Что такое кариотип и его роль в жизни человека

Вся информация о человеке (цвет глаз, волос, и т. д.), о том, как должен развиваться человек в течении жизни, записана специальным биологическим языком и находиться в генах, которые особым способом «упакованы» в хромосомах человека. У каждого человека для его развития должны присутствовать все необходимые гены в определенном количестве. В генетике есть такое понятие «доза гена». Если ген присутствует в недостаточном количестве или наблюдается его избыток, то у человека будут развиваться те или иные нарушения.

Кариотип (от от греч. káryon — орех, ядро и греч. týpos — образец, форма, тип), хромосомный набор, совокупность признаков хромосом (их число, размеры, форма и детали микроскопического строения). Хромосомный набор можно представить как некую программу, от которой в прямом смысле слова, зависит будущая жизнь человека. Любой сбой в этой «программе» будет приводить к нарушениям развития самого человека или его потомства. Поэтому изучению хромосомного набора (кариотип) человека уделяется большое значение. Исследование кариотипа стало золотым стандартом во всех случаях, где у человека отмечаются различные особенности, будь то внешние (фенотипические), иммунологические, эндокринологические и др. И конечно если у человека в браке имеются нарушения репродуктивной функции (неспособность иметь здоровых детей). То есть, в основе любого заболевания лежит генетика человека.

В норме каждая клетка человека должна иметь одинаковый набор хромосом (кариотип). Если разные ткани (кровь, кости, мышцы и т.д.) в организме имеют разный кариотип, то такое явление носит название – мозаицизм. Такое нарушение возникает еще на стадии эмбрионального развития человека. Если в одной из клеток эмбриона возникла мутация (сбой в кариотипе), то все ткани, которые в последствии разовьются из этой клетки тоже будут иметь неправильный хромосомный набор. В то время как другие ткани будут иметь правильный кариотип – тканевой мозаицизм. Так же существует мозаицизм в пределах одной ткани.

В хромосомном наборе человека должно быть 46 хромосом, 23 пары. Мужчины и женщины отличаются между собой одной единственной половой парой. У женщин половая пара представлена одинаковыми хромосомами – Х. Половая пара у мужчин представлена одной Х хромосомой и одной Y хромосомой. Отсюда формула кариотипа женщин 46, ХХ у мужчин 46, ХY.

Хромосомы человека можно исследовать только в момент деления клетки (митоз). Для исследования кариотипа человека используют его лимфоциты периферической крови (кровь из вены). Здесь следует отметить, что лимфоциты в периферической крови находятся на такой стадии своего развития, когда они не делятся (процесс деления происходит в красном костном мозге). Поэтому что бы заставить их делиться в искусственной среде к ним добавляют специальные стимулирующие вещества.

При исследовании кариотипа обращают внимание на количество хромосом и их структуру. Так выглядит метафазная пластинка с хромосомами под микроскопом и результат кариотипа пациента рис.1.

А)

Б)

Рисунок 1. А) Нормальный мужской кариотип; Б) В кариотипе выявлена хромосомная транслокация между хромосомами 4 и 21.

Самые распространенные хромосомные нарушения связаны с числом хромосом в кариотипе (численные) и с морфологическим нарушением хромосом (транслокации, инверсии и т.д.).

Рассмотрим самые распространенные нарушения кариотипа, которые влияют на репродуктивную функцию человека.

Отсутствие одной половой хромосомы в кариотипе женщин (45,Х) приводит к синдрому Шерешевского – Тернера. Примерно в половине случаев при этом синдроме в кариотипе женщин отмечают мозаицизм половых хромосом и кариотип записывают следующим образом- 45,Х[10]/47,XXX[8]/46,XX[10] (пример, возможны другие варианты). В квадратных скобках указывают, в каком количестве при исследовании встречались клетки с указанным кариотипом.

У мужчин самым частым нарушением кариотипа, связанным с половыми хромосомами, является наличие дополнительной Х хромосомы, формула - 47, ХХY. Такое изменение кариотипа приводит у мужчины к синдрому Клайнфельтера.

Транслокации - тип хромосомных мутаций, при которых происходит перенос участка одной хромосомы на другую хромосому. Выделяют реципрокные транслокации, при которых происходит взаимный обмен участками между хромосомами, и Робертсоновские транслокации, или центрические слияния, при которых происходит слияние акроцентрических хромосом (13, 14, 15, 21, 22) с полной или частичной утратой материала их коротких плеч (рис.2).

Рисунок 2. Представлены кариотипы с хромосомными перестройками

Если кариотип человека представлен сбалансированной хромосомной перестройкой, то это никак не отразится на его образе жизни. Однако у таких людей могут быть нарушения репродуктивной функции (выкидыши, неразвивающиеся беременности, пороки развития и т д). Это связано с тем, что хромосомный набор половых клеток формируется из хромосомного набора человека. Т.е. в половую клетку в норме попадает только одна хромосома из пары. Для формирования здорового эмбриона необходимо что бы в одну половую клетку распределились хромосомы без транслокации, либо что бы попали обе хромосомы с перестройкой (в этом случае будет сбалансированный вариант кариотипа как у родителя, ребенок будет фенотипически здоров). Если эмбрион будет иметь несбалансированный вариант кариотипа, то у него наблюдается потеря или избыток генетической информации. Такие эмбрионы не могут правильно развиваться, у них происходит «сбой в программе». Это приводит к остановке развития эмбриона на разных сроках беременности женщины, порокам развития плода или рождению ребенка с задержкой развития.

Всем пациентам с изменениями в кариотипе рекомендуются различные профилактические мероприятия по рождению здорового ребенка:

• преимплантационная генетическая диагностика в рамках программы ЭКО;
• пренатальная диагностика в 1 или 2 триместрах беременности;
• использование донорских половых клеток в рамках программы ВРТ.

В связи с вышесказанным, исследование кариотипа перед планируемой беременностью должно стать золотым стандартом в ряду профилактических мероприятий по рождению здорового ребенка в конкретной семье.