Геномные мутации¶
Геномные мутации — это изменения структуры генома, затрагивающие крупные участки хромосом и хромосомные наборы в целом, в отличие от точечных (генных) мутаций, которые ограничены одним геном или небольшим участком ДНК. К геномным мутациям относят полиплоидию, анеуплоидию, делеции и дупликации больших сегментов хромосом, инверсии, транслокации и изменения числа хромосом в целом. Последствия геномных мутаций, как правило, значительно тяжелее последствий генных мутаций, поскольку затрагивают сотни и тысячи генов одновременно.
¶Классификация
Геномные мутации делятся на две большие группы.
¶Мутации числа хромосом
- Полиплоидия — изменение полного хромосомного набора (например, тетраплоидия 4n вместо диплоидного 2n). У человека полиплоидия практически всегда летальна на ранних стадиях эмбриогенеза, однако встречается у растений и некоторых животных.
- Анеуплоидия — изменение числа отдельных хромосом (например, трисомия по 21-й хромосоме при синдроме Дауна, моносомия по X-хромосоме при синдроме Шерешевского — Тёрнера).
¶Мутации структуры хромосом
- Делеции — утрата участка хромосомы (например, синдром Вильямса — делеция 7q11.23).
- Дупликации — удвоение участка хромосомы.
- Инверсии — поворот участка хромосомы на 180°.
- Транслокации — перенос участка одной хромосомы на другую (в том числе реципрокные и Robertson-овские транслокации).
¶Причины возникновения
Геномные мутации возникают под действием как эндогенных, так и экзогенных факторов.
- Ошибки мейоза и митоза — нерасхождение хромосом (недисъюнкция) в анафазе, приводящее к анеуплоидии. Частота таких ошибок резко возрастает с возрастом матери (материнский возрастной эффект), что связано с длительным пребыванием ооцитов в профазе I мейоза.
- Мутагены — ионизирующее излучение, некоторые химические вещества (например, колхицин, ингибирующий веретено деления), вирусы.
- Спонтанные ошибки репликации и репарации ДНК.
¶Геномные мутации у человека
У человека геномные мутации являются причиной ряда хромосомных болезней.
| Заболевание | Хромосомная аномалия |
|---|---|
| Синдром Дауна | Трисомия по 21-й хромосоме |
| Синдром Эдвардса | Трисомия по 18-й хромосоме |
| Синдром Патау | Трисомия по 13-й хромосоме |
| Синдром Клайнфельтера | 47,XXY |
| Синдром Шерешевского — Тёрнера | 45,X |
| Синдром Вильямса | Делеция 7q11.23 |
| Синдром Ди Джорджа | Делеция 22q11.2 |
Частота анеуплоидий в сперматозоидах человека оценивается в 1—5 %, в ооцитах — существенно выше. Среди клинически значимых хромосомных аномалий у живорождённых преобладают аутосомные трисомии и аномалии половых хромосом.
¶Диагностика
Выявление геномных мутаций осуществляется лабораторными методами:
- Кариотипирование — анализ числа и морфологии хромосом в метафазных пластинках. Позволяет выявить анеуплоидии и крупные структурные перестройки.
- FISH (флуоресцентная гибридизация in situ) — выявление микроделеций и дупликаций с помощью меченых зондов.
- Хромосомный микрочип-анализ (CMA) — позволяет обнаружить изменения числа копий (CNV) размером от нескольких сотен пар оснований.
- Пренатальная диагностика — амниоцентез, биопсия хориона, неинвазивный пренатальный тест (НИПТ), основанный на анализе свободно циркулирующей фетальной ДНК в крови матери.
¶Геномные мутации в растениях и животных
У растений полиплоидия — распространённое явление, играющее важную роль в эволюции и селекции. Значительная часть культурных растений (пшеница, картофель, клубника, хлопчатник) является полиплоидной. У животных полиплоидия встречается реже, но известна у некоторых рыб, земноводных и беспозвоночных. Анеуплоидия у животных, как и у человека, чаще всего летальна.
¶Роль в эволюции
Геномные мутации считаются одним из источников генетического разнообразия и видообразования. Полиплоидия может приводить к мгновенному репродуктивному изоляции нового вида от родительского (аллополиплоидия), что делает её одним из механизмов симпатрического видообразования. Структурные перестройки хромосом способствуют накоплению генетических различий между популяциями.
¶Примечания
В медицинской генетике термин «геномные мутации» употребляется в узком смысле — для обозначения изменений числа и крупной структуры хромосом, в отличие от генных (точечных) мутаций и мутаций малых фрагментов ДНК, которые относят к генным или субгенном.
Источники:
- Синявский А. А. Генетика. — М.: Академия, 2006.
- Пасечник В. В. Генетика. — М.: Просвещение, 2006.
- Глазко В. В., Глазко Т. Т. Генетика. — М.: Высшая школа, 2008.
- Скулачёв В. П. и др. Биология. — М.: Просвещение, 2010.
- Медицинская генетика: учебное пособие / под ред. А. Н. Павлова. — СПб.: СпецЛит, 2012.