Кариотип

Кариотип — полный хромосомный набор

Хромосомы — плотные скрученные структуры, которые находятся в ядре клетки и содержат всю генетическую информацию о живом организме.

Хромосомы находятся в ядре клетки и содержат генетическую информацию о человеке

Отдельные участки хромосом определяют различные признаки человека, например цвет глаз, группу крови, цвет волос и даже рост

Количество хромосом может быть разным у различных живых существ. Например, у кошки 38 хромосом, у собаки — 78. У коровы 120 хромосом, а у плодовой мушки — всего 16.

Лидером по количеству хромосом учёные пока называют инфузорию окситрихию — у этого крошечного одноклеточного микроорганизма 16 000 хромосом

Меньше всего хромосом у чёрных муравьёв-бульдогов. У самок таких муравьёв всего 1 пара хромосом, а у самцов — только единичная хромосома

У человека в норме 46 парных хромосом. Из них 22 пары одинаковы у мужчин и у женщин. Такие хромосомы называют аутосомами.

Аутосомы отвечают за рост, цвет глаз и волос, оттенок кожи, склонность к определённым заболеваниям и другие признаки, не связанные с полом. А 23-я пара, состоящая из половых хромосом, или гоносом, отвечает за пол человека. У мужчин эта пара выглядит как XY (X-хромосома и Y-хромосома), а у женщин — XX.

Кариотип — это полный хромосомный набор клетки человека. Нормальный мужской кариотип — 46,XY, женский — 46,XX.

У человека в норме 46 хромосом — 23 пары. Из них 22 одинаковы для мужчин и женщин, а одна различается (на фото — нормальный мужской кариотип)

Основные виды хромосомных нарушений

Хромосомы очень чувствительны к факторам окружающей среды — электромагнитному излучению, которое исходит от бытовой и офисной техники, вредным химикатам и вирусным инфекциям, таким как грипп или гепатит.

Реакцией на неблагоприятные факторы может стать хромосомная перестройка — мутация, которая изменяет структуру хромосом.

Зачастую хромосомные мутации никак себя не проявляют. Люди сталкиваются с их последствиями в основном при планировании семьи: возникают трудности с зачатием, осложнения беременности, на свет появляются дети с врождёнными заболеваниями.

Основные хромосомные перестройки:

• трисомия — к паре хромосом присоединяется ещё одна и их становится три;
• моносомия — одна из хромосом в паре утрачивается;
• делеция — утрачивается фрагмент хромосомы;
• дупликация — определённый участок хромосомы удваивается;
• инверсия — участок хромосомы разворачивается;
• транслокация — участок хромосомы меняет своё местоположение.

Заболевания, вызванные хромосомными нарушениями

Хромосомные мутации чаще обнаруживают у мужчин. Это объясняется тем, что у них всего одна X-хромосома, а у женщин две. Если в одной из хромосом произойдёт мутация, то вторая X-хромосома у женщин компенсирует её и патология не разовьётся.

Основные заболевания, вызванные хромосомными мутациями

Синдром Клайнфельтера — заболевание, которое встречается у одного из 850–1 000 новорождённых мальчиков.

При рождении дети, как правило, имеют абсолютно нормальные показатели роста и веса. Размер гениталий также соответствует норме.

Основные признаки синдрома Клайнфельтера:

• частые ОРВИ, бронхиты, пневмонии;
• отставание в физическом и речевом развитии;
• отсутствие одного или обоих яичек в мошонке;
• маленький половой член;
• увеличенные молочные железы;
• отсутствие оволосения на лице, в подмышечных впадинах;
• оволосение на лобке по женскому типу;
• снижение либидо;
• умственная отсталость (примерно в 50% случаев);
• остеопороз;
• нарушение прикуса;
• врождённые пороки сердца;
• нистагм, астигматизм, птоз века.

У пациентов с синдромом Клайнфельтера выше риск развития эпилепсии, рака молочной железы, хронической обструктивной болезни лёгких (ХОБЛ), сахарного диабета, желчнокаменной болезни (ЖКБ), гипертонии, варикоза, лейкоза.

Синдром Шерешевского — Тёрнера — патология, с которой рождается 1 ребёнок из 3 000, и это в большинстве случаев девочки. У мальчиков синдром встречается крайне редко.

Дети с таким синдромом часто рождаются недоношенными. Но даже в случае нормальной, доношенной беременности показатели роста и веса у малышей снижены (вес — до 2 800 г, рост — до 48 см). Также у новорождённых могут быть характерные признаки патологии: слишком короткая шея со складками кожи по бокам, врождённые пороки сердца, отёчность кистей и стоп.

При синдроме Шерешевского — Тёрнера частично или полностью утрачивается X-хромосома в 23-й паре

Основные признаки синдрома Шерешевского — Тёрнера:

• врождённые пороки сердца и крупных сосудов (коарктация аорты, дефект межжелудочковой перегородки, стеноз аортального клапана, незаращение боталлова протока);
• пороки развития почек;
• низкорослость;
• задержка физического и речевого развития;
• бочкообразная грудная клетка и широко расставленные соски;
• частые рецидивы среднего отита;
• гипогонадизм — недоразвитие яичников у женщин и яичек у мужчин, что приводит к бесплодию;
• аменорея — отсутствие менструаций;
• недоразвитость наружных половых органов;
• складки кожи на шее, напоминающие крылья;
• деформация ушных раковин, низко посаженные ушные раковины;
• низкая линия роста волос на задней части шеи;
• слишком широкая грудная клетка;
• сколиоз;
• остеопороз;
• косоглазие, близорукость, дальтонизм.

При синдроме Шерешевского — Тёрнера наблюдается ряд проблем с интеллектом и развитием: снижение способности к обучению, задержка речи, трудности с вниманием и памятью. Реже встречается олигофрения — умственная отсталость.

Трисомия по X-хромосоме — это генетическая патология, которая встречается только у женщин из-за появления дополнительной X-хромосомы. Частота заболевания — 1 случай на 1 000 новорождённых девочек.

Основные признаки трисомии по X-хромосоме:

• раннее половое созревание;
• преждевременное наступление менструаций;
• эмоциональная лабильность — резкие перепады настроения;
• редко — снижение мышечного тонуса, незначительная задержка психического развития.

В большинстве случаев у женщин, которые выступают носителями дополнительной Х-хромосомы, нет каких-либо заметных признаков или симптомов болезни.

Интеллектуальные нарушения при трисомии по Х-хромосоме могут включать трудности в обучении, синдром дефицита внимания и гиперактивности и умственную отсталость. У девочек с такой хромосомной патологией могут возникать трудности с отдельными школьными предметами или с памятью, концентрацией внимания, организованностью в целом.

Синдром Дауна — распространённое заболевание. Оно встречается у одного новорождённого из 500–800, одинаково часто у девочек и у мальчиков.

Специфические внешние признаки синдрома Дауна: плоский затылок и сглаженная переносица, своеобразный разрез глаз, одна кожная складка на ладони

Основные признаки синдрома Дауна:

• уплощённое лицо и переносица;
• короткая и широкая голова;
• короткая шея;
• монголоидный разрез глаз;
• эпикантус — вертикальная складка кожи, которая прикрывает внутренний уголок глаза;
• деформация грудной клетки;
• короткие руки и ноги;
• неправильный прикус.

Синдром Дауна повышает риск развития сердечно-сосудистых заболеваний, проблем со зрением и слухом, патологий органов ЖКТ.

Кроме того, у людей с таким синдромом часто бывает умственная отсталость лёгкой или средней степени тяжести.

Синдром Эдвардса — патология, которая в 75% случаев обнаруживается у девочек. Частота рождения детей с синдромом Эдвардса — 1 из 5 000–7 000. Возможно, это связано с тем, что беременности плодами мужского пола в основном заканчиваются выкидышами.

Основные признаки синдрома Эдвардса:

• низкая масса тела ребёнка при рождении;
• длинная и узкая голова;
• выступающий затылок;
• маленький рот;
• микрофтальмия — уменьшенный размер глазных яблок;
• расщелины верхней губы;
• косоглазие;
• короткая шея с кожной складкой;
• деформации ушей: отсутствие мочек, узкие слуховые проходы, слишком низкое расположение ушей;
• укороченная грудина;
• врождённый вывих бедра;
• косолапость;
• гемангиомы на коже.

Дети с синдромом Эдвардса часто страдают тяжёлыми врождёнными пороками сердца и органов ЖКТ, патологиями мочеполовой, нервной системы. В большинстве случаев они погибают на первом году жизни.

Синдром Патау — достаточно редкое заболевание, встречается у одного ребёнка из 7 000–10 000.

При синдроме Патау возникает лишняя 13-я хромосома

Основные признаки синдрома Патау:

• микроцефалия — слишком маленький размер головы;
• низкий скошенный лоб;
• узкие глазные щели;
• запавшая переносица;
• расщелины лица — заячья губа, волчья пасть;
• деформация ушных раковин;
• врождённая катаракта.

Дети с синдромом Патау часто имеют врождённые пороки сердца, аномалии почек, пороки развития пищеварительной системы, нарушения костно-мышечной системы. 90% пациентов, как правило, умирают на первом году жизни.

Синдром кошачьего крика — патология, название которой объясняется характерными звуками, издаваемыми новорождёнными: их плач напоминает кошачье мяуканье.

Синдром кошачьего крика — очень редкое хромосомное заболевание, оно обнаруживается у одного ребёнка из 45 000–50 000.

Основные признаки синдрома кошачьего крика:

• характерный детский плач — высокий и пронзительный;
• микроцефалия;
• косоглазие;
• нарушение прикуса;
• нарушение зрения;
• деформация ушных раковин;
• плоская спинка носа;
• короткая шея с крыловидными складками;
• косолапость;
• расщелины нёба и верхней губы;
• нарушение умственного развития.

У детей с синдромом кошачьего крика часто бывает умственная отсталость в тяжёлой степени, нарушения речи, выраженное отставание в физическом развитии.

Продолжительность жизни в большинстве случаев не превышает 1 год, лишь 10% детей доживают до подросткового возраста.

Кариотипирование — исследование числа и структуры хромосом

Хромосомные нарушения — словно бомба замедленного действия, которая может взорваться спустя годы, а иногда и десятилетия. При этом большинство людей даже не догадываются о том, что они носители генетических перестроек, которые могут спровоцировать различные заболевания не только у их детей, но и у внуков и даже правнуков.

Трудности могут наступить при планировании семьи. Чаще всего это невозможность зачать ребёнка, осложнения беременности, рождение ребёнка с пороками развития.

Чтобы определить хромосомные нарушения, используют кариотипирование.

Кариотипирование — это анализ числа и структуры хромосом. Для исследования берётся венозная кровь и изучается под микроскопом.

Методы кариотипирования

Основные методы изучения кариотипа — классический цитогенетический и молекулярный.

Обычно для анализа берут венозную кровь. Также в качестве образца можно использовать костный мозг, слюну, ворсины хориона или околоплодные воды.

Во время цитогенетического исследования из крови пациента выделяют лимфоциты — разновидность лейкоцитов, белых кровяных телец.

Лимфоциты искусственно выращивают в пробирке, затем их рост подавляют именно в тот момент, когда хромосомы в клетках лучше всего видны.

После этого хромосомы окрашивают специальными красителями и изучают под микроскопом: оценивают их количество, размер и структуру.

Более современные методы исследования кариотипа — FISH (молекулярный анализ) и aCGH (сравнительная геномная гибридизация).

При FISH-исследовании в образец вводят ДНК-зонды — фрагменты ДНК со светящимися разными цветами метками. Если в крови нет мутировавших хромосом, то зонды просто «вымываются» в процессе химической реакции. Если есть — зонды «приклеиваются» к нарушенным участкам хромосом и подсвечивают их.

Благодаря FISH-исследованию можно точно определить тип хромосомной мутации.

Метод aCGH состоит в сравнении эталонной ДНК и ДНК пациента. Для анализа образцы размечают флуоресцентными маркерами. Для нормальной ДНК используют красный цвет, а для исследуемой — зелёный.

Оба образца смешивают и наносят на микрочип — миниатюрное стекло, на которое в строго определённом порядке нанесены участки ДНК всех хромосом человека.

В норме фрагменты ДНК контрольного и исследуемого образца равномерно покрывают микрочип смешанным — синим — цветом. Если в образце пациента нет какого-то фрагмента хромосомы, то цвет на микрочипе будет красный. Если же, наоборот, хромосом больше, чем нужно, то участок микрочипа окрашивается в зелёный цвет.

Показания к кариотипированию

Будущим родителям рекомендуется сдать анализ на кариотипирование на этапе планирования беременности.

Основные показания к кариотипированию:

• беременность не наступает в течение 1 года после полной отмены контрацепции;
• были два и более случая выкидыша или замершей беременности;
• были случаи мертворождения или смерти ребёнка в возрасте до 1 года;
• в семье уже есть ребёнок с заболеванием, связанным с хромосомными нарушениями;
• результаты спермограммы мужчины показали полное отсутствие половых клеток в эякуляте или значительное снижение концентрации половых гамет;
• у женщины нет менструации в течение 6 месяцев;
• среди родственников хотя бы одного из будущих родителей есть люди с генетическими заболеваниями.

Детям кариотипирование целесообразно провести, если у них есть врождённые пороки внутренних органов и систем, задержка физического или умственного развития, имеются характерные признаки заболеваний, обусловленных хромосомными мутациями.

Подготовка к кариотипированию

Специальных правил подготовки к кариотипированию нет. Общие рекомендации такие: за 2 часа до исследования можно перекусить лёгкой нежирной пищей, а прямо перед анализом — съесть что-нибудь сладкое.

Исследование можно проводить спустя 2 недели после перенесённых инфекционных заболеваний.

Результаты кариотипирования

Нормальные результаты кариотипирования такие: 46,XX — женский кариотип, 46,XY — мужской кариотип.

Иногда встречается мозаичный кариотип — хромосомные нарушения обнаруживаются только в некоторых клетках.

Хромосомные нарушения, которые позволяет обнаружить кариотипирование:

• трисомия — лишняя, третья хромосома в паре. В бланке анализа обычно обозначается значком «+»;
• моносомия — одна из хромосом в паре утрачена;
• делеция (del) — утрачивается фрагмент хромосомы;
• дупликация (dup) — удваивается участок хромосомы;
• инверсия (inv) — участок хромосомы разворачивается;
• транслокация (t) — участки хромосомы меняются местами.

Если результаты кариотипирования выявили отклонения от нормы, то супругам необходимо обратиться к врачу-генетику. Он определит риск рождения больного ребёнка и рекомендует способы, которые помогут этого избежать, — вспомогательные репродуктивные технологии (ЭКО, ИКСИ, использование донорских половых клеток) или предымплантационную генетическую диагностику эмбрионов (до переноса в матку).

Выявление нарушений в кариотипе ребёнка поможет подобрать тактику лечения, а также справиться с неприятными симптомами, которые могут беспокоить малыша.

Источники

1. Доброхотова Ю. Э. Генетический фактор невынашивания беременности. Актуальность проблемы // Лечащий врач. 2022.
2. Kannan T. P., Zilfalil B. A. Cytogenetics: Past, Present And Future // Malays J Med Sci. 2009. Vol. 16(2). P. 4–9.
3. Трофимова И. Л. Малый практикум по цитогенетике: изучение кариотипа человека : учебно-методическое пособие. СПб., 2018.