, который можно идентифицировать с помощью С-дифференциального окрашивания.

Использование хромосомных вариантов для идентификации хромосом при нерасхождении. Гетероморфизм может использоваться для установления происхождения определенной хромосомы, т. е. для выяснения того, получена ли она от отца или от матери и где именно произошло нерасхождение – в первом или втором делении мейоза (рис. 5.7). В случае, изображенном на рис. 5.7, А, трисомный ребенок имеет три различные 21-е хромосомы: вариант ph+ (а, заштрихован), нормальную (b, черная) и вариант ph—(с). Изучение родителей показало, что отец гомозиготен по а, а мать гетерозиготна по Ъ и с. Отсюда мы сразу заключаем, что нерасхождение произошло в зародышевом пути матери, так как ребенок несет две материнские и только одну отцовскую хромосомы. Кроме того, нерасхождение, очевидно, произошло в первом делении мейоза, потому что ребенок имеет обе материнские хромосомы. Если бы нерасхождение случилось во втором делении, ребенок получил бы или две хромосомы b, или две хромосомы с. Таким образом, нам удалось установить факт нерасхождения в первом мейотическом делении, происшедшем в яичнике матери.

Часто, однако, ситуация бывает иной, как, например, в случае, изображенном на рис. 5.7, Б. Данные, проиллюстрированные на этом рисунке, неинформативны. На рис. 5.7, В генотипы родителей те же, что и на рис. 5.7, Б. В этом случае дополнительная хромосома, очевидно, получена от ма-

152 5. Мутации

тери и могла появиться только в результате нерасхождения во втором мейотическом делении.

Подобным же образом можно оценить доли информативных и неинформативных ситуаций при нерасхождении в первом и втором мейотических делениях для всех возможных типов брака [1526].

Полученные результаты показывают, что нерасхождение происходит как в 1-м, так и во 2-м делениях мейоза (табл. 5.6). Заметим, что 20% всех случаев синдрома Дауна обусловлено нерасхождениями у отцов, из которых две трети возникло в результате ошибки в 1-м делении мейоза, а одна треть - вследствие ошибки во 2-м мейотическом делении. Преобладающее большинство случаев материнского происхождения, составляющих 80%, возникло вследствие нерасхождения в 1-м делении мейоза.

Эти данные были скорректированы с учетом систематической ошибки, приводящей к повышению вероятности выявления нерасхождений во 2-м делении мейоза [1504, 1526].

Выявление биохимических вариантов позволит увеличить число информативных семей. Для выявления биохимических вариантов можно использовать маркеры, принадлежащие к любым полиморфным системам. Как было показано выше, в случае Х-хромосомы учитывали полиморфизм по цветовой слепоте и по группе крови Xg. Описанный подход имеет то преимущество, что он основан на данных о точно идентифицированных аллелях, частоты которых известны. Недавно был получен ДНК-зонд, специфичный для 21-й хромосомы и пригодный для выявления полиморфизма по сайтам рестрикции (ПДРФ). При изучении 25 человек из популяции Лондона частота более редкого аллеля оказалась равной 0,38, а частота гетерозигот-0,47 [1433].

Рис. 5.7. Установление происхождения определенной хромосомы (т.е. выяснение того, у кого произошло соответствующее нерасхождение - у отца или у матери, в первом или во втором делении мейоза). А. Трисомный ребенок несет три различающиеся 21-е хромосомы. В данном случае нерасхождение произошло в первом мейотическом делении у матери. Б. Нерасхождение произошло в первом делении мейоза. Однако этот случай неинформативен, так как к тому же результату могло привести нерасхождение во втором мейотическом делении у отца. В. Нерасхождение произошло в материнском зародышевом пути во втором мейотическом делении.

5. Мутации 153

 

154 5. Мутации

 

Таблица 5.6.Происхождение дополнительной 21-й хромосомы при синдроме Дауна