ХРОМОСОМНЫЙ ПОЛИМОРФИЗМ

ХРОМОСОМНЫЙ ПОЛИМОРФИЗМ (греческий chroma цвет, окраска + soma тело; polymorphos многообразный) — особенности строения хромосом, которые свойственны всем клеткам организма, отличают один организм от другого, передаются потомству и, как правило, не оказывают патологического эффекта. Хромосомный полиморфизм не выходит за рамки характерного для каждого биологического вида постоянства числа и морфологии хромосом. Полиморфизм присущ хромосомам самых разных видов растений и животных; особенно подробно он исследован у человека.

Молекулярной основой хромосомного полиморфизма является изменение содержания в хромосоме ДНК с многократно повторяющимися нуклеотидными последовательностями (см.Дезоксирибонуклеиновые кислоты). Большая часть такой ДНК лишена транскрипционной активности, то есть не участвует в реализации генетической информации (см.Транскрипция) и составляет обедненные структурными генами (определяющими последовательность аминокислот) гетерохроматиновые районы (участки) хромосом (см.Хроматин,Хромосомы). Вариабельность именно этих районов хромосом является главной причиной хромосомного полиморфизма, чем и объясняется отсутствие неблагоприятного влияния хромосомного полиморфизма на фенотип организма. Поскольку гетерохроматиновые районы содержатся во всех хромосомах, полиморфизм потенциально присущ каждой из них, однако чаще всего он обнаруживается в хромосомах с относительно крупными блоками гетерохроматина. Хромосомный полиморфизм обусловливает неограниченное количество возможных вариантов нормальных хромосом и тем самым создает уникальность хромосомного набора (см.) у каждого человека. Гомологичные (структурно идентичные) хромосомы, происходя от разных родителей, часто различаются по отдельным районам хромосом (гетероморфизм гомологов). С помощью методовгенной инженерии (см.) установлено, что индивидуумы отличаются друг от друга также по нуклеотидным последовательностям отдельных участков генома — полиморфизм ДНК.

Рис. 1. Хромосомы: пары 1, групп D (пары 13 — 15), G (пары 21 — 22) и Y-хромосомы двух неродственных индивидуумов: индивидуум А отличается от индивидуума Б присутствием околоцентромерной перетяжки в одной из двух хромосом 1, крупными спутниками в одной из D-хромосом, длинными спутничными нитями в одной из G-хромосом и длиной Y-хромосомы (указаны стрелками).Рис. 2. Хромосомы пар 1, 9, 16 и Y-хромосомы двух индивидуумов (С-окраска): индивидуум А отличается от индивидуума Б длиной Y-хромосомы, размерами С-сегмента в гомологичных хромосомах пары 1 (указаны стрелками).

Представления о природе хромосомного полиморфизма развивались по мере введения новых методов исследования хромосом. Первоначальные сведения о вариабельности хромосом человека по величине и форме были получены в конце 50-х начале 60-х годов, когда впервые стали изучать равномерно окрашенные по длине с помощью основных красителей (рис. 1) хромосомы в метафазе клеточного деления (см.Деление клетки,Хромосомы). Значительно более широкая картина хромосомного полиморфизма открывается при специальных окрасках хромосом. Основным методом является С-окраска, при которой краска Романовского — Гимзы воспринимается только структурным гетерохроматином (С-хроматином) околоцентромерных районов всех хромосом (С-сегментов) и длинным плечом Y-хромосомы. Доступен микроскопическому анализу, качественному, полуколичественному (баллы) или прямому измерению С-хроматин хромосом 1,9,13—16,21,22 и Y. В Y-хромосоме гетерохроматин составляет основную часть длинного плеча. Особенно большой вариабельностью отличаются С-сегменты хромосом 1,9,16 и Y (рис.2). Вариабельность величины С-сегментов определяется изменением в них количества ДНК с высокой повторяемостью нуклеотидных последовательностей, в частности сателлитных ДНК. По-видимому, от индивидуума к индивидууму может меняться и набор таких последовательностей. В ряде случаев полиморфизм С-сегментов хромосом- 1,9 и 16 обусловлен разной степенью перемещения сегмента из длинного в короткое плечо (частичные и полные инверсии околоцентромерного С-сегмента).

Рис. 3. У-хромосомы 5 индивидуумов (Q-окраска): все индивидуумы различаются длиной ее флюоресцирующей гетерохроматиновой части.

Хромосомный полиморфизм может быть обнаружен также с помощью окраски хромосом флюоресцирующими красителями (см.Флюорохромы), которые создают дифференциальное свечение по всей длине каждой хромосомы — Q-окраска. Индивидуумы могут различаться по флюоресценции небольшого околоцентромерного участка хромосом 3,4,13 — 15,21 и 22 и крупного участка длинного плеча Y-хромосомы. Разница в свечении определяется неодинаковым содержанием комплекса ДНК-флюорохром. Ярко флюоресцирующий хроматин Y-хромосомы имеется практически у всех мужчин. Полиморфизм этой хромосомы обусловлен различной величиной ее флюоресцирующей части (рис. 3). Хромосомный полиморфизм хромосом 3, 4, 13—15, 21 и 22 выражается в различии у индивидуумов яркости флюоресценции отдельных сегментов, которая у значительной части людей может не определяться. Частота флюоресцирующих и не-флюоресцирующих вариантов по каждой из указанных выше хромосом своя, причем отмечены особенности между разными популяциями по той или иной хромосоме.

Хромосомный полиморфизм аутосом не имеет половых различий, нет доказательств его изменения с возрастом. Семейный генеалогический и близнецовый анализы (см.Близнецовый метод,Генеалогический метод) показывают, что варианты хромосом, имеющиеся у родителей, передаются детям неизменными. Однако случаются редкие отклонения, свидетельствующие о том, что возникновение новых хромосомных вариантов и их передача потомству в расчете на биологический вид в целом не прекращаются. Механизмом возникновения новых вариантов служит неравный кроссинговер (обмен участками) гомологичных хромосом в области гетерохроматиновых районов (см.Мейоз,Рекомбинация).