Хромосомный полиморфизм: это что такое и виды

Полиморфизм хромосом человека

Хромосомный полиморфизм является одной из отличительных особенностей кариотипа человека. Под полиморфизмом понимают нормальную изменчивость хромосом набора, которая заключается в различиях между гомологичными хромосомами (гетероморфизм) по отдельным сегментам, районам и даже целым плечам.

К полиморфным вариантам относят такие изменения хромосом, которые сохраняются в процессе онтогенеза, стабильно наследуются при митотическом делении клетки и передаются как простой менделев- ский признак от родителей к детям, не оказывая влияния на фенотип.

Существование различных вариантов характерно практически для каждой хромосомы человека, а неограниченное число сочетаний таких вариантов приводит к уникальности кариотипа каждого человека, за исключением монозиготных близнецов.

Полиморфизм хромосом у человека крайне богат по своим проявлениям. Правила кариотипирования предусматривают учет полиморфных вариантов хромосом с помощью специальной системы символов (табл. 2.1). Как уже упоминалось, в широких пределах варьируют размеры С-блоков, особенно на хромосомах 1, 9, 15, 16, 19, 22 и Y.

В популяции широко представлены варианты хромосом 9 и особенно 19, различия между которыми обусловлены не только размерами, но и расположением прицентромерного гетерохроматина — на длинном или коротком плече хромосомы, или одновременно на коротком и длинном плечах.

Гетерохроматиновые блоки легко визуализируются практически при любом способе окраски хромосом, однако наиболее четко — при специальных методах (CBG и DA/ DAPI).

Иногда гетерогенность прицентромерных районов, например, на хромосомах 3 и 4, выявляется лишь при люминесцентных вариантах окрашивания (QFQ, QFH, DAPI). Некоторые варианты хромосом, в частности, 17ps, наблюдаемые на окрашенных красителем Гимза препаратах, не будут зарегистрированы при окрашивании флуорохромами.

Подробная информация о полиморфизме хромосом представлена в книге А. А. Прокофьевой-Бельговской [158], а также в прекрасно иллюстрированном атласе хромосом человека [64], которые с момента издания являются настольной книгой всех цитогенетиков человека.

Таблица 2.1. Перечень символов, употребляемых при описании полиморфных вариантов хромосом человека.

1. Полиморфные размеры гетерохроматиновых сегментов, спутничных нитей и спутников

9qh+	Увеличенный гетерохроматиновый блок на длинном плече хромосомы 9
Yqh-	Уменьшенный гетерохроматиновый блок на длинном плече Y-хромосомы
21ps+	Увеличенные спутники на коротком плече хромосомы 21
22pstk+	Удлиненные спутничные нити на коротком плече хромосомы 22
15cenh+	Увеличенный блок прицентромерного гетерохроматина на хромосоме 15
1qh-, 13cenh+, 22ps+	Уменьшенный гетерохроматиновый блок на хромосоме 1, увеличенный прицентромерный гетерохроматин на хромосоме 13 и увеличенные спутники на коротком плече хромосомы 22
15cenh+mat, 15s+pat	Увеличенный прицентромерный гетерохроматиновый блок на хромосоме 15, унаследованной от матери, и увеличенные спутники на хромосоме 15, унаследованной от отца
14cenh+pstk+ps+	Увеличенный блок прицентромерного гетерохроматина, длинные спутничные нити и увеличенные спутники на коротком плече хромосомы 14

2. Полиморфная локализация гетерохроматиновых сегментов, спутничных нитей и спутников

17ps	Спутники локализованы на коротком плече хромосомы 17
Yqs	Спутники локализованы на длинном плече Y-хромосомы
9qhph	Локализация прицентромерного гетерохроматинового блока на коротком и длинном плечах хромосомы 9
9ph	Гетерохроматиновый блок присутствует только на коротком плече хромосомы 9
1q41	Гетерохроматиновый блок локализован в сегменте 1q41

3. Полиморфизм числа спутников и спутничных нитей

21pss	Двойные спутники на коротком плече хромосомы 21
14pstkstk	Двойные спутничные нити на коротком плече хромосомы 14

Несмотря на многочисленные попытки определить влияние тех или иных вариантов хромосом на фенотипические или клинические особенности их носителей, вопрос о функциональном значении хромосомного полиморфизма по-прежнему далек от своего разрешения.

Устоявшимся с 1970-х годов в клинической генетике является мнение, что гетероморфизм гомологов по районам 1qh, 9qh (в большей степени 9ph), 16qh и некоторые варианты Yqh могут негативно влиять на репродуктивную функцию, а вариант Yqh+ сопровождается и психоэмоциональными особенностями поведения.

Механизмы этого влияния по-прежнему остаются на уровне гипотез. Результаты многочисленных исследований на эту тему столь противоречивы, что признать ассоциацию определенного полиморфного варианта хромосомы с какой-либо фенотипической или клинической особенностью организма не представляется возможным.

Справедливости ради следует отметить, что исключительное большинство этих популяционных исследований проведено в постнатальном периоде онтогенеза человека, а выводы о повышенном риске невынашивания беременности при наличии выраженного гетероморфизма у носителей или пороков развития у их потомков основаны исключительно на анамнестических данных.

Что касается корреляций между хромосомным полиморфизмом и особенностями внутриутробного развития человека, то единичные исследования медицинских и спонтанных абортусов вряд ли можно признать достаточными для доказательства влияния столь изменчивых районов гетерохроматина и/или ядрышковых организаторов на жизнеспособность эмбриона или, к примеру, их влияния на органогенез.

Очевидно, что полученные данные не позволяют как однозначно принять мнение о нейтральности структурного и функционального полиморфизма хромосом, так и согласиться с его вкладом в те или иные патологические состояния на любом этапе онтогенеза человека.

К сожалению, расшифровка генома человека не приблизила нас к пониманию значения различного числа копий повторяющейся ДНК, из которой, в основном, состоят полиморфные гетерохроматиновые участки хромосом, в норме и при патологии. К обсуждению фундаментальных и прикладных проблем, имеющих отношение к этим загадочным участкам генома человека, мы вернемся в главах 6,9-11.

Особое место среди полиморфных вариантов хромосом занимают хромосомы групп D и G. Помимо вариабельных по размеру прицен- тромерных блоков, их короткие плечи отличаются разнообразием по числу и размерам спутников.

Для этих ядрышкообразующих хромосом характерен не только структурный, но и функциональный полиморфизм, регистрируемый с помощью окраски азотнокислым серебром. Подробно молекулярные основы полиморфизма районов ядрышковых организаторов и его роль в нормальном и патологическом эмбриогенезе человека рассмотрены нами в главе 10.

Виды полиморфизма

Полиморфизм – существование в единой панмиксной популяции двух и более резко различающихся фенотипов. Они могут быть нормальными или аномальными. Полиморфизм – явление внутрипопуляционное.

Полиморфизм бывает:

• — генный;
• — хромосомный;
• — переходный;
• — сбалансированный.

Генетический полиморфизм наблюдается, когда ген представлен более чем одним аллелем.

Пример – системы групп крови.

Генетический полиморфизм — сосуществование в пределах популяции двух или нескольких различных наследственных форм, находящихся в динамическом равновесии в течение нескольких и даже многих поколений.

Чаще всего он обусловливается либо варьирующими давлениями и векторами (направленностью) отбора в различных условиях (например, в разные сезоны), либо повышенной относительной жизнеспособностью гетерозигот.

Один из видов генетического полиморфизма — сбалансированный он характеризуется постоянным оптимальным соотношением полиморфных форм, отклонение от которого оказывается неблагоприятным для вида, и автоматически регулируется (устанавливается оптимальное соотношение форм).

В состоянии сбалансированного Г. п. у человека и животных находится большинство генов. Различают несколько форм Г. п., анализ которых позволяет определять действие отбора в природных популяциях.

Хромосомный полиморфизм – между особями имеются различия по отдельным хромосомам. Это результат хромосомных аббераций. Есть различия в гетерохроматиновых участках. Если изменения не имеют патологических последствий – хромосомный полиморфизм, характер мутаций – нейтрален.

Переходный полиморфизм – замещение в популяции одного старого аллеля новым, который более полезен в данных условиях.

У человека есть ген гаптоглобина — Нр1f, Hp 2fs. Старый аллель — Нр1f, новый — Нр2fs. Нр образует комплекс с гемоглобином и обусловливает слипание эритроцитов в острую фазу заболеваний.

Сбалансированный полиморфизм – возникает, когда ни один из генотипов преимущества не получает, а естественный отбор благоприятствует разнообразию.

Все формы полиморфизма очень широко распространены в природе в популяциях всех организмов.

В популяциях организмов, размножающихся половым путем, всегда есть полиморфизм.

Корень «морфизм» предполагает рассмотрение строения.

Сейчас под термином «полиморфизм» понимают любой признак, который детерминирован генетически и не являющийся следствием фенокопии. Очень часто имеются 2 альтернативных признака, тогда говорят о диморфизме. Например, половой диморфизм.

До середины 60-х годов ХХ века (точнее 1966) для изучения полиморфизма использовали мутации с морфологическим признаком.

Они случаются с небольшой частотой, приводят к серьезным изменениям, а потому, очень заметны.

Тимофеев – Рисовский « о цветочных морфах берлинской популяции божьей коровки…». 8 типов окраски. 3 более часто встречаются (черные пятна на красном фоне) – красные морфы, если наоборот – черные морфы.

Определил, что красные – доминантные, а черные – рецессивные. Красных больше зимой, черных – летом.

Наличие полиморфизма в популяции носит приспособительный характер.

Изучают окраску садовой улитки в Европе.

В 1960г Хабби и Левонтин предложили использовать метод электрофореза для определения морф белков человека и животных.

Происходит распределение белков по слоям благодаря заряду. Метод очень точен. Пример – изоферменты. У организмов одного и того же вида есть несколько форм ферментов, катализирующих одну химическую реакцию, но различающихся по строению.

Активность их также варьирует. Отличны и их физико-химические свойства.16% локусов структурных генов – полиморфны.

У глюкозы-6-фосфатазы 30 форм. Часто есть сцепление с полом. В клинике давно различают лактатдегидрогеназы (ЛДГ), которых существует 5 форм. Этот фермент осуществляет превращение глюкозы в пируват, концентрация того или иного изофермента в разных органах различает, на чем основана лабораторная диагностика заболеваний.

Беспозвоночные животные полиморфнее, чем позвоночные.

Чем полиморфнее популяция, тем более она эволюционно пластична. В популяции большие запасы аллелей не обладают максимальной приспособленностью в данном месте в данное время. Эти запасы встречаются в небольшом количестве и гетерозиготном состоянии. После изменений условий существования они могут стать полезными и начать накапливаться – переходный полиморфизм. Большие генетические запасы помогают популяции реагировать на окружающую среду. Одним из механизмов, поддерживающих разнообразие – превосходство гетерозигот.

При полном доминировании – нет проявления, при неполном доминировании наблюдается гетерозис. В популяции отбор поддерживает генетически неустойчивую гетерозиготную структуру, и такая популяция содержит 3 типа особей (АА, Аа, аа).

В результате действия естественного отбора происходит генетическая гибель, снижающая репродуктивный отенциал популяции.

Численность популяции падает. Поэтому генетическая гибель – бремя для популяции. Ее также называют генетическим грузом.

Полиморфизм: это что такое?

ПОЛИМОРФИЗМ (от греч. polýs — много и morphé — форма) — морфологическое разнообразие особей, которое проявляется на популяционном или видовом уровнях в существовании резко отличимых по какому-либо признаку форм. В основе полиморфизма лежит генотипическая изменчивость.

Один из примеров полиморфизма — половой диморфизм у раздельнополых животных и растений. Сбалансированный полиморфизм — это воспроизведение из поколения в поколение различных морфологических групп в популяции, имеющее, как правило, адаптивное значение. Например, у божьих коровок особи весеннего поколения имеют покровительственную красную окраску надкрыльев, а осеннего — черную.

Пример сбалансированного полиморфизма у человека связан с наследственным заболеванием — серповидно-клеточной анемией (малокровием). Она встречается в тропических районах Африки и Азии, где распространена малярия.

Болезнь обусловлена рецессивной мутацией, приводящей к замене одного аминокислотного остатка в β-цепи гемоглобина.

В гомозиготном состоянии мутантный ген приводит к гибели больных в раннем возрасте. В то же время люди, имеющие гетерозиготный генотип, более устойчивы к заражению малярийным комаром по сравнению с нормой.

В связи с этим в популяциях естественный отбор сохраняет особей с обоими генотипами: доминантных гомозигот (норма) и гетерозигот.

Внутрипопуляционный полиморфизм

Существование двух (или более) генетически различных форм в популяции в состоянии длительного равновесия в таких соотношениях, что частоту даже наиболее редкой формы нельзя объяснить только повторными мутациями, называется полиморфизмом.

Полиморфизм– существование в единой панмиксной популяции двух и более резко различающихся фенотипов.

Они могут быть нормальными или аномальными. Полиморфизм – явление внутрипопуляционное. Полиморфизм бывает: — генный; — хромосомный; — переходный; — сбалансированный.

Генетический полиморфизм

Генетический полиморфизм наблюдается, когда ген представлен более чем одним аллелем. Пример – системы групп крови. Хромосомный полиморфизм – между особями имеются различия по отдельным хромосомам.

Это результат хромосомных аббераций. Есть различия в гетерохроматиновых участках. Если изменения не имеют патологических последствий – хромосомный полиморфизм, характер мутаций – нейтрален.

Переходный полиморфизм – замещение в популяции одного старого аллеля новым, который более полезен в данных условиях.

Сбалансированный полиморфизм – возникает, когда ни один из генотипов преимущества не получает, а естественный отбор благоприятствует разнообразию.

Генетический груз — накопление летальных и сублетальных отрицательных мутаций, вызывающих при переходе в гомозиготное состояние выраженное снижение жизнеспособности особей, или их гибель.

В более строгом смысле генетический груз в популяционной генетике — это выражение уменьшения селективной ценности для популяции по сравнению с той, которую имела бы популяция, если бы все индивидуальные организмы соответствовали бы наиболее благоприятному генотипу. Обычно выражается в средней приспособленности по сравнению с максимальной приспособленностью.

Полиморфи́зм в биологии (от др.-греч.πολύμορφος — многообразный) — способность некоторых организмов существовать в состояниях с различной внутренней структурой или в разных внешних формах.

Внешний (а также внутренний, например, биохимический) полиморфизм может быть обусловлен внутривидовыми генетическими различиями. С другой стороны, возможен полиморфизм, при котором организмы с практически идентичным геномом в зависимости от внешних условий приобретают различные фенотипические формы.