МОРФОЛОГИЯ МЕТАФАЗНЫХ ХРОМОСОМ
Хромосомылучше всего изучать во время метафазы митоза, т.к. в этой фазе они:
- располагаются в центре клетки, образуя метафазную пластинку;
- максимально конденсированы и легко различимы с использованием световой микроскопии;
- являются двухроматидными, а сестринские хроматиды соединены между собой в области центромеры, что позволяет различить их морфологию.
Морфологическими элементами метафазной хромосомы являются:
- 2 хроматиды;
- центромера;
- теломеры;
- вторичная перетяжка;
- спутник (сателлит);
- ломкие (фрагильные) участки.
Хроматида представлена одной линейной молекулой ДНК, ассоциированной с гистоновыми и негистоновыми белками и максимально конденсированной. Метафазная хромосома состоит из двух сестринских хроматид, являющихся результатом репликации ДНК в фазе S и, таким образом, генетически идентичных. Хроматиды одной хромосомы соединены в области центромеры и остаются в таком состоянии до анафазы.
Центромера, или первичная перетяжка, представляет собой специфический участок хромосомы из ДНК и специальных центромерных белков (CENP-A,B,C,D,E). Центромерная ДНК состоит из высокоповторяющихся последовательностей (сателлитная ДНК), практически одинаковых для всех хромосом. Положение центромеры в хромосоме постоянно и специфично для каждой хромосомы/пары гомологичных хромосом. Центромера делит хромосому на два плеча: р (проксимальное) и q (дистальное). По положению центромеры хромосомы делятся на:
- метацентрические - центромера расположена посередине и плечи равные;
- субметацентрические - центромера несколько смещена к одному из концов, а плечи имеют разную длину;
- акроцентрические - центромера значительно смещена к концу хромосомы, из-за чего одно плечо намного короче другого.
Центромеры выполняют следующие функции:
- созревание кинетохоров для прикрепления хромосом к нитям веретена деления;
- продольное расщепление и разделение сестринских хроматид с образованием из одной двухроматидной хромосомы двух однохроматидных хромосом;
- точное и равное распределение генетического материала во время митоза, точная передача генетической информации от клетки к клетке.
Теломерыпредставлены специфическими последовательностями ДНК на концах хромосом в комплексе со специальными белками. В состав теломерной ДНК входят: (а) тандемно и многократно повторяющиеся короткие последовательности (TTAGGG), одинаковые у всех хромосом, (b) специфические для каждой хромосомы последовательности ДНК.
Теломеры выполняют следующие функции:
- защищают концы хромосом от действия нуклеаз;
- предотвращают слипание концов хромосом;
- обеспечивают репликацию всей ДНК;
- предотвращают укорачивание хромосом благодаря активности теломеразы;
- контролируют процессы старения клеток и многоклеточного организма;
- регулируют фиксацию хроматина к ядерной мембране в интерфазе, обеспечивая тем самым нормальную архитектуру интерфазных хромосом;
- обеспечивают правильную конъюгацию гомологичных хромосом в мейозе.
Вторичные перетяжки(h) представляют собой деспирализованные и слабо окрашенные участки повторяющейся ДНК; в норме они могут быть как в проксимальных плечах (р) акроцентрических хромосом 13, 14, 15, 21, 22, так и в дистальных плечах хромосом 1, 9, 16, реже 4, 6, 10 и Y. Вторичные перетяжки акроцентрических хромосом образуют область ядрышкового организатора. Длина вторичной перетяжки может варьировать в пределах нормального индивидуального полиморфизма.
Сателлиты- это терминальные участки коротких плеч акроцентрических хромосом 13, 14, 15, 21, 22, отделенные вторичной перетяжкой и состоящие из конститутивного гетерохроматина; число и размеры сателлитов варьируют от индивида к индивиду.
Ломкие (фрагильные) участкипредставляют собой деконденсированные сегменты хромосом, отличающиеся повышенной чувствительностью к действию мутагенных факторов, под влиянием которых в них легко происходят разрывы и, в результате этого, хромосомные перестройки. Фрагильные участки:
- являются маркерами нормального индивидуального полиморфизма;
- ассоциированы с некоторыми моногенными синдромами (например, FRAXA и семейная умственная отсталость);
- могут участвовать в опухолевой прогрессии (путем инактивации генов-супрессоров).
КЛАССИФИКАЦИЯ ХРОМОСОМ ЧЕЛОВЕКА
Каждая соматическая клетка организма человека содержит диплоидный набор хромосом (2п=46),или 23 пары хромосом:
- 22 пары, идентичные у мужчин и женщин, - аутосомы;
- 1 пару отличающуюся у разных полов хромосом (XX - у женщин, XY - у мужчин) -гоносомы.
Идентичные по морфологии (размеры и форма) и содержанию генов, но различные по родительскому происхождению хромосомы, называются гомологичными.
В зрелых половых клетках - гаметах - еодержится по одному гаплоидному набору хромосом (n=23): в яйцеклетках 22+Х, а в сперматозоидах 22+Х или 22+Y.
Для идентификации хромосом используют морфологические критерии, данные авторадиографического анализа и выявляемые методами дифференциальной окраски бэнды.
Морфологические критерии отражают размеры и конфигурацию хромосомы. Различают количественные (длина хромосомы, центромерный индекс) и качественные (наличие вторичной перетяжки и сателлитов) критерии классификации хромосом человека.
Длина хромосомы - абсолютная длина (в микронах) или относительная длина, которая вычисляется по следующей формуле:
В зависимости от длины хромосомы классифицируют на: большие, средние, мелкие.
Положение центромеры. Для характеристики положения центромеры на хромосоме используют центромерный индекс, который определяют по формуле:
Исходя из положения центромеры и величины центромерного индекса хромосомы человека делят на:
На основании морфологических количественных (длина и положение центромеры) и качественных (сателлиты и вторичные перетяжки) критериев хромосомы человека классифицируют на 7 групп, которые обозначают буквами латинского алфавита от А до G:
- группаА (пары 1-3) - большие метацентрические хромосомы; хромосома 1 может иметь
вторичную перетяжку (lqh), хромосома 2 слабо субметацентрическая;
- группа В(пары 4-5) - большие субметацентрические хромосомы;
- группа С(пары 6-12 и хромосома X) - субметацентрические хромосомы средних размеров; в этой группе у женщин 16 хромосом, у мужчин - 15; хромосомы 8, 9, 10 и 12 более
субметацентрические, в то время как хромосомы 6, 7, 11 и X менее субметацентрические; хромосома 9 может иметь вторичную перетяжку на дистальном плече (9qh);
- группа D(пары 13-15) - средние акроцентрические хромосомы; все хромосомы этой группы имеют вторичную перетяжку и сателлит на проксимальном плече;
- группаЕ (пары 16-18) - хромосома 16 средняя метацентрическая, может иметь вторичную перетяжку на дистальном конце; хромосомы 17 и 18 мелкие и субметацентрические;
- группа F(пары 19-20)- мелкие метацентрические хромосомы;
- группа G (пары 21-22 и хромосома Y) - мелкие акроцентрические хромосомы; хромосомы 21 и 22 могут иметь вторичную перетяжку и сателлит на проксимальном плече; хромосома Y не имеет сателлита; хромосомы группы G используют для определения пола: в этой группе у женщин 4 акроцентрические хромосомы (2 хр. 21 + 2 хр. 22), а у мужчин - 5 акроцентрических хромосом (2 хр. 21 +2хр. 22+Y).