О ЧИСЛЕ ХРОМОСОМ у человека: почему плохо когда их больше, или меньше, и почему так происходит

Пока суббота не закончилась традиционная рубрика "ЛИКБЕЗ" от Ольги Петтерссон.
Сегодня поговорим о ЧИСЛЕ ХРОМОСОМ у человека: почему плохо когда их больше, или меньше, и почему так происходит.

Наша история начнется в далеком 1952м году, когда ученый со звучным именем Хсу нашел метод фиксации и окраски для разглядывания хромосом в клетке (картинка ниже).
Считать хромосомы у человека пытались и в конце 19го века, но все у них не сходилось, то всего 23 получалось, то 26, то 43 - методики были несовершенные.

В 1956, после длительного рассматривания тканей разных людей, пришли к выводу, что у человека 46 хромосом, или 23 пары.
Что такое нормальные хромосомы. Это когда из у нас ровно 46 штук (не 45, и не 47). Они не удлинены и не укорочены, нет разломов и странных срастаний разных кусков вместе, нет и перетасовки разных участков там, где не надо.
О всех разных изменениях в строении хромосом будет слишком длинно и нудновато, поэтому сегодня посмотрим только на их число.

Как бы не надеялся господин Мединский, наличие лишней хромосомы не дает людям “потрясающий генетический материал” (rusk.ru/st.php?idar=58…)...

Откуда берется лишняя хромосома?

Проблема может происходить из половых клеток родителей, или возникать при первых делениях клеток зародыша, или может случиться в любой клетке взрослого тела. Первые два случая влияют на развитие всего плода сразу.
Третий сложнее и изучен похуже, о нем как-нибудь поговорим в контексте генетики рака.

Смотрите, как это происходит. В клетках нашего тела 23 пары хромосом, или всего 46, так? Помните митоз из школы?
Если не помните, то расскажу на пальцах. В клетках тела, перед делением, каждая хромосома копипастится, и их будет 92 штуки. Когда клетка делится, одна копия 46ти идет в одну клетку, а вторая копия 46ти в другую. Это митоз.
В митозе иногда могут быть ошибки, и в дочерние клетки расходится разное число хромосом.

С половыми клетками (яйцеклетками и сперматозоидами), чуток сложнее. Они образуются в ткани, специализирующейся строго на создании половых клеток (т.н. зародышевая линия).
В клетках зародышевой линии тоже 46 хромосом. Если бы так и осталось, и просто мамина и папина клетки зародышевых линий слились в экстазе, то у потомства было бы 92 хромосомы. А у следующего 184, итд. Но мы же с вами знаем, что это не так?
Значит, каким-то макаром, число хромосом в яйцеклетках и сперматозоидах надо уполовинить до 23х, чтобы у зародыша их итого стало 46. Это происходит во время двухступенчатого процесса мейоза.
Начало такое же, как и в остальных клетках тела.
Генетический материал при первом делении удваивается, и дочерние клетки получают каждая свои пары хромосом.

Вы меня спрашивали как-то, а почему даже когда родители одни, то все дети все равно разные?

Потому что хромосомы в каждой паре при первой фазе мейоза еще и меняются кусочками, как бы перетасовывая участки между собой (по-научному, “рекомбинация по кроссинговеру”). 🧐
Получается, что каждая новая клетка получившаяся на первой фазе мейоза, практически уникальна. Из союза генетически уникального сперматозоида и уникальной яйцеклетки, получаемся мы, уникальные (о близнецах поговорим в другой раз).
Это было первое деление мейоза, а нам нужно еще одно. При втором делении, генетический материал больше не удваивается, а в дочерних клетках остается по одной одинокой хромосоме из 23х пар.

Итак, клетка зародышевой линии начала с 23 парами.
При первом делении, каждая пара перетасовалась, а при втором - пары растащили.

Так из одной клетки зародышевой линии получилось не 2, а 4 клетки, и каждая с ополовиненным числом хромосом.
Когда произойдет оплодотворение, они встретят свою пару из половой клетки партнера и хромосом у зародыша снова будет 46.

Природа, иногда, делает ошибку. В процессе мейоза может произойти сбой.
Надо бы всем хромосомам расползтись поровну между новыми клетками, но что-то идет не так. И получается, что в одной половой клетке будет 24 хромосомы, а в другой 21.
Почему это происходит? И на старуху бывает проруха.

Считается, что чем старше родители, тем выше риск появления ребенка с лишней хромосомой (по-научному трисомией). Яйцеклетки женщины закладываются при ее рождении, и созревают во время наступления половозрелости.
Дети-трисомики могут рождаться и у молодых матерей.
Это не вина женщины, ее наследственности, образа жизни или здоровья. Это просто поганая генетическая лотерея.
У мужчин сперматозоиды образуются всю жизнь, но из одних и тех же стволовых клеток. Они тоже моложе с возрастом не становятся, но на число хромосом это влияет редко.
Но сперматозоидов производится так много, что некоторые, чисто статистически, могут быть с изъяном.
Т.е. теоретически возможно, в зачатии участвует одна половая клетка, где одна пара как следует не разошлась при делении. В результате, у зародыша будет трисомия - 47 хромосом.
Самый широко распространенный вид трисомии это синдром Дауна, или нерасхождение 21й пары хромосом. Иногда у человека целая лишняя хромосома номер 21, а иногда только ее кусочек.
Кроме отличительных черт лица, у людей с синдромом часты проблемы с сердцем и пищеварительной системой. О самом синдроме Дауна написаны книги и рассказывать о нем можно долго. Скажу одно, что при правильном подходе, обучении и интеграции в общество, люди с этим синдромом могут прожить долгую и продуктивную жизнь.
Например, могут быть крутыми спортсменами

Триатлонист из США стал первым человеком с синдромом Дауна, завершившим марафон Ironman
Крис Никич проплыл 3,86 км, проехал 180 км на велосипеде и пробежал 42,195 км за 16 часов 46 минут и 9 секунд

Кроме лишней 21й хромосомы, иногда встречаются похожие истории с 18й (синдром Эдвардса), 13й (Патау), 8й (Варкани), итд итп. В своем большинстве, такие дети умирают вскоре после рождения. 😞
Иногда, такие изменения несовместимы с жизнью и беременности приводят к выкидышу, т.е. работает естественный отбор. Очень частая причина выкидышей это трисомии плода по 8й,16й и 22й паре.

Но если бы все было так просто…..
Иногда, если лишняя хромосома появилась не при первом делении клеток зародыша, а чуток попозже, то часть клеток человека может быть нормальной, а часть с лишней хромосомой. Такая катавасия называется мозаицизмом.
Чем больше клеток в теле с лишней хромосомой, тем более сильно проявление симптомов.

У такого человека, получается, есть больше генов из лишней хромосомы, а значит и больше белков, которые они производят. Как мы знаем, в геноме все тщательно сбалансировано эволюцией.
Если ненормально много какого-то фермента, или гена-регулятора, то все тонкие биохимические настройки организма летят к чертям собачим.

Это могут быть врожденные проблемы с сердцем, волчья пасть, недоразвитые суставы, искривления позвоночника, и другие малоприятные вещи.
Иногда может быть задержка развития и разные степени слабоумия.

Полному излечению такие заболевания, увы, не поддаются. В подавляющем большинстве своем, они не передаются по наследству. Если у пары ранее были дети с трисомией и они планируют новую беременность, то таким парам делаются генетические анализы при искусственном оплодотворении, либо на первой стадии беременности.
Это о синдромах, где задействованы первые 22 пары - тут результат лишней хромосомы виден налицо. С половыми хромосомами, 23й парой, своя интересная песня.
ХХY (синдром Кляйнфельтера). Это мужчины по половому признаку, но у них лишняя Х-хромосома. Мужских половых гормонов производят меньше, часто полнота, небольшие половые органы, бесплодие, и т.д. Интеллект может быть нормальным, а может быть и пониженным, как "повезет".

ХХХ, или тройной икс. Обычно физически здоровые женщины, могут иметь детей. Иногда может быть задержка речи, склонность к депрессии, плохая самооценка. С интеллектом как и у Кляйнфельтера.
ХYY, обычно здоровые мужчины. Иногда очень высокого роста, с небольшой задержкой речи и трудностями в обучении. С интеллектом опять, как повезет.

X0. Синдром Тернера. Одна единственная Х хромосома у таких женщин работает за две.
Ментально здоровы, иногда с широкой шеей, узкими бедрами, поздно развивающейся грудью. Иногда нуждаются во врачебной помощи, чтобы забеременеть.

X0/XY, интерсекс. Это случай мозаицизма (часть клеток тела Х0, часть ХY).
В зависимости от пропорции клеток разного типа, могут быть женщинами по внешнему виду, но с недоразвитой маткой или яичниками. Могут быть мужчинами и по виду и по потенции, но с маткой. Могут иметь оба типа половых органов.
Это абсолютно нормальные люди и психически, и физически, которые зачастую и не подозревают о своих особенностях организма, пока не приходит пора заводить детей.

ХХ/ХY мозаицизм. Похож на предыдущий тип, но со своими особенностями.
У такого человека в теле есть клетки / органы /ткани присущие как мужчинам, так и женщинам. Иногда есть отклонения в развитии половых органов (неглубокое влагалище или небольшой фаллос). Иногда странности происходят при половом созревании, .когда у девочки (по внешним признакам) грубеет голос, или у мальчика начинает расти грудь. Причем, это совсем не обязательно ярко выражено. Ментально, это, опять таки, абсолютно здоровые люди.
Такой тип мозаицизма, на самом деле, очень интересен, т.к. в теле одного человека существуют как нормальные ХХ так и ХY клетки, как бы две сущности в одной. Ученые думают, что чаще всего это происходит когда в утробе матери на ранних стадиях развития, сливаются две оплодотворенных яйцеклетки, т.е. человек сам себе близнец.

Кроме того, есть и более редкие: ХХХХ и ХХХY женщины, ХХ мужчины (где часть генов от Y папы решила перепрыгнуть на Х) , и т.д.
Кстати, а вы знали, что после 50 лет мужчины начинают терять Y? Начинается это с клеток крови, но к 80ти годам, до 20% клеток могут потерять половую хромосому.
Простите, мужики, но с возрастом и потенция снижается, и тестостерона меньше вырабатывается.

И риски всяких болячек растут быстрее, чем у женщин.

С синдромом LOY (потерей Y) сейчас очень много работают, т.к. о том что он распространен сплошь и рядом узнали совсем недавно. Мы секвинировали несколько таких проектов, так я о нем и узнала.
Если интересно, то я могу попросить моих коллег дать для нас интервью на эту тему.

Для продвинутых, тут хороший разбор от моего замечательного коллеги Ларса Форшберга ссылка здесь: https://www.facebook.com/veniamin.zaycev/posts/4374828345885224