Генетические причины бесплодия

Описание

Молекулярно-цитогенетическая диагностика распространённых хромосомных нарушений (анеуплоидий) по 13, 16, 18, 21, 22, X, Y-хромосоме — молекулярно‐цитогенетический метод, позволяющий определять изменения хромосом анеуплоидий (число хромосом, не кратное гаплоидному набору).
Половые хромосомы — X и Y, и аутосомы — 13, 16, 18, 21, 22 — наиболее часты и имеют наиболее негативное влияние на пренатальное развитие человека. Молекулярно-цитогенетическая диагностика
Молекулярно-цитогенетическая диагностика позволяет выявить отклонение в количестве хромосом (анеуплоидия). В эмбрионах с анеуплоидией отсутствует одна хромосома (моносомия), или имеется лишняя хромосома (трисомия). Наиболее распространённой хромосомной патологией является трисомия (три хромосомы вместо двух в норме) по 21-й хромосоме, или синдром Дауна. Возможно рождение живых детей с трисомиями по хромосоме 13 (синдром Патау), хромосоме 18 (синдром Эдвардса). Эти хромосомные болезни характеризуются еще более тяжёлыми, чем при синдроме Дауна, пороками умственного и физического развития

Как правило, такие дети не живут более года.Спонтанное прерывание беременности
Нарушения репродуктивной функции женского организма, которая сопровождается неожиданным прерыванием беременности, могут быть обусловлены действием различных факторов, среди которых важное место занимают генетические. Во многих случаях беременность прерывается из-за хромосомных нарушений при образовании эмбриона, несовместимых с его жизнью

Чаще возникают ситуации, когда в результате нарушения овогенеза (созревания яйцеклетки) или сперматогенеза (формирования зрелых сперматозоидов) возникают клетки с утраченной или лишней хромосомой или образуется зигота (зародыш) с набором хромосом, по количеству превышающим норму (в норме зигота содержит 46 хромосом). Причинами этому могут быть хронический стресс, курение, употребление наркотиков, алкоголя, экологически неблагоприятные ситуации, а также внутренние факторы: наличие в организме матери или отца генов — небольших участков хромосом, предрасполагающих к нерасхождению хромосом в процессе формирования половых клеток. А когда формируется генетически неполноценный зародыш, по законам естественного отбора организм матери пытается избавиться от него.
С помощью молекулярно-цитогенетической диагностики распространённых хромосомных нарушений, исследуя хорион, определяют отклонения в хромосомном наборе. Данные исследования могут быть выполнены, в том числе и новорождённым детям, в этом случае исследуется кровь плода.
На более позднем сроке прерывания беременности проводится исследование наиболее часто встречающихся анеуплодий (изменений числа хромосом) при неразвивающейся беременности по 13, 16, 18, 21, 22, X, Y-хромосомам (7 хромосом).Показания:

• На более поздних сроках прерывания беременности.
• Беременные от 35 лет и старше.
• Наличие в семье ребёнка с хромосомными заболеваниями или врождёнными пороками развития.
• Замершая беременность с установленными хромосомными дефектами у плода.
• В семье есть ребёнок с хромосомной патологией; носителем хромосомной патологии является один из членов семьи. 
• У ближайших родственников есть моногенные заболевания (например, муковисцидоз).
• Женщины, перед зачатием или на раннем сроке беременности принимали сильнодействующие препараты (например, противоопухолевые) или перенесли такие инфекции, как гепатит, краснуха, токсоплазмоз.
• Членам семей с отягощённым акушерским анамнезом (невынашивание, самопроизвольные аборты, мертворождение, рождение ребёнка с врождёнными пороками).
• Высокий риск рождения ребенка с хромосомной патологией, рассчитанный по результатам комбинированного скрининга (УЗИ+биохимические тесты).
• Пороки или отклонения развития, выявленные при ультразвуковом исследовании (ультразвуковые маркёры хромосомной патологии).

Подготовка
Условия подготовки к анализу определяются лечащим врачом.

Регуляция пола

В генетике человека она осуществляется двумя правилами: первое определяет зависимость развития зачаточных половых желез от секреции тестостерона и гормона MIS. Второе правило указывает на исключительную роль, которую играет У-хромосома. Мужской пол и все соответствующие ему анатомические и физиологические признаки развиваются под воздействием генов, находящихся в У-хромосоме. Взаимосвязь и зависимость обоих правил в генетике человека называется принципом роста: у эмбриона, являющегося бисексуальным (то есть имеющим зачатки женских желез – мюллерова протока и мужских гонад – вольфова канала) дифференцировка эмбриональной половой железы зависит от наличия или отсутствия в кариотипе У-хромосомы.

Аномалии генетического материала

Наследственный материал состоит из огромного количества нуклеотидов, формирующих гены. При этом в каждом гене последовательность нуклеотидов строго определена, поскольку должна кодировать определенный белок. Кроме того, сами гены при формировании хромосом также выстраиваются в фиксированном порядке. Благодаря сохранению этого порядка организм может функционировать, а ученые – быстро и точно указывать друг другу, про какой ген идет речь.

В идеальном случае система работает без малейших сбоев, а генетическая информация всегда передается в неизменном виде. Однако на практике большое число структурных единиц и постоянное воздействие различных факторов (например, ионизирующего излучения) приводит к тому, что время от времени возникают различные аномалии. В частности, отдельные участки последовательности ДНК могут быть скопированы на новое место. В таком случае говорят о дупликации. Если же вместо создания новой копии была перемещена часть исходной цепочки, то модификация называется транслокацией. Кроме того, иногда часть последовательности просто теряется, удаляется из генетического материала. В таком случае изменение называется делецией.

Поскольку взаимодействия в организме оттачивались в течение многих тысячелетий эволюционного развития, получилась очень слаженная система. И аномалии, даже самые небольшие, могут вызвать нарушение баланса. В таком случае в организме развивается то или иное нарушение. Если при этом причина находится на уровне генов, то говорят о генных болезнях. Если была утрачена или наоборот получена лишняя копия хромосомы, то такие нарушения называются хромосомными заболеваниями.

Нетерианская Y-хромосома

Многие группы организмов помимо терианских млекопитающих имеют Y-хромосомы, но эти Y-хромосомы не имеют общего происхождения с терианскими Y-хромосомами. К таким группам относятся односторонние, дрозофилы , некоторые другие насекомые, некоторые рыбы, некоторые рептилии и некоторые растения. У Drosophila melanogaster Y-хромосома не запускает мужское развитие. Вместо этого пол определяется количеством Х-хромосом. Дрозофилы Y — хромосома действительно содержат гены , необходимые для мужской фертильности. Итак, XXY D. melanogaster — самки, а D. melanogaster с единственным X (X0) — самцы, но бесплодны. У некоторых видов дрозофилы самцы X0 жизнеспособны и плодовиты.

ZW-хромосомы

У других организмов есть зеркальные половые хромосомы: где гомогенный пол — это мужской пол, который, как говорят, имеет две Z-хромосомы, а женский — гетерогенный пол, и, как говорят, имеет Z-хромосому и W-хромосому . Например, самки птиц, змей и бабочек имеют половые хромосомы ZW, а самцы — половые хромосомы ZZ.

Неинвертированная Y-хромосома

Есть некоторые виды, такие как японская рисовая рыба , у которых система XY все еще развивается, и переход между X и Y все еще возможен. Поскольку специфическая для самцов область очень мала и не содержит важных генов, можно даже искусственно вызвать самцов XX и самок YY без вредного воздействия.

Несколько пар XY

Монотремы обладают четырьмя или пятью ( утконосы ) парами половых хромосом XY, каждая пара состоит из половых хромосом с гомологичными участками. Хромосомы соседних пар частично гомологичны, так что во время митоза образуется цепь . Первая Х-хромосома в цепи также частично гомологична последней Y-хромосоме, что указывает на то, что в истории происходили глубокие перестройки, некоторые из которых добавляли новые части из аутосом.

Половые хромосомы утконоса имеют сильное сходство последовательностей с Z-хромосомой птиц (что указывает на близкую гомологию ), а ген SRY, столь важный для определения пола у большинства других млекопитающих, по-видимому, не участвует в определении пола утконоса.

Гормоны и их воздействие на формирование пола

У человека мужские железы – семенники — продуцируют половые гормоны ряда тестостерона. Они влияют как на развитие первичных половых признаков (анатомическое строение наружных и внутренних половых органов), так и на особенности физиологии. Под воздействием тестостерона формируются вторичные половые признаки – строение скелета, особенности фигуры, оволосение тела, тембр голоса, строение гортани. В организме женщины яичники вырабатывают не только половые клетки, но и гормоны, являясь железами смешанной секреции. Половые гормоны, такие как эстрадиол, прогестерон, эстроген, способствуют развитию наружных и внутренних половых органов, оволосению тела по женскому типу, регулируют менструальный цикл и протекание беременности.

кольчатых червей

Хромосомы у человека. Хромосомные болезни

Хромосомные болезни  — наследственные заболевания, обусловленные изменением числа или структуры хромосом.
К хромосомным относятся болезни , обусловленные геномными мутациями или структурными изменениями отдельных хромосом. Хромосомные болезни возникают в результате мутаций в половых клетках одного из родителей. Из поколения в поколение передаются не более 3—5 % из них. Хромосомными нарушениями обусловлены примерно 50 % спонтанных абортов и 7 % всех мёртворождений.

Все хромосомные болезни принято делить на две группы: аномалии числа хромосом и нарушения структуры хромосом.

Основная статья: Хромосомные перестройки

В настоящее время у человека известно более 700 заболеваний, вызванных изменением числа или структуры хромосом. Около 25 % приходится на аутосомные трисомии, 46 % — на патологию половых хромосом. Структурные перестройки составляют 10,4 %. Среди хромосомных перестроек наиболее часто встречаются транслокации и делеции.

Что представляют собой хромосомы у котов

Просто так рассказать о хромосомах сложно. Нужно иметь определенное представление о том, что такое генетика, и какую роль она играет в жизни людей и животных. Как и все другие живые существа на планете, кошка состоит из клеток. Внутри клетки находится ядро – основа жизни. Именно в ядре содержится определенный набор генов. Гены отвечают за передачу, хранение и реализации наследственной информации.

Хромосома – особая структура в ядре клетки, содержащая наследственную информацию

Хромосомы – это специальные структуры, которые удерживают гены внутри ядра клетки. У кошек 38 хромосом, которые составляют 19 пар. Нуклеопротеидные структуры состоят из дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) и белка. Поскольку коты – это эукариоты, соответственно, набор хромосом (или геном) у них эукариотического типа.

Количество хромосом у животного

Он называется кариотипом. ДНК относятся к гомологическим и парным хромосомам. Вторые также часто называются гаплоидными. Половые хромосомы имеют набор ХХ или ХУ. В процессе оплодотворения пары распадаются, после чего формируются вновь. В зависимости от того, какая пара образуется, зависит пол котенка.

Сколько хромосом у кошки

Современная генетика имеет высокий уровень развития. Науке удалось расшифровать геном человека, который гораздо более сложный, чем у многих млекопитающих животных, к которым относятся и кошки. Поэтому на данный момент существует точный ответ на вопрос – сколько у домашней кошки хромосом. Как уже упоминалось выше, их 38 штук, 19 пар (18 парных и 1 непарная).

Примечательно, что у других популярных среди людей животных хромосом может быть гораздо меньше или больше. Например, у собак их 78, у коров – 60, и т.д. Что касается человека, то у него их 46.

Особенности кариотипа

Кариотип – это определенный набор хромосом, характерный для того или иного вида. В зависимости от особенностей набора, эти структуры могут иметь различное число, форму, размер и т.д. Все признаки вида наследуются конкретно с помощью кариотипа.

Например, наличие усов у кошек – это как раз таки генетическая информация, содержащаяся в геноме. Если животное рождается без них, значит, произошел сбой на генетическом уровне, что является крайне серьезной проблемой. Или то, что кошки традиционно боятся воды – это тоже наследственность. На данный момент человечество не научилось исправлять генетические ошибки даже у себя, не говоря уже про животных.

18 пар хромосом содержат всю информацию о внешнем виде питомца, его окрасе, экстерьере, характере и т.д. А вот последняя непарная отвечает за половую информацию. В процессе оплодотворения эта хромосома соединяется с частью набора, «предоставленного» самцом, вследствие чего зарождается новая жизнь.

38 хромосом – это не значит, что такое количество данных структур находится во всем организме. Такой набор актуален для каждой клетки.

Синдром Ангельмана

СИНДРОМ КЛЯЙНФЕЛЬТЕРА

• Кариотип 47,ХХY, тест на половой хроматин – положительный. Y-хроматин –положительный.
• Частота встречаемости 1:500 – 1:700 новорожденных мальчиков.

Фенотип мужской, возможна гинекомастия, евнухоидный тип телосложения (ширина таза обычно больше ширины плеч, удлиненные нижние конечности, высокий рост, скудное оволосение), обычно микроорхидизм при нормальном размере полового члена. Возможен крипторхизм. В редких случаях (при увеличении количества Х-хромосом: 48,ХХХY и 49,ХХХХY) – нарушения интеллекта, функции внутренних органов.

В 5-10% случаев наблюдается мозаичная форма (46,ХY/47,ХХY или 46,ХХ/47,ХХY). В редких случаях у таких больных возможно обнаружить сперматогенез (если клетки сперматогенеза относятся к клону с нормальным кариотипом).

Практически все взрослые больные с синдромом Кляйнфельтера бесплодны вследствие азооспермии.

Учитывая, что большинство людей с синдромом Кляйнфельтера имеют мужской фенотип, нормальный интеллект, достаточный уровень потенции, они вступают в брак. Таким образом, показанием для исследования на половой хроматин является олигоазооспермия у пациента.

Ранние признаки

В отличие от большинства заболеваний, связанных с нарушением количества хромосом, внутриутробное развитие детей с синдромом Клайнфельтера проходит нормально, склонности к преждевременному прерыванию беременности не наблюдается. Так что в младенческом и раннем детском возрасте заподозрить патологию практически невозможно. Более того, клинические признаки классического синдрома Клайнфельтера проявляются, как правило, только в подростковом периоде. Однако есть симптомы, которые позволяют заподозрить наличие синдрома Клайнфельтера в препубертатном периоде:

• высокий рост (пик прибавки роста приходится на период между 5–8 годами);
• длинные ноги (непропорциональное телосложение);
• высокая талия.

У части пациентов наблюдается некоторая задержка в развитии речи.

В подростковом возрасте синдром часто проявляется гинекомастией, которая при данной патологии имеет вид двустороннего симметричного безболезненного увеличения грудных желез. Так как такого рода гинекомастия часто наблюдается у совершенно здоровых подростков, этот симптом часто остается без внимания. В норме подростковая гинекомастия бесследно исчезает в течение нескольких лет, у пациентов же с синдромом Клайнфельтера обратной инволюции грудных желез не происходит. В некоторых случаях гинекомастия может не развиваться вовсе, и тогда патология проявляется признаками андрогенной недостаточности уже в постпубертатный период.

Влияния

Генетический

Изображение SRY PBB Protein

В интервью сайту Rediscovering Biology исследователь Эрик Вилен описал, как парадигма изменилась с момента открытия гена SRY:

У млекопитающих, включая человека, ген SRY отвечает за запуск недифференцированных гонад в семенники, а не в яичники . Однако есть случаи, когда семенники могут развиваться в отсутствие гена SRY (см. Изменение пола ). В этих случаях ген SOX9 , участвующий в развитии семенников, может вызывать их развитие без помощи SRY. В отсутствие SRY и SOX9 яички не могут развиваться, и путь для развития яичников ясен. Даже в этом случае отсутствия гена SRY или молчания гена SOX9 недостаточно для запуска половой дифференциации плода в женском направлении. Недавние открытия предполагают, что развитие и поддержание яичников — это активный процесс, регулируемый экспрессией «женского» гена, FOXL2 . В интервью изданию TimesOnline соавтор исследования Робин Ловелл-Бэдж объяснил значение открытия:

Подразумеваемое

Изучение генетических детерминант пола человека может иметь самые разные последствия. Ученые изучали различные системы определения пола у плодовых мушек и животных моделей, чтобы попытаться понять, как генетика половой дифференциации может влиять на биологические процессы, такие как размножение, старение и болезни.

Материнская

У людей и многих других видов животных пол ребенка определяет отец . В системе определения пола XY обеспеченная самкой яйцеклетка вносит X- хромосому, а предоставленная мужчиной сперма вносит либо X-хромосому, либо Y-хромосому, в результате чего получается женское (XX) или мужское (XY) потомство соответственно.

Уровни гормонов у родителей-мужчин влияют на соотношение полов в сперматозоидах у людей. Влияние матери также влияет на то, какие сперматозоиды с большей вероятностью оплодотворят .

Яйца человека, как и яйцеклетки других млекопитающих, покрыты толстым полупрозрачным слоем, называемым пеллюцида , через который сперматозоиды должны проникнуть, чтобы оплодотворить яйцеклетку. Недавнее исследование, которое когда-то рассматривалось просто как препятствие для оплодотворения , указывает на то, что zona pellucida может вместо этого функционировать как сложная система биологической безопасности, которая химически контролирует попадание сперматозоидов в яйцеклетку и защищает оплодотворенную яйцеклетку от дополнительных сперматозоидов.

Недавние исследования показывают, что человеческие яйцеклетки могут производить химическое вещество, которое привлекает сперматозоиды и влияет на их плавательные движения. Однако не все сперматозоиды подвергаются положительному воздействию; некоторые, кажется, остаются без влияния, а некоторые фактически отходят от яйца.

Также возможно материнское влияние, которое повлияет на определение пола таким образом, что родятся разнояйцевые близнецы с равным весом между одним мужчиной и одной женщиной.

Было обнаружено, что время, когда происходит осеменение во время цикла течки, влияет на соотношение полов в потомстве людей, крупного рогатого скота, хомяков и других млекопитающих. Гормональный фон и уровень pH в женских половых путях меняются со временем, и это влияет на соотношение полов в сперматозоидах, которые достигают яйцеклетки.

Также имеет место гибель эмбрионов в зависимости от пола.

Определение половых хромосом

Половые хромосомы – это хромосомы, которые определяют, является ли человек мужчиной или женщиной. Хотя эти две хромосомы соединяются друг с другом во время мейоз обычно между ними существует очень минимальная гомология или рекомбинация, главным образом из-за большой разницы в их генетическом содержании и размере. Часто один хромосома меньше и, похоже, сохраняет только те гены, которые необходимы для определения пола.

В эволюционных временных масштабах появление совершенно разных половых хромосом или гетероморфных половых хромосом является относительно недавним событием. Первые экземпляры половой диморфизм где мужские и женские репродуктивные органы у разных людей, как полагают, возникли в результате определения пола в зависимости от температуры, где некоторые гены включаются или выключаются в зависимости от температуры окружающей среды. Эти гены порождают внешние мужские или женские характеристики, а некоторые вид Ящерицы продолжают использовать этот метод. Со временем это должно было превратиться в систему различных половых хромосом.

Другие методы определения пола включают гаплодиплоидию, при которой самцы развиваются из неоплодотворенных яиц и поэтому имеют только один набор хромосом, а самки диплоид, Пчелы, муравьи и осы – все это распространенные примеры, когда мужские беспилотники гаплоидный и пчелы работницы диплоидны. Драконы Комодо могут даже производить самцов преимущественно через партеногенез.

Эволюция

Происхождение половых хромосом

Концы хромосом XY, выделенные здесь зеленым цветом, — это все, что осталось от исходных аутосом, которые все еще могут пересекаться друг с другом.

Принятая гипотеза эволюции половых хромосом XY и ZW состоит в том, что они развивались одновременно, в двух разных ветвях. Однако есть некоторые свидетельства того, что могли быть переходы между ZW и XY, например, у Xiphophorus maculatus , у которых есть системы ZW и XY в одной и той же популяции, несмотря на то, что ZW и XY имеют разные местоположения генов. Недавняя теоретическая модель поднимает возможность как переходов между системами XY / XX и ZZ / ZW, так и определения пола в окружающей среде. Гены утконоса также подтверждают возможную эволюционную связь между XY и ZW, потому что они имеют ген DMRT1 , которым обладают птицы на их Х-хромосомы. Тем не менее, XY и ZW следуют аналогичным маршрутом. Все половые хромосомы возникли как оригинальная аутосома оригинальной амниоты, которая зависела от температуры для определения пола потомства. После разделения млекопитающих ветвь разделилась на Lepidosauria и Archosauromorpha . Обе эти две группы развили систему ZW по отдельности, о чем свидетельствует существование разных половых хромосомных местоположений. У млекопитающих одна из пары аутосом, теперь Y, мутировала свой ген SOX3 в ген SRY , в результате чего эта хромосома стала определять пол. После этой мутации SRY-содержащая хромосома инвертировалась и перестала быть полностью гомологичной своему партнеру. Области хромосом X и Y , которые все еще гомологичны друг другу, известны как псевдоавтосомные области . После инвертирования Y-хромосома стала неспособной исправить вредные мутации и, таким образом, . Есть некоторые опасения, что Y-хромосома еще больше сократится и перестанет функционировать через десять миллионов лет: но Y-хромосома была строго консервативной после первоначальной быстрой потери гена.

Есть некоторые виды, такие как рыба медака , у которых половые хромосомы развивались отдельно; их Y-хромосома никогда не инвертируется и все еще может обмениваться генами с X. Половые хромосомы этих видов относительно примитивны и неспециализированы. Поскольку Y не имеет специфичных для мужчин генов и может взаимодействовать с X, XY и YY могут образовываться самки, а также самцы XX. Неинвертированные Y-хромосомы с длинной историей обнаружены у питонов и эму , возраст каждой системы превышает 120 миллионов лет, что позволяет предположить, что инверсии не обязательно возможны.