Генетический мозаицизм и химеризм у человека

Мы «по умолчанию» всегда полагаем, что поскольку организм возникает из одной зиготы, то все клетки его к моменту рождения должны быть генетически идентичны. Однако на самом деле это не всегда так. Известны такие явления как мозаицизм и химеризм. Это ситуации, при которых в организме животного или человека одновременно присутствуют более чем одна генетически отличающиеся клеточные популяции. При этом, при мозаицизме эти различающиеся клеточные популяции действительно возникают из одной зиготы, а вот при химеризме — из разных зигот, т. е. из генетически разных (хо­тя и родственных) организмов.

Синдром мозаицизм и его типы

Мозаицизм — не такое уж редкое явление, оно хорошо известно специалистам по наследственным и врождённым заболеваниям. Напротив, химеризм упоминается в популярных источниках обычно в связи с редчайшими и «таинственными» случаями, когда организм как бы состоит из разных, отличающихся частей, начинает отторгать свои собственные органы и ткани, или не удаётся генетически подтвердить родство матери с её собственным ребёнком. Рассмотрим обе ситуации подробнее.

Мозаицизм — это состояние, при котором в организме «переме­шаны» клетки с нормальным и аномальным кариотипом (например, 45/46 или 47/46). Такая ситуация может возникнуть вследствие нерасхождения хромосом на начальных этапах эмбрионального раз­вития, когда зигота проходит свои первые деления.

Соматический мозаицизм на примере синдрома Дауна

Можно предста­вить себе, что в процессе последовательных делений в какой-то из плюрипотентных клеток зиготы из-за нарушений в работе центромер одна из хромосом, например, та же 21-я, вследствие нерасхождения попадает в 2-х копиях в одну из клеток. Соответственно, вторая клет­ка вообще остаётся без 21-й хромосомы. Возможно, она погибает без видимых последствий для будущего организма, а вот клетка, содер­жащая лишнюю хромосому, даёт большое «потомство» и её клон впоследствии участвует в формировании различных органов и систем. В результате в разных органах и тканях хромосомный набор оказывается разным. Как следствие, при мозаицизме возникают слабые, стёртые формы той или иной наследственной патологии, например, болезни Дауна — как в обсуждаемом примере.

Половой мозаицизм

Хромосомный мозаицизм часто встречается у больных с аномалиями половых хромосом. При этом у больного проявляются только незначительные внешние признаки заболевания, интеллект бывает сохранён полностью. Например, при мозаицизме 45Х0/46ХХ синдром Шерешевского-Тёрнера во всех его проявлениях выражен более мягко. При кариотипе 46XY/47XXY слабее представлены признаки синдрома Кляйнфельтера. Отсюда становится понятным, почему иногда внешние черты, характерные для того или иного синдрома (которые обычно сочетаются с тем или иным уровнем интеллектуального дефекта) встречаются у абсолютно нормальных людей, иногда даже у людей с выдающимися умствен­ными способностями. Таким образом, при мозаицизме всё зависит от доли генетически дефектных клеток — если их много, то заболевание проявляется ярко, если их относительно немного, ярких клинических симптомов не будет.

Интересно, что с возрастом ситуация может меняться. Дело в том, что число делений отдельных клеточных клонов конечно. По­этому некоторые генетически дефектные клетки постепенно элими­нируются из состава органов и тканей, а их место занимают нормальные клетки. В детстве и в молодости мозаичные черты могут проявляться, а с возрастом могут исчезать.

Кроме того, мозаицизм по Х-хромосоме у женщин вообще явля­ется нормальным явлением. В женском организме одна из двух Х-хромосом всегда находится в соматических клетках в компактизированном состоянии, т. е. в виде тельца Барра. Каждая женщина получает одну свою Х-хромосому от матери, а вто­рую — от отца. То, какая из Х-хромосом в том или ином клеточном клоне окажется компактизированной, является, по-видимому, делом случая. Считается, что половина всех клеток организма женщины использует генотип материнской Х-хромосомы, а вторая половина — генотип от­цовской. Это может иметь значение для той или иной патологии, свя­занной с Х-хромосомой. Мозаицизм женщин по Х-хромосоме позволил доказать, что опухоли — это результат трансформации одной единственной клетки. У женщин это легко проследить по генетически обусловленным изоформам глюкозо-6-фосфат-дегидрогеназы — фермента, который кодируется геном на Х-хромосоме. В опухолях различных органов и тканей всегда присутствуют только материнские или отцовские изоформы этого фермента, но никак не смешанные.

Ярким примером Х-хромосомного мозаицизма также являются трёхцветные («черепаховые») кошки. Фактически цветовые пятна на шерсти у них — следствие распространения разных клеточных клонов, в которых инактивирована та или иная Х-хромосома. Естественно, такая расцветка встречается исключительно у кошек, но не у котов. Иными словами, все трёхцветные кошки — самки.

Эмбрионы с мозаицизмом

Возможность существования мозаицизма следует учитывать при пренатальной диагностике генетических аномалий плода. При исследовании кариотипа может потребоваться большее число клеток, чтобы уловить существующие различия между клеточными клонами.

Биологический химеризм

В мифологии химера — это огнедышащее существо с головой льва, телом козла и хвостом змеи. В биологии химеризмом называют существование клеток с разными генотипами в одном организме. Это явление хорошо известно ботаникам — в садоводческой практике известно сращивание растений, в результате чего возникают пёстролистные формы. При химеризме в животном организме сосуществуют клеточные клоны с различным генным набором, представленным в разных органах и тканях (например, в коже — один генотип, а в ткани печени — другой). В некоторых случаях клетки с разным генотипом разбросаны в пределах одной системы организма (например, явно просматриваются участки кожи с разным оттенком). Иногда результатом перемешивания в организме клеток с мужским (XY) и женским (XX) хромосомным набором является анатомический гермафродитизм.

Химеризм — это результат процессов, которые могут иметь место на ранних этапах эмбрионального развития. Ветеринары неплохо знакомы с этим явлением, поскольку у крупного рогатого скота это явление не такое уж редкое. Если у коровы формируются дизиготные близнецы, то почти всегда между кровеносными системами плодов формируются анастомозы, через которые кроветворные клетки могут переходить из одного организма в другой. Организмы как бы заселяют друг друга молодыми стволовыми клетками (естественно, с различными генотипами), которые потом могут в каждом из них дать множественные клоны в различных органах и тканях. Наиболее явные и имеющие значение последствия возникают в случаях, когда взаимодействующие эмбрионы разнополые. В этом случае женский организм под влиянием мужских половых гормонов маскулинизируется, вследствие чего рождается стерильное потомство женского пола с многочисленными проявлениями гипогонадизма.

В ряде лабораторий ведутся работы по искусственному химеризму, они имеют в основном фундаментальное значение в плане выяснения физиологической роли генов. Имеются сведения о слиянии на ранних стадиях эмбрионов овец и коз, различных домашних птиц. Если такие попытки успешны, то получающиеся организмы обычно стерильны. Для получения стволовых клеток человека создаются химеры с ядром человеческой клетки и цитоплазмой яйцеклетки животных. Подобные исследования осуществляются под контролем этических комитетов.

Химеризм у человека

У человека химеризм — явление редко выявляемое. В США, где технологии генной идентификации наиболее развиты, описано всего около 50 подтверждённых случаев человеческого химеризма. Среди них такие, как иммунный конфликт у ребёнка, связанный с отторже­нием небольших участков тела с чужеродным генным набором, не­совпадение генных маркеров у матери с её родным ребёнком и несоответствие генотипа из верхней и нижней половины тела у чело­века, подозреваемого в преступлении. Особый резонанс в прессе имели два описанных верифицированных случая, когда генотип ма­тери не совпадал с генотипом её ребёнка. Объяснение этого явления заключается в том, что мать представляла собой химерный организм, результат внутриутробного слияния со своим сиблингом, причём как раз в яичниках, где генерируются гаметы, генотип принадлежал сиблингу, а генотип клеток крови, которые обычно берут с целью анализа, не совпадал с генотипом яичников. Поэтому при анализе крови матери и ребёнка были получены парадоксальные результаты.

В большинстве случаев обнаружение химеризма было связано с необходимостью генотипирования (идентификация личности, подго­товка к пересадке органа и др.), а не с жалобами на то или иное забо­левание. Поэтому вполне вероятно, что многие случаи химеризма остаются неизвестными. Проявляет себя химеризм различной окрас­кой кожи в разных частях тела, разным цветом глаз (анизохромия), которые могут оставаться незамеченными или на которые обычно обращают мало внимания.

Химеризм также возможен при попадании материнских клеток крови в кровь плода, переливании крови или при трансплантации костного мозга. Случаи с трансплацентарным химеризмом могут иметь двухсторонний характер — клетки из организма матери могут заселять организм ребёнка, а клетки ребёнка могут проникать в организм матери. Возможно, именно фетальный химеризм становится причиной некоторых аутоиммунных заболеваний новорождённых — системной красной волчанки или ювенильного дерматомиозита. Ничего сверхъестественного в данной ситуации нет, «таинственность» создаётся СМИ, специализирующимися на научно-популярной информации.

Источник: Розанов, В. А. Биология человека и основы генетики: Учебное пособие / В. А. Розанов. – Одесса: ВМВ, 2012. – 435 с.

Другие связанные статьи:

Аномалии развития человека — врождённые пороки

Генные и хромосомные болезни (синдромы) человека

Молекулярные (наследственные) болезни обмена

Доминантные и рецессивные признаки человека

Ответить

Ваш e-mail не будет опубликован.

Вы можете использовать HTML- теги и атрибуты:

<a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>