ХРОМОСОМНЫЕ АНОМАЛИИ В ГАМЕТОГЕНЕЗЕ И ЭМБРИОГЕНЕЗЕ - Студенческий научный форум

X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

ХРОМОСОМНЫЕ АНОМАЛИИ В ГАМЕТОГЕНЕЗЕ И ЭМБРИОГЕНЕЗЕ

 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение

Я выбрала данную тему, на сегодняшний день она является очень актуальной, так как хромосомные аномалии могут возникать на любой стадии онтогенеза. Последствия несбалансированных нарушений генома для развивающегося организма особенно драматичны, когда такие нарушения происходят еще в гаметах, во время оплодотворения или на ранних стадиях дробления. При этом хромосомные аномалии, характерные для про- и преэмбрионального периодов развития человека, имеют свои качественные и количественные особенности. Последние обусловлены специфическими пространственными и временными особенностями созревания мужских и женских гамет, различной эффективностью презиготической селекции генетически неполноценных гамет в оогенезе и сперматогенезе, а также селекции несбалансированных геномов до имплантации и в процессе дальнейшего развития.

Цель: изучить хромосомные аномалии в гаметогенезе и эмбриогенезе

Задачи: 1)Рассмотреть хромосомные аномалии в геметогенезе

2)Изучить хромосомные аномалии в эмбриогенезе

3)Сделать вывод по данной работе

Сперматогенез

Преобладающее большинство геномных и хромосомных мутаций возникает в мейозе. Многие из них оказываются летальными и приводят к гибели зиготы на самых ранних стадиях ее развития. Поэтому оценка частоты возникновения хромосомных аномалий в гаметогенезе, которая основана на результатах непосредственного анализа хромосомного набора гамет, представляется наиболее корректной.

Сперматогенез — это процесс образования и созревания сперматозоидов — мужских половых клеток. Он происходит в яичках и длится в среднем 75 дней. Впервые этот процесс начинается во время полового созревания под влиянием мужских половых гормонов и продолжается до конца жизни.(Рис.1)

Сведения о частоте спонтанных хромосомных аномалий в зрелых сперматозоидах человека могут быть получены при помощи метода FISH либо путем прямого анализа хромосомного набора мужского пронуклеуса после гетерологичного оплодотворения . Основные итоги хромосомного анализа методом FISH1 с маркированием всех хромосом, за исключением хромосом 19 и 22, позволяют утверждать, что частота гетероплоидных сперматозоидов в норме не превышает 1,5 %. Установлено также, что участие разных хромосом в образовании анеуплоидных сперматозоидов не равноценно. Так, у клинически здоровых доноров частота гетероплоидных сперматозоидов, определенная с помощью ДНК-проб, специфичных к прицентромерным районам хромосом 7 и 18, варьирует в пределах 0,61-0,81 %. Поскольку одноцветная FISH не позволяет отличить дисомные по какой-либо хромосоме сперматозоиды от диплоидных, полученные результаты отражают их суммарную частоту, которая соответствует опубликованным данным для клинически здоровых доноров спермы. Наиболее подвержены не расхождению хромосомы 1, 9, 16, 21, X и Y.

При исследовании в общей сложности более 3 млн спермиев показано, что частота дисомных по разным хромосомам сперматозоидов варьирует в широких пределах у различных групп доноров и пациентов. Существенно, что у пациентов с аномальными морфофункциональными параметрами спермограммы доля гетероплоидных сперматозоидов значительно выше, чем у доноров спермы, причем такая зависимость имеет линейный характер . Методом гетерологичного оплодотворения проанализировано в общей сложности более 20 тысяч хромосомных комплементов зрелых сперматозоидов от здоровых доноров в возрасте от 18 до 65 лет . В этих исследованиях было установлено, что соотношение X- и Y-несущих сперматозоидов у здоровых доноров соответствует теоретически ожидаемому 1:1, а наличие хромосомных аберраций не сказывается на подвижности и оплодотворяющей способности сперматозоидов. При этом частота структурных хромосомных аберраций в зрелых сперматозоидах здоровых мужчин составляет 6-7 %, а частота анеуплоидии 1-4 % . Индивидуальная частота хромосомных аберраций у доноров варьирует от 12-20 %. При этом их большая часть (до 13 %) приходится на структурные аберрации, а самым частым типом аномалий (до 50 %) являются хромосомные разрывы. Далее, в порядке убывания, встречаются ацентрические фрагменты, хромосомные пробелы, дицентрические и маркерные хромосомы, изохромосомы, транслокации, делеции, дупликации и комплексные хромосомные перестройки. Частота и спектр структурных перестроек не зависят от индивидуальных особенностей, а также от условий капацитации . Единственным фактором, увеличивающим частоту аберраций, оказался возраст донора . При этом влияние возраста было показано только для структурных аберраций, но не для численных аномалий. Факторы, влияющие на частоту хромосомных аберраций, возникающих в мейозе, более подробно рассмотрены в главе 6. Частота анеуплоидных сперматозоидов у здоровых мужчин составляет в среднем 1-4 %, при этом гипогаплоидия превалирует над гипер- гаплоидией (3,3 и 1,7 % соответственно) . Несоответствие частот гипер- и гипогаплоидных сперматозоидов, по-видимому, обусловлено артефактной утратой хромосом в процессе приготовления препаратов, причем чаще утрачиваются мелкие хромосомы и хромосомы из многочисленной группы С (большие субметацентрические хромосомы 6-12). Суммарные результаты нескольких масштабных исследований свидетельствуют о том, что частота нерасхождения хромосом 21, X, Y, 1, 9 и 16 повышена по сравнению с другими хромосомами, тогда как дисомии 6 и 17 не отмечены ни в одном из 17 998 сперматозоидов, исследованных после гетерологичного оплодотворения. Обращает на себя внимание, что хромосомы с увеличенными гетерохроматиновыми районами (1, 9, 16, Y) чаще других подвержены не расхождению . Эти результаты подтверждают гипотезу о гетерохроматине как факторе, влияющем на расхождение хромосом . В то же время районы ядрышковых организаторов не оказывают заметного влияния на сегрегацию хромосом, за исключением хромосомы 21. Частота сперматозоидов c анеуплоидией по ядрышкообразующим хромосомам групп D и G вполне сопоставима со средней частотой анеуплоидии по хромосомам других групп .

Оогенез

Оогенез или овогенез — развитие женской половой клетки — яйцеклетки (яйца). Одна из форм гаметогенеза.

Во время эмбрионального развития организма гоноциты вселяются в зачаток женской половой гонады (яичника), и всё дальнейшее развитие женских половых клеток происходит в ней.(Рис.2)

В отличие от сперматогенеза, где уже реальна объективная оценка частоты спонтанных хромосомных аберраций в зрелых гаметах, данные об их частоте в оогенезе пока ориентировочны. Прежде всего, это связано с тем, что полноценный цитогенетический анализ женских гамет возможен только в ооцитах на стадии метафазы II, полученных в условиях ЭКО. Кроме того, в этих исследованиях обычно используют яйцеклетки, непригодные для оплодотворения in vitro, уже имеющие признаки дегенерации. Наконец, для оценки частоты гетероплоидии в ооцитах иногда используют косвенный подход, основанный на результатах цитогенетического анализа 1-го или 2-го полярных телец. Тем не менее, в настоящее время с помощью соответствующих методических приемов получены сведения о частоте спонтанных хромосомных аберраций и в оогенезе человека. В целом, они свидетельствуют о более высокой частоте не расхождения хромосом в процессе оогенеза по сравнению со сперматогенезом. Более того, данные сравнительной цитогенетики свидетельствуют о том, что у человека уровень спонтанной гетероплоидии в оогенезе существенно выше, чем у других млекопитающих.

Метафаза II Большинство данных, касающихся анализа хромосом в оогенезе у человека, получено на препаратах ооцитов, не оплодотворившихся в культуре in vitro и блокированных на стадии метафазы второго деления мейоза. Анализ данных позволяет сделать вывод о высокой частоте и широком диапазоне различных типов хромосомных аномалий в ооцитах человека в МII. Так, частота ооцитов, несущих одну или более хромосомную аберрацию, в разных сериях исследований варьирует от 4 % до 58 % .Значительная вариабельность полученных результатов может быть обусловлена как методами приготовления хромосомных препаратов, существенно влияющих на качество метафазных пластинок, так и трудностями идентификации и подсчета конденсированных хромосом. Нельзя не отметить и отсутствие унифицированного подхода к отбору ооцитов и метафазных пластинок для анализа. Однако результаты многочисленных исследований, свидетельствуют о высоком уровне спонтанной анеуплоидии в ооцитах на стадии МII и подтверждают тенденцию к ее увеличению с возрастом женщины. Так, в исследованиях из 133 овулировавших ооцитов человека, пригодных для цитогенетического анализа на стадии МII , 30 оказались анеуплоидными, причем частота гипер- и гипогаплоидии была одинаковой (14 и 16 ооцитов соответственно), что косвенно свидетельствовало об адекватности использованного метода приготовления хромосомных препаратов. В 19 случаях (63,3 %) в образовании анеуплоидных ооцитов принимали участие отдельные хроматиды. Не исключено, что их наличие обусловлено преждевременным разделением центромер или так называемым «предделением» , которое встречается на этой стадии с частотой до 30 % . Так как практически все исследования проведены на ооцитах с признаками дегенерации, нельзя исключить, что преждевременное разделение центромер было обусловлено именно этим обстоятельством, либо связано с методическими артефактами. Однако существование такого механизма не расхождения хромосом в оогенезе доказано в прямых экспериментах на мышах в условиях применения окадаевой кислоты — препарата, вызывающего преждевременную спирализацию хромосом . Частота диплоидных ооцитов в исследовании составила 9 % .При этом в 11 случаях 1-е полярное тельце отсутствовало, а в одном ооците с кариотипом 46,ХХ было обнаружено дегенерировавшее полярное тельце, содержащее диплоидный набор хромосом, что доказывало его происхождение из тетраплоидного оогония. Диплоидные ооциты, возникающие из тетраплоидных оогониев вследствие нарушения цитотомии или в результате слияния двух оогониев встречаются достаточно редко . По-видимому, основной причиной образования диплоидных ооцитов является блокада анафазы I, которая приводит к персистенции в ооплазме второго диплоидного набора хромосом. Структурные аномалии хромосом обнаружены в 10 ооцитах, причем во всех случаях они сочетались с анеуплоидией.При кариотипировании 1397 ооцитов на стадии МII в 151 (11 %), была выявлена анеуплоидия, причем более чем в половине случаев она была обусловлена преждевременным делением центромеры, результатом чего было появление непарных (лишних) хроматид. В этих же исследованиях была четко установлена прямая корреляция частоты хромосомных аберраций в ооцитах МII с возрастом женщины. У женщин моложе 27 лет она составляла около 7,4 %, тогда как у женщин старше 39 лет достигала 39 %. Таким образом, частота хромосомных аберраций, регистрируемая в оогенезе на стадии метафазы второго мейотического деления, очень высока и по некоторым данным затрагивает почти половину всех ооцитов, завершивших первое деление созревания. Их большая часть, по-видимому, не способна дать начало жизнеспособному потомству. Однако многие из них могут быть оплодотворены и завершают второе мейотическое деление. Следует подчеркнуть, что практически все исследования проведены на яйцеклетках, имеющих признаки дегенерации, а потому не использованных в программе ЭКО. Возможно, именно этим можно отчасти объяснить столь высокую частоту хромосомных аберраций в метафазе II. Завершение мейоза Прямые данные о частоте спонтанных хромосомных аберраций в ооцитах, завершивших 2-е деление мейоза, могут быть получены только после оплодотворения, когда происходит отделение 2-го полярного тельца . При этом объектом исследования могут быть хромосомы женского пронуклеуса на стадии метафазы 1-го деления дробления, либо хромосомы 2-го полярного тельца (ВПТ). К сожалению, как показывает анализ литературы, прямые данные о частоте хромосомных аберраций в ооцитах человека, завершивших мейоз, до настоящего времени отсутствуют. Вместе с тем, при определении родительского происхождения анеуплоидии у плодов человека и новорожденных с использованием цитогенетических и молекулярных маркеров установлено, что около 20 % случаев анеуплоидии обусловлено не расхождением хромосом во 2-м делении созревания ооцита. Определенная информация на эту тему может быть получена при анализе ВПТ. Однако трудности визуализации таких хромосом на обычных цитогенетических препаратах значительно снижают ценность подобных исследований. В исследованиях с применением метода FISH было установлено, что частота анеуплоидных ВПТ составляет около 25 % . В какой мере эта величина отражает истинную частоту не расхождения хромосом во 2-м делении созревания и суммарную частоту спонтанных хромосомных аберраций в оогенезе остается неизвестным. Следует подчеркнуть, что для корректной оценки истинной частоты аномальной сегрегации хромосом в оогенезе требуются одновременные исследования хромосомного набора в ооците и полярных тельцах. В экспериментах на ооцитах китайских хомячков показано, что при запаздывании хромосом в анафазе гипогаплоидными могут оказаться как полярное тельце, так и ооцит. Исследования подобного рода на ооцитах человека единичны и ограничены FISH-анализом отдельных хромосом. Однако возможности метода FISH с использованием хромосомспецифических ДНК-зондов ограничены анализом отдельных хромосом. Следовательно, многие анеуплоидии и практически все структурные аберрации, возникшие de novo, не регистрируются, что приводит к занижению реальной частоты возникновения хромосомных аберраций. Можно надеяться, что более точную информацию о частоте спонтанных хромосомных аномалий в оогенезе человека удастся получить с помощью разработанных в настоящее время новых подходов к цитогенетическому анализу 2-го полярного тельца. Таким образом, частота спонтанных хромосомных аберраций в оогенезе человека изучена недостаточно. Имеются ориентировочные данные о ее необычно большой величине (до 50 %) в метафазе II мейоза и до 25 % после завершения мейоза. Хромосомные аномалии в эмбриогенезе Сравнительный анализ хромосомных аберраций у человека на разных этапах онтогенеза однозначно свидетельствует о существовании прямой зависимости их частоты от стадии развития. За последние годы, благодаря внедрению в практику методов пренатальной диагностики, накоплен обширный материал, анализ которого позволит представить более реальную картину частоты хромосомных аберраций у человека. Частота спонтанных хромосомных аномалий у эмбрионов человека доимплантационного периода (1-6-й дни развития) достаточно велика и варьирует от 5 % до 100 %. При этом среди морфологически неполноценных эмбрионов гетероплоидия достигает 86,6 % . Прослеживается заметная зависимость гетероплоидии от возраста матери. У 20-34-летних женщин частота гетероплоидных эмбрионов с нормальной морфологией составляет 16 %, у 35-39-летних — 37 %, а у 40-45-летних — 53 % . Некоторое увеличение частоты гетероплоидии (53-54 %) отмечается при привычном невынашивании . Немаловажно, что при ICSI2 частота гетероплоидных эмбрионов также может возрастать.Опубликованные данные свидетельствуют о высокой частоте гетероплоидии у ранних зародышей человека. Однако в большинстве случаев гетероплоидия на стадии 8-12 клеток представлена мозаичной формой, что, возможно, является особенностью нормального эмбриогенеза человека. Следует также отметить, что аномальные эмбрионы, в том числе и гетероплоидные, могут оказаться не способными к развитию после трансплантации и погибнуть до или в процессе имплантации.Наиболее обстоятельные исследования кариотипа у доимплантационных зародышей человека с применением традиционных методов хромосомного анализа выполнены на 816 дробящихся зародышах и 447 зародышах на стадии бластоцисты. В первом исследовании прокариотипировано 195 зародышей (23,9 %) и определена плоидность у 325 (39,8 %), во втором — у 182 зародышей (40,7 %) и установлена плоидность у 304 (68 %). Суммируя имеющиеся данные, следует отметить необычно высокую по сравнению с другими млекопитающими частоту (40-60 %) геномных мутаций. При этом в зависимости от кариотипа все доимплантационные зародыши человека можно подразделить на 5 типов: 1) полиплоидные, 2) эуплоидные, 3) гетероплоидные (полная форма), 4) мозаичные гетероплоидные, 5) неопределенные (бластомеры отличаются по числу и набору хромосом). Полиплоидия Большая часть аномалий кариотипа в период дробления связана с нарушениями плоидности. Триплоидия как следствие диспермии является наиболее частой патологией оплодотворения в условиях in vitro ирегистрируется по наличию трех пронуклеусов в зиготе. В случаях, когда наличие и число полярных телец, а также пронуклеусов вызывает сомнения, невозможно отличить диспермию (3 пронуклеуса + 2 полярных тельца) от дигинии (3 пронуклеуса + 1 полярное тельце). Триплоидные зиготы непосредственно после первого деления дробления, как правило, образуют три и более клеток, и реже — две. В дальнейшем 3-клеточные эмбрионы чаще образуют мозаичные формы полиплоидии, чем 2- или 4-клеточные. Происхождение триплоидии также определяет судьбу дробящегося зародыша. Так, можно считать доказанным, что у дигинетических триплоидов хромосомы всех трех пронуклеусов образуют единое двухполюсное веретено и имеют одну активную центросому. У диспермных триплоидов первое митотическое деление осуществляется, по-видимому, путем образования трехполюсного веретена. В дальнейшем аномальная сегрегация хромосом может приводить к истинной триплоидии либо к формированию мозаиков. Мозаицизм (1n/2n, 2n/3n) может быть также обусловлен асинхронностью формирования пронуклеусов и ошибками репликации ДНК в первом митотическом цикле. Частота триплоидных зародышей на ранних стадиях дробления, на стадии бластоцисты и в биоптатах ворсин хориона первого триместра примерно совпадает и составляет в среднем около 2,5 %. Эти наблюдения указывают на отсутствие селекции против триплоидных зародышей. Другой формой полиплоидии у зародышей человека является тетраплоидия, которая встречается в единичных случаях вплоть до стадии бластоцисты. Форма тетраплоидии (истинная или мозаичная 2n/4n и, возможно, 1n/4n и 3n/4n) остается неизвестной. Не вызывает, однако, сомнения, что истинно тетраплоидные зародыши, если и возникают,то подвергаются элиминации уже во время имплантации, о чем свидетельствуют многочисленные данные по кариотипированию зародышей в I триместре беременности.Характерным для зародышей человека на стадии бластоцисты является появление большого числа (30-40 %) диплоидно-тетраплоидных мозаиков . Высказано предположение, что мозаицизм 2n/4n отражает процесс полиплоидизации в клетках трофобласта, предшествующий его активной инвазии клеток эндометрия в период имплантации зародыша в стенку матки. Появление гаплоидных бластомеров может быть вызвано редукционным делением диплоидного ядра . Единичные гаплоидные зародыши зарегистрированы только в период дробления (8-10 бластомеров) и не встречаются на стадии бластоцисты , что свидетельствует об их элиминации еще в доимплантационном периоде. Анеуплоидия Зародыши с дефицитом (моносомия) или избытком (трисомия) отдельных хромосом возникают, главным образом, вследствие оплодотворения яйцеклетки с хромосомным дисбалансом. Этот вывод основан на сопоставлении общей частоты анеуплоидии и анеуплоидии по различным аутосомам в ооцитах и у дробящихся зародышей . Вместе с тем, сведения о частоте анеуплоидных зародышей противоречивы. Так, по некоторым данным , на ранних стадиях дробления частота анеуплоидии составляет 20 %, однако, может достигать 40 %, а с учетом мозаичных вариантов — даже 80 %. Предполагают, что такие «качества» эмбриона как скорость дробления, степень фрагментации, наличие многоядерных бластомеров, диссоциации их размеров могут отражать его хромосомный статус. Так, до 89 % зародышей с высокой степенью фрагментации оказываются мозаичными, и около 71 % эмбрионов, остановившихся в развитии на стадии нескольких бластомеров, обнаруживают хромосомные аномалии . При этом и у морфологически нормальных зародышей частота анеуплоидных бластомеров достаточно высока и составляет около 20 %. Значительная часть (до 11 %) анеуплоидов представлена моносомией хромосом, в основном, моносомией Х. Согласно результатам другой обстоятельной работы , частота анеуплоидии на стадии бластоцисты составляет только 3,3 %, где она представлена различными аутосомными трисомиями. Исключительную редкость моносомии аутосом на стадии бластоцисты отмечали и другие авторы, использовавшие для анализа метод FISH . Необходимо, однако, отметить, что сравнительно недавно появилась серия публикаций, в которых была проведена идентификация анеуплоидии в материале спонтанных абортусов I триместра беременности, культура клеток которых характеризовалась плохим ростом . Использованные в этих исследованиях метод FISH c набором меченых центромерспецифических ДНК-проб и метод сравнительной геномной гибридизации позволяли судить о кариотипе зародыша даже в культурах клеток с очень низкой пролиферативной активностью. Было установлено, что у 19 % абортусов с признаками анэмбрионии (наличие оболочек при отсутствии собственно тканей эмбриона) имела место моносомия хромосом 7, 15, 21 и 22. Таким образом, есть основания считать, что моносомия большинства аутосом несовместима с формированием бластоцисты, и такие эмбрионы погибают до имплантации. Вместе с тем, моносомия, по крайней мере, некоторых аутосом совместима с имплантацией и развитием провизорных органов, однако развитие тканей самого эмбриона прекращается уже во время имплантации или вскоре после нее. В отличие от аутосомных моносомий, общая частота трисомии аутосом на стадии бластоцисты (5-7 %) оказалась примерно такой же, как и среди эмбрионов, кариотипированных по клеткам биоптатов хориона (10-13-я недели беременности). На стадии бластоцисты зарегистрированы только 4 типа трисомии (4, 6, 9 и 22), что, по всей вероятности, связано с недостаточностью выборки . По-видимому, большинство типов аутосомных трисомий у человека совместимо с развитием до стадии бластоцисты и такие зародыши сохраняют способность к имплантации.(Рис.4) Мозаичная гетероплоидия

Мозаичная гетероплоидия является еще одной особенностью доимплантационных зародышей человека. При этом число гетероплоидных бластомеров может варьировать от нескольких клеток до половины всего эмбриона. Экстраполируя результаты исследования анеуплоидии по хромосомам X, Y, 13, 18, 21, общая частота которой у морфологически нормальных эмбрионов на стадии 8 клеток с тремя и более аномальными бластомерами составляет 38-46 % на весь набор, можно ожидать, что частота мозаичных эмбрионов составит до 80 %. Если это предположение подтвердится при дальнейших исследованиях, то хромосомный мозаицизм до 10-12-клеточной стадии, по всей видимости, отражает особенности нормального развития зародыша человека. В таком случае, мозаики, регистрируемые на более поздних стадиях эмбрионального развития и в постнатальном периоде, представляют интерес для поиска генов, мутации в которых приводят к утрате контроля за правильной сегрегацией митотических хромосом при делении бластомеров. Таким образом, многие вопросы возникновения спонтанных хромосомных аберраций и их влияния на раннее развитие человека до настоящего времени остаются нерешенными и требуют дальнейшего изучения. Вместе с тем, анализ уже имеющихся данных указывает на необычно высокую частоту гетероплоидии у дробящихся зародышей человека, которая может достигать 40-60 %; триплоидия является наиболее частым вариантом полиплоидии; высокая частота диплоидно- тетраплоидного мозаицизма на стадии ранней бластоцисты, по всей вероятности, отражает естественный процесс полиплоидизации клеток трофобласта; характерной чертой для доимплантационных зародышей человека является высокая частота диплоидно/анеуплоидного варианта мозаицизма, биологический смысл которого не ясен; зародыши человека с моносомией любой из аутосом подвергаются элиминации в доимплантационном периоде, зародыши с моносомией Х и трисомией аутосом завершают дробление, формируют бластоцисту и сохраняют способность к имплантации.

Спектр спонтанных хромосомных аномалий на разных стадиях развития

Наиболее обширный спектр хромосомных аберраций выявлен на ранних, доимплантационных стадиях развития. При цитогенетическом анализе дробящихся зародышей обнаружены практически все известные хромосомные аномалии, включая и такие, которые не встречаются или крайне редки на постимплантационных стадиях эмбриогенеза (гаплоидия, тетраплоидия, различные типы моносомий). Это означает, что зародыши с такими нарушениями кариотипа нежизнеспособны и элиминируются во время или вскоре после имплантации. Ранние работы по анализу спонтанных хромосомных аберраций у зародышей более поздних стадий развития, в частности, у абортированных плодов проводились с применением способов хромосомного анализа, с помощью которых были диагностированы, в основном, численные аномалии кариотипа. Методы дифференциальной окраски, дающие более полное представление о кариотипе благодаря идентификации не только всех хромосом набора, но и большинства структурных перестроек, подтвердили высокий уровень хромосомных и геномных мутаций у абортусов I и II триместров беременности. Частоты и типы хромосомных аномалий, определенные разными группами исследователей, поразительно совпадают и свидетельствуют о специфике как в отношении типов хромосомных аномалий, так и хромосом, принимающих в них участие. Результаты кариотипирования абортусов, а также новорожденных с пороками развития позволяют не только оценить популяционные частоты различных хромосомных аномалий, но и составить прогноз их развития в зависимости от типа патологии. Подавляющее большинство исследований спонтанных выкидышей проведено на препаратах культивированных фибробластов кожи плода, в меньшей степени — на культурах клеток хориона и плаценты, в то время как суждение о кариотипе новорожденных основано исключительно на анализе ФГА-стимулированных лимфоцитов периферической крови. Это означает, что фактически о хромосомном наборе целого организма в этих исследованиях судили по кариотипу клеток одной ткани. Между тем, анеуплоидия может затрагивать только часть клеток или быть ограниченной только одной тканью. Если для спонтанных абортусов, мертворожденных или даже для новорожденных с пороками развития ошибочное заключение о кариотипе не столь существенно, то последствия диагностических ошибок при кариотипировании развивающегося плода могут быть весьма серьезными. В связи с этим, принципиально важным является вопрос о прогностической значимости для развивающегося плода его кариотипа, установленного по клеткам хориона/плаценты. Одним из подходов к оценке значимости хромосомного дисбаланса для прогноза развития плода, выявленного в цитотрофобласте, является сравнительный анализ частоты и спектра хромосомных аберраций на разных стадиях развития. Большинство численных хромосомных аберраций, особенно аутосомные моносомии, несовместимы с нормальным внутриутробным развитием и приводят к гибели плода уже на ранних сроках беременности (до 10-й недели). Очевидно, именно поэтому нами обнаружен единственный случай полной формы моносомии 18 у плода 7-8-й недели развития.

Трисомия аутосом На постимплантационных стадиях не зарегистрировано ни одного плода с трисомией хромосом 1 или 19. Предполагается, что трисомия по этим хромосомам вообще не совместима с постимплантационным развитием. Однако единичные случаи трисомии 1 обнаружены среди дробящихся зародышей, то есть их развитие возможно, по крайней мере, до стадии 10 бластомеров. Один случай мозаичной трисомии 1 в клетках цитотрофобласта зарегистрирован и в наших исследованиях. По-видимому, на более поздних стадиях такие зародыши либо погибают, либо происходит элиминация бластомеров с дисбалансом этих хромосом. Трисомия 2 (Тс2) описана лишь у спонтанных абортусов. При этом считается, что Тс2 характерна для клеток мезенхимной стромы ворсин хориона и выявляется лишь на препаратах культивированных клеток хориона. Однако нами выявлен случай Тс2 в цитотрофобласте при развивающейся беременности , а в литературе описаны случаи пренатальной диагностики и живорождения детей с мозаичной формой Тс2 [264]. Тс3 — одна из наиболее частых трисомий, характерных для клеток цитотрофобласта (8 случаев в нашем исследовании), причем доля три- сомных клеток может варьировать от единичных находок до полной формы. По-видимому, трисомии хромосом группы В, как и большинства хромосом группы С, также летальны и достаточно редки даже в клетках хориона. В наших исследованиях зарегистрирован один случай полной формы трисомии 4, ограниченной цитотрофобластом. Особого внимания заслуживают хромосомы 7, 8 и 9, для которых отмечена несколько повышенная, по сравнению с остальными хромосомами группы С, частота соответствующих трисомий в материале спонтанных абортов. Случаи Тс7, Тс8 и Тс9, выявленные пренатально и у новорожденных, свидетельствуют о сублетальном эффекте избытка генетического материала этих хромосом. Следовательно, наличие даже мозаичной формы этих трисомий в клетках хориона требует исследования кариотипа плода. Известно, что Тс7 является одной из характерных для трофобласта трисомий (19 случаев в наших исследованиях). Между тем, мозаичные формы трисомии 7 описаны и в культурах клеток амниотической жидкости, а также в фибробластах кожи у детей после рождения. Поэтому мнение, что Тс7 всегда ограничена цитотрофобластом, требует корректировки. Ограниченные плацентой полные формы трисомии по хромосомам группы С (особенно 6, 7 и 11, в которых локализованы кластеры импринтированных генов), нуждаются в уточняющей диагностике кариотипа плода и исключении однородительской дисомии. Из трисомий по хромосомам группы D (13, 14, 15) сублетальной является трисомия 13 (синдром Патау3). Интересно отметить, что полные формы этой трисомии встречаются чаще, чем мозаичные, в т. ч. ограниченные плацентой. Летальные трисомии 14 и 15, выявленные в трофобласте, заслуживают внимания с точки зрения однородительской дисомии у плода. Поэтому при наличии в образце хориона клеток с трисомией любой из хромосом группы D необходимo кариотипирова- ние плода по лимфоцитам пуповинной крови. Тс16 является одной из наиболее частых численных аберраций на ранних стадиях развития (среди спонтанных абортусов ее частота составляет 7,5 %). Интересно, что в нашей выборке был выявлен только один случай полной трисомии 16 и два случая с единичными трисомными клетками в цитотрофобласте плаценты. К сожалению, кариотип плода ни в одном случае исследовать не удалось. Однако описанные в литературе случаи Тс16 в клетках амниотической жидкости позволяют предполагать, что, по крайней мере, мозаики с таким нарушением кариотипа могут развиваться до второго триместра беременности. Случаи Тс17 не выявлены в наших исследованиях. В мозаичном варианте они описаны в амниоцитах II триместра, однако частота их невысока. Тс18 (синдром Эдвардса4) как сублетальная мутация встречается на всех стадиях внутриутробного развития. Как и другие частые сублетальные трисомии, Тс18 в основном представлена полными формами и гораздо реже — мозаичными. В нашем исследовании Тс18 была ограничена плацентой лишь в одном случае, тогда как другие авторы отмечают высокую частоту Тс18 в хорионе. Тс20 долгое время считалась летальной на ранних эмбриональных стадиях. В настоящее время мозаичные случаи Тс20 выявлены пренатально в разные сроки беременности и у детей. Однако комплекс пороков при Тс20 в специфический синдром не выделен. Интересно, что обычно Тс20 ограничена клетками экстраэмбриональных тканей, а у плода она представлена только в клетках некоторых органов (почки, прямая кишка, пищевод). Все 4 случая полной и мозаичной Тс20 в нашем исследовании оказались ограничены клетками трофобласта. Согласно многочисленным наблюдениям, для Тс21 (синдром Дауна5) (Рис.3)характерной является полная форма. В наших исследованиях мозаичная Тс21 с доминирующей диплоидной линией в цитотрофобласте установлена в 4 случаях. Ни в одном из них диагноз не был подтвержден при исследовании лимфоцитов пуповинной крови плода или периферической крови новорожденного. Однако мы полагаем, что все случаи мозаичной Тс21 в цитотрофобласте нуждаются в дополнительных исследованиях на других клетках (амниоциты, лимфоциты пуповинной крови), так как прогноз для жизнеспособности у плодов с трисомией 21, в отличие от других сублетальных трисомий, как правило, благоприятен (22,1 %). Известно, что Тс22 существует как самостоятельный синдром Тс22, т. е. является сублетальной. Полная форма Тс22 зарегистрирована нами в цитотрофобласте лишь в одном случае; еще в трех она была представлена мозаичным вариантом. Двойные трисомии У спонтанных абортусов до 10-й недели беременности достаточно высока частота двойных и тройных трисомий по разным хромосомам . В большинстве случаев двойные трисомии, независимо от хромосом, принимающих в них участие, являются летальными. Этот факт подтверждают и наши находки при неразвивающейся беременности , а также единственный случай пренатальной диагностики 48,XXY, + 21, зарегистрированный нами в хорионе у эмбриона с шейной гигромой. Наиболее частыми являются ди- или трисомии половых хромосом. Именно эти случаи представляют наибольшую сложность для генетического консультирования — благоприятный антенатальный прогноз и совместимость с жизнью после рождения усугубляют проблему медико-генетических рекомендаций при выявлении у плодов анеуплоидии XYY, XXY, XXX. Следует напомнить, что кариотип 47,XYY не влияет на жизнеспособность плода, тогда как только 55,3 % плодов с кариотипом 47,XXY и 70 % с 47,XXX способны завершить внутриутробное развитие. При этом трипло-Х фактически не сказывается на развитии (среди спонтанных абортов эта аномалия встречается редко — 0,1-0,2 %), тогда как вероятность спонтанного прерывания беременности на более поздних стадиях, а также мертворождение заметно выше. Моносомия Единственная форма моносомии, совместимая с внутриутробным и постнатальным развитием — моносомия Х. На ранних стадиях наличие единственной Х-хромосомы зачастую приводит к гибели — среди спонтанных абортов частота плодов 45,Х — самая высокая и достигает почти 10 %. Мозаицизм Х/ХХ представляет одну из самых серьезных проблем пренатальной диагностики. Высокая частота моносомии Х в клетках цитотрофобласта диктует необходимость дополнительных исследований кариотипа амниоцитов или, что предпочтительнее, лимфоцитов пуповинной крови. Однако даже незначительная доля клеток с кариотипом 45,Х в лимфоцитах плода не является гарантией рождения здоровой девочки. Полиплоидия Полиплоидия совместима с внутриутробным развитием у человека лишь в виде триплоидии 69,ХХХ и 69,XXY. Почти каждый 10-й спонтанный абортус является триплоидным. При такой высокой смертности на ранних стадиях неожиданно высокой кажется частота триплоидии при прогрессирующей беременности (0,25 %). Из 14 случаев триплоидии в наших исследованиях 6 были установлены во II триместре беременности. Мозаичных вариантов 2n/3n нами не выявлено, однако они были зарегистрированы на разных стадиях внутриутробного развития другими исследователями. Что касается тетраплоидии, то на прямых препаратах из образцов хориона, особенно в I триместре беременности, она встречается довольно регулярно, при этом частота тетраплоидных клеток цитотрофобласта может достигать 100 %.Однако эта форма полиплоидии при развивающейся беременности ограничена исключительно плацентой. Заключение Многие типы хромосомных аномалий, такие как моносомии аутосом, гаплоидия, тетраплоидия встречаются только на доимплантационных стадиях развития; спектр численных хромосомных аберраций на разных стадиях постимплантационного развития в целом соответствует таковому у мертворожденных или живорожденных; некоторые трисомии, считающиеся летальными (Tc2, Tc3), представлены полными формами только в экстраэмбриональных тканях, другие (Тс7, Тс20, Тс22) могут быть как ограничены плацентой, так и встречаться в отдельных тканях или органах плода; большинство сублетальных трисомий (Тс13, 18, 21) представлено в виде полных форм как в эмбриональных, так и в экстраэмбриональных тканях; совместимость с внутриутробным развитием и даже с живорождением многих типов трисомий, особенно их мозаичных форм, указывает на необходимость пересмотра существующей классификации летальных и сублетальных трисомий. В этом разделе мы ограничились обсуждением геномных мутаций и не касались частичных трисомий и моносомий, обусловленных структурными перестройками хромосом и маркерными хромосомами. Специфика хромосомных мутаций требует специального рассмотрения, отметим только, что различные несбалансированные структурные аберрации, возникшие de novo, отмечены на всех этапах внутриутробного развития как у спонтанных абортусов, так и при прогрессирующей беременности. Список литературы
  1. Баранов В.С., Кузнецова Т. В. Цитогенетика эмбрионального развития человека: Научно-практические аспекты — СПб: Издательство Н-Л,2009. — 640 с.. 2009.

  2. Козлова С.И., Демикова Н.С. Наследственные синдромы и медикогенетическое консультирование: атлас-справочник. - 3-е изд., доп. и перераб. - М.: Т-во научных изданий КМК; Авторская академия, 2007. - 448 с.: 236 ил.

  3. Назаренко С.А. Изменчивость хромосом и развитие человека. - Томск: Изд-во Томского государственного университета, 2008. -200 с.

  4. Augustine Kong, Bjarni V. Halldorsson, Agnar Helgason, Daniel F. Gudbjartsson & Kari Stefansson. Parental influence on human germline de novo mutations in 1,548 trios from Iceland // Nature. Published online 20 September 2017.

Приложения (Рис.1.Сперматогенез) (Рис.2.Оогенез) (Рис.3.Синдром Дауна) (Рис.4.Анеуплоидии)

1 Флуоресцентная гибридизация insitu, или метод FISH (англ. fluorescence in situ hybridization — FISH), — цитогенетический метод, который применяют для детекции и определения положения специфической последовательности ДНК на метафазных хромосомах или в интерфазных ядрах in situ.

2 инъекция сперматозоида или сперматиды в цитоплазму яйцеклетки

3 Синдром Патау (трисомия 13) — хромосомное заболевание человека, которое характеризуется наличием в клетках дополнительной хромосомы 13. Трисомия 13 впервые описана Эразмусом Бартолином в 1657 году.

4 Синдром Эдвардса (синдром трисомии 18) — хромосомное заболевание, характеризуется комплексом множественных пороков развития и трисомией 18 хромосомы

5 Одна из форм геномной патологии, при которой чаще всего кариотип представлен 47 хромосомами вместо нормальных 46, поскольку хромосомы 21-й пары, вместо нормальных двух, представлены тремя копиями

Просмотров работы: 761