Анеуплоидия по Х-хромосоме - одна из наиболее частых онтогенетических аномалий. Относительная устойчивость кариотипа человека к хромосомным аномалиям Х-хромосомы может объясняться инактивацией Х-хромосомы, процессом, эпигенетически подавляющим большинство генов в одной из двух Х-хромосом у женщин, не давая им производить какие-либо продукты. Здесь мы обсудим хромосомный и молекулярный механизмы инактивации Х-хромосомы.
Инактивация Х-хромосомы . Теория инактивации гласит, что в соматических клетках здоровых женщин (но не у мужчин) одна Х-хромосома инактивируется в начале эмбрионального развития, уравнивая таким образом экспрессию генов этой хромосомы у двух полов. В нормальных женских клетках выбор инактивируемой Х-хромосомы произволен, а затем поддерживается в каждом клоне клетки.
Таким образом, женщины мозаичны по экспрессии Х-сцепленных генов ; некоторые клетки экспрессируют аллели, унаследованные от отца, другие клетки - от матери. Этот образец экспрессии генов отличает большинство Х-сцепленных генов от импринтируемых генов (также экспрессирующих только один аллель, но определяемых родительским началом не случайно), а также от большинства аутосомных генов, экспрессирующих оба аллеля.
Хотя неактивная Х-хромосома сначала была обнаружена цитологически по присутствию гетерохроматиновой массы (названной тельцем Барра) в интерфазных клетках, существует много эпигенетических характеристик, различающих активные и неактивные Х-хромосомы. Проливая свет на механизмы Х-инактивации, эти особенности могут быть диагностически значимыми для установления неактивной Х-хромосомы в клиническом материале.
Хромосомные характеристики Х-инактивации
:
- Инактивация большинства генов, расположенных на неактивной Х-хромосоме
- Произвольный выбор одной из двух Х-хромосом в женских клетках
Неактивная Х-хромосома:
а) гетерохроматиновая (тельце Барра)
б) поздно реплицируется в S фазе
в) экспрессирует XIST-PHK
г) связана с модификациями гистона macroH2A в хроматине
Область промотора многих генов в неактивной Х-хромосоме существенно модифицируется присоединением метильной группы к цитозину при действии фермента ДНК-метилтрансферазы. Как уже упоминалось в контексте геномного импринтинга в главе 5, такое метилирование ДНК связано с CpG динуклеотидами и приводит к неактивному состоянию хроматина. Дополнительные различия между активными и неактивными Х-хромосомами связаны с гистоновым кодом и оказались существенной частью механизма Х-инактивации.
У пациентов с дополнительными Х-хромосомами все Х-хромосомы , кроме одной, инактивируются. Таким образом, все диплоидные соматические клетки как у мужчин, так и у женщин, имеют единственную активную Х-хромосому, независимо от общего числа Х- или Y-хромосом.
Хотя инактивация Х-хромосомы , несомненно, является хромосомным феноменом, не все гены в Х-хромосоме подвергаются инактивации. Расширенный анализ экспрессии почти всех генов Х-хромосомы показал, что по крайней мере 15% генов избегают инактивации и экспрессируются как в активных, так и неактивных Х-хромосомах. Кроме того, еще для 10% генов показана переменная инактивация; т.е. они избегают инактивации у одних женщин, но инактивируются у других.
Примечательно, что эти гены не распределены произвольно по Х-хромосоме : большинство генов, избегающих инактивации, расположены на плече Хр (до 50%), по сравнению с Xq (несколько процентов). Данный факт имеет большое значение для генетического консультирования в случаях частичной хромосомной анеуплоидии X, так как дисбаланс генов на Хр может иметь большее клиническое значение, чем дисбаланс Xq.
Инактивация Х-хромосомы включает этап стабилизации Xist РНК,
которая покрывает неактивную хромосому.
Центр Х-инактивации и ген XIST
При исследованиях структурно аномальных инактивированных Х-хромосом был картирован центр Х-инактивации в проксимальном отделе Xq, в полосе Xql3. Центр Х-инактивации содержит необычный ген XIST (англ. Xinactivate specific transcripts; специфическая транскрипция инактивированной Х-хромосомы), оказавшийся ключевым управляющим локусом Х-инактивации. Ген XIST имеет новую характеристику: он экспрессируется только в аллеле на неактивной Х-хромосоме; он отключен на активной Х-хромосоме как в мужских, так и в женских клетках.
Хотя точный способ действия гена XIST неизвестен, Х-инактивация не может происходить в его отсутствие. Продукт XIST - некодирующая белок РНК, остающаяся в ядре в тесной ассоциации с неактивной Х-хромосомой и тельцем Барра.
Неслучайная инактивация Х-хромосомы
Х-инактивация в норме происходит в женских соматических клетках случайным образом и приводит к мозаицизму по двум популяциям клеток, экспрессирующих аллели одной или другой Х-хромосомы. Тем не менее существуют исключения из этого правила, когда в кариотипе имеются структурно аномальные Х-хромосомы. Например, почти у всех пациентов с несбалансированными структурными аномалиями Х-хромосомы (включая делеции, дупликации и изохромосомы) структурно аномальная хромосома всегда неактивна, что, вероятно, отражает вторичный отбор против генетически несбалансированных клеток, которые могли бы привести к значимым клиническим аномалиям.
Из-за преимущественной инактивации аномальной Х-хромосомы такие аномалии Х-хромосомы имеют меньшее влияние на фенотип, чем аналогичные аномалии аутосом, и, следовательно, более часто обнаруживаются.
Неслучайную инактивацию наблюдают также в большинстве случаев транслокаций X на аутосому. Если такая транслокация сбалансирована, избирательно инактивируется нормальная Х-хромосома, и две части транслоцированной хромосомы остаются активными, вероятно, снова отражая отбор против клеток с неактивированными аутосомными генами. В несбалансированном потомстве сбалансированного носителя, тем не менее, присутствует только продукт транслокации, несущий центр Х-инактивации, и такая хромосома неизменно инактивируется; нормальная Х-хромосома всегда активна.
Эти неслучайные образцы инактивации имеют общий эффект снижения, хотя и не всегда устранения, клинических последствий конкретного хромосомного дефекта. Поскольку образцы Х-инактивации хорошо согласуются с клиническим результатом, определение цитогенетическим или молекулярным анализом индивидуального образца Х-инактивации показано во всех случаях транслокации X и аутосом.
Одна закономерность, иногда наблюдающаяся у сбалансированных носителей транслокаций Х-хромосомы на аутосому, проявляется тем, что сам разрыв может вызывать мутации, нарушая ген в точке транслокации. Единственная нормальная копия конкретного гена инактивируется в большинстве или всех клетках из-за неслучайной инактивации нормальной Х-хромосомы, таким образом приводя к экспрессии у женщины сцепленного с полом признака, обычно наблюдающегося только у гемизиготных мужчин.
Выявлено несколько Х-сцепленных генов , когда типичный фенотип сцепленного с полом состояния обнаруживали у женщин с доказанной транслокацией Х-хромосомы на аутосому. Главный клинический вывод из этой информации - если женщина проявляет сцепленный с полом фенотип, обнаруживаемый обычно только у мужчин, показан хромосомный анализ с высоким разрешением. Обнаружение сбалансированной транслокации может объяснить фенотипическую экспрессию и выявить вероятную позицию гена на карте Х-хромосомы.
Исследование неслучайной инактивации Х-хромосомы - это метод генетической диагностики, при помощи которого исследуют состояние активной (функционирующей) Х-хромосомы клеток женского организма.
| Сроки выполнения | до 15 дней |
| Синонимы (rus) | Анализ неравновесной инактивации Х-хромосомы, определение неслучайной инактивацииглавной Х-хромосомы |
| Cинонимы (eng) | X-inactivation |
| Методы | Цитогенетическое тестирование при помощи спектрального кариотипирования |
| Единицы измерения | Результат представлен в виде специальной записи, отражающей структуру хромосомного набора. В заключении непосредственно указывается обнаружена, или не обнаружена инактивация Х-хромосомы. |
| Подготовка к исследованию | Забор биологического материала и подготовка к его сдаче производится по общим правилам. Лучше сдавать анализ в первой половине дня, исключить употребление пищи и курение не менее, чем за 2 часа. За неделю до забора крови должны быть исключены вредные воздействия на организм, в том числе медикаментозные. |
| Тип биоматериала и способы его взятия | Кровь из вены исследуемой женщины |
Что включает в себя исследование неслучайной инактивации Х-хромосомы
Каждая из клеток женского организма в своем хромосомном наборе содержит две Х-хромосомы . Одна из них пребывает в активном состоянии, а вторая неактивна. Благодаря этому ликвидируется избыток генетического материала, который мог бы стать причиной разных генных мутаций и гибели женского организма. Такой феномен естественной дезактивации одной из половых хромосом происходит еще внутриутробно. Как только формируется хромосомный набор эмбриона и в нем оказывается две полноценные Х-хромосомы, что определяет женский пол, одна из половых хромосом спонтанно становится неактивной, утрачивая свою структуру и функции. Этот закономерный процесс называется случайной инактивацией Х-хромосомы.На протяжении жизни женщины, размножающиеся клетки передают активированную и инактивированную хромосому дочерним клеткам. Если активная хромосома сохраняет свою структуру, женский организм идеально функционирует. Но в тех случаях, когда эта Х-хромосома становится жертвой небольших мутаций (как правило, это делеции - отрыв фрагментов), включается специальный ген XIST . Он запускает неслучайную инактивацию измененной активной хромосомы. При этом она утрачивает часть своих функций. В первую очередь, страдает возможность полноценно кодировать информацию в отношении детородных функций женского организма.
Важно помнить! Анализ неравновесной инактивации Х-хромосомы - это не что иное, как определение состояния единственной функционирующей женской половой хромосомы. Обнаружение ее структурных изменений является свидетельством частичной утраты функций, что не может не сказаться на функциональных возможностях женского организма!
Для чего проводится анализ неравновесной инактивации
Исследуя структуру Х-хромосом женщины на предмет обнаружения неравновесной инактивации, можно сделать вывод о причинах женского бесплодия или нарушений менструально-овуляторной деятельности. Целесообразность приводить подобное исследование возникает при:- Стойком бесплодии у женщин всех возрастных групп;
- Склерополикистозе яичников ;
- Преждевременном истощении и увядании яичников;
- Некорригируемых перепадах гормональной активности яичников , сочетающихся любыми нарушениями их структуры.
Как правильно оценить результаты
Оценкой результатов анализа должен заниматься исключительно знающий специалист. В заключении указывается обнаружена или не обнаружена неслучайная Х-хромосомная инактивация. Если она имеет место, это говорит, что проблема бесплодия или другие нарушения женской половой сферы вызваны поломками на генном уровне.Срок проведения анализа:
Стоимость проведения анализа: руб.
Добавить в калькулятор- Получить результаты анализов
- Акции и Скидки
- Пациентам
- Врачам
- Организациям
- Вызов на дом и в офис
- Где сдать анализы
- Полный список анализов
- Фотогалерея
Вопросы и ответы
Стоимость анализов Вопрос: Здравствуйте! Просьба, написать стоимость следующих анализов. Планирую сдавать в г.Сочи Старонасыпная ул., 22, микрорайон Адлер, БЦ Офис Плаза, эт. 2 Для женщины: 1.УЗИ органов малого таза на 5-8 день менструального цикла. 2.Определение группы крови(в том числе и резус фактора). 3.Клинический анализ крови, включая свертываемость крови 4.Биохимический анализ крови (в т.ч. глюкоза, общий белок, прямой и непрямой билирубин, мочевина) 5.Анализ крови на сифилис, ВИЧ, гепатиты В и С 6.Коагулограмма (по показаниям) 7.Общий анализ мочи 8.Исследование состояния матки и маточных труб (лапароскопия, гистеросальпингография или гистеросальпингоскопия) - по показаниям. 9.Инфекционное обследование: - бактериологическое исследование отделяемого влагалища, цервикального канала из уретры (мазок на флору) - микроскопическое исследование отделяемого цервикального канала на аэробные и факультативно-анаэробные микроорганизмы, трихомонады, грибы рода Candida (посев из цервикального канала) - ПЦР (хламидии, уреа- и микоплазмы, вирус простого герпеса I-II типов, цитомегаловирус) (цервикальный канал) - определение антител класса М, G на токсоплазму, краснуху (кровь) 10.ЭКГ 11.Флюорография легких (действительна 12 месяцев). 12.Консультация терапевта 13.Кольпоскопия и цитологическое исследование шейки матки. 14.Маммография (женщинам старше 35 лет), УЗИ молочных желез (женщинам до 35 лет). 15.Хромосомный анализ супружеским парам старше 35 лет, женщинам, имеющим в анамнезе случаи врожденных пороков развития и хромосомных болезней, в том числе и у близких родственников; женщинам, страдающим первичной аменореей. 16.Гистероскопия и биопсия эндометрия (по показаниям). 17.Гормональное обследование: кровь на 2-5 дни менструального цикла: ЛГ, ФСГ, пролактин, тестостерон (св., общ.), эстрадиол, прогестерон, кортизол (800-1700), Т3 св, Т4 св, ТТГ, СТГ, АМГ, 17-ОП, ДГА-S . кровь на 20-22 день цикла: прогестерон. 18. Консультация эндокринолога(по показаниям). 19. Заключение профильных специалистов при наличии экстрагенитальной патологии (по показаниям). 20.УЗИ щитовидной железы и паращитовидных желез, почек и надпочечников (по показаниям). Для мужчины: 1.Анализ крови на сифилис, ВИЧ, гепатиты В и С (анализы действительны 3 месяца). 2. Спермограмма и МАР-тест 3. Микроскопическое исследование эякулята на аэробные и факультативно-анаэробные микроорганизмы, трихомонады, грибы рода Candida (посев эякулята) (анализы действительны 6 месяцев). 4.ПЦР (хламидии, уреа- и микоплазмы, вирус простого герпеса I-II типов, цитомегаловирус) (эякулят). 5.Консультация андролога/уролога.
Ответ:
Здравствуйте! Стоимость услуг:
Для женщины:
1.УЗИ органов малого таза на 5-8 день менструального цикла. - 1500 руб.
2.Определение группы крови(в том числе и резус фактора). - 490 руб.
3.Клинический анализ крови, - 460 руб. включая свертываемость крови (Исследование времени кровотечения (время кровотечения/свертывания))- 220 руб.
4.Биохимический анализ крови (в т.ч. глюкоза - 159 руб., общий белок - 159 руб., прямой - 159 руб. и непрямой билирубин - 159 руб., мочевина - 159 руб.)
5.Анализ крови на сифилис, ВИЧ, гепатиты В и С - 1560 руб.
6.Коагулограмма (по показаниям)- 820 руб.
7.Общий анализ мочи - 275 руб.
Половые хромосомы (по Susumu Ohno, 1967) произошли от аутосом, которые в ходе эволюции дифференцировались генетически и морфологически, образовав хромосомы X и Y. Хромосома Y является результатом длительной прогрессивной „специализации", в процессе которой были сохранены гены дифференцировки пола и утеряны почти все аутосомные гены, а размеры хромосомы стали намного меньше. Хромосома X сохранила не только исходную форму, но также и большинство генов, как аутосомных, так и связанных с половой дифференцировкой. Различия в половых хромосомах не случайны, а имеют важное биологическое значение, так как они:
Препятствуют обмену генами между хромосомами X и Y в мейозе и обеспечивают сохранение в чистом виде половых детерминант каждой из половых хромосом;
Обеспечивают образование при оплодотворении зигот разного пола: XX или XY.
Половые хромосомы (гоносомы, гетеросомы) отличаются по структуре (длина, положение центромеры, количество гетерохроматина) и по содержанию генов.
Хромосома X - средняя метацентрическая хромосома (группа С); представлена в соматических клетках обоих полов: в двойном экземпляре в женском кариотипе - 46,ХХ и в единственном экземпляре - в кариотипе мужчин - 46,XY. В половых клетках хромосома X представлена следующим образом: в одном экземпляре во всех яйцеклетках и у 50% сперматозоидов. Хромосома X богата эухроматиновыми участками и содержит 1336 генов, среди которых:
■ структурные соматические гены (например, гены групп крови Xg, факторов свертывания крови VIII и IX, фермента 6-фосфатдегидрогеназы, цветного зрения и др.);
■ регуляторные гены феминизации,
■ структурные гены феминизации,
■ структурные гены маскулинизации.
Хромосома Y -мелкая акроцентрическая хромосома (группа G); 2/3 дистального плеча q представлены гетерохроматином в генетически неактивном состоянии. Хромосома Y представлена одним экземпляром во всех соматических клетках индивидов мужского пола с кариотипом 46ХY и у 50% сперматозоидов. Она содержит около 300 генов среди которых:
■ регуляторные гены маскулинизации (SRY=Tdf)
■ гены обеспечивающие фертильность (AZF1, AZF2)
■ структурные соматические гены (фактор контроля роста зубов, рецептор интерлейкина)
■ псевдогены.
Так как в женском кариотипе две хромосомы X, а у мужчин - только одна, то логично предположить, что в клетках женского организма должно быть в два раза больше конечных продуктов генов, локализованных в хромосоме X, чем в клетках мужчин. Однако, в реальности это не так, так как одна из хромосом X у женщин (в норме) или у индивидуумов с дополнительной хромосомой X (при патологии) инактивируется. В результате активной у обоих полов остается лишь одна хромосома X. Данное явление называется компенсацией сцепленных с X хромосомой генов
Гипотеза компенсации была сформулирована М. Лайон в 1961 году и включает три основных положения :
I. В соматических клетках млекопитающих активной является одна хромосома X, в то время как другая - инактивируется путем гетерохроматинизации с образованием тельца Барра, различимого в интерфазном ядре; инактивированная хромосома X реплицируется в конце фазы S.
II. Инактивация происходит на 16-й день эмбрионального развития, когда эмбрион состоит из ~3000-4000 клеток. До этого момента в каждой клетке женского эмбриона функционируют обе хромосомы X, т.е. вырабатывается вдвое больше, чем у мужских эмбрионов,- мРНК и ферментов, закодированных генами Х-хромосомы; вследствие этого, эмбрионы 46,ХХ,я 46,XY биохимически и функционально отличаются. Инактивация одной Х-хромосомы остается в дальнейшем неизменной у всех потомков данной клетки.
III. Процесс инактивации носит случайный характер, поэтому в половине клеток активной сохраняется материнская хромосома X, а в другой половине клеток активной остается отцовская хромосома X.
Инактивация Х-хромосомы — процесс, в ходе которого инактивируется одна из двух копий Х-хромосом, представленных в клетках.
В норме у женщины в клетках содержится 2 Х-хромосомы, а мужчины одна Х- и одна У-хромосома. Инактивация одной Х-хромосомы у женщин происходит для того, чтобы с двух копий Х-хромосом у женщин не образовывалось вдвое больше продуктов соответствующих генов, чем у мужчин. Такой процесс называется дозовой компенсацией генов. В норме выбор Х-хромосомы, которая будет инактивирована в каждой клетке случаен. Однако в некоторых ситуациях наблюдается так называемая «неслучайная инактивация Х-хромосомы». Это состояние, когда в большинстве клеток преимущественно инактивирована одна и та же Х-хромосома.
Наличие неслучайной инактивации может свидетельствовать о наличии минимальных перестроек в одной из Х-хромосом, что в свою очередь может влиять на функцию яичников, а в некоторых случаях быть причиной бесплодия у женщин.
1. Компенсация дозы Х-сцепленного гена. В результате инактивации одной их хромосом X у женщин общее количество конечных продуктов Х-сцепленных генов одинаково у обоих полов. Однако, процесс инактивации не всегда является полным и имеет ряд ограничений, что находит и экспериментальное подтверждение. Так, здоровые женщины с двумя хромосомами X (46,ХХ) и женщины с кариотипом 45,Х фенотипически отличаются. Различия наблюдаются и у мужчин с нормальным кариотипом (46,XY) и больными с синдромом Клайнфельтера (47,XXY). Отмечено, что чем больше в кариотипе дополнительных хромосом X, тем больше анормальных признаков в фенотипе носителя.
2. Разная экспрессия у гетерозиготных женщин. Гетерозиготные по Х-сцепленным генам женщины отличаются по фенотипическому проявлению, так как инактивация Х-хромосомы носит случайный характер и, как следствие, соотношение клеток с активным и неактивным аллелями гена варьирует от 0% до 100%. Если мутантный аллель активен в большинстве клеток организма, то гетерозиготные женщины проявляют серьезные фенотипические нарушения („неблагоприятная лайонизация"), например, в случае следующих болезней: дефицита фермента 6-фосфатдегидрогеназы, дальтонизма, гемофилии, мышечной дистрофии Дюшенна.
3. Мозаицизм. Нормальный женский организм представляет собой своеобразную "мозаику" по Х-сцепленным генам, имея две популяции соматических клеток, отличающихся по родительскому происхождению активной Х-хромосомы: одна с активной материнской Х-хромосомой и другая - с отцовской. Данное явление мозаицизма было обнаружено у женщин, гетерозиготных по:
Редкой форме Х-сцепленного альбинизма, когда у этих женщин были выявлены клетки с пигментом и непигментированные клетки;
Гену фермента 6-фосфатдегидрогеназы, имеющему две аллели, которые кодируют две разные формы данного фермента. У гетерозиготных женщин были выделены клетки кожи, которые выращивали в изолированной культуре. Было показано, что потомки одной клетки синтезируют только один тип фермента.
Молекулярные механизмы инактивации х-хромосомы
Выявлено, что Х-хромосома инактивируется не полностью, и в ней сохраняются генетически активные локусы. Объяснением этому может служить тот факт, что часть генов X-хромосомы имеет гомологичные гены на хромосоме Y и не требует компенсации дозы. К ним относятся гены из псевдоаутосомальной области (PAR), расположенной в сегменте Хр22- pter и имеющей размеры около 2Mb, и ряд других генов, например:
Ген STS, кодирующий стероид-сульфатазу;
Ген MIC-2, расположенный вблизи псевдоаутосомальной облачи,
Гены DXS, U23E, UBEI проксимального участка короткого плеча;
Ген RPS4X, контролирующий синтез рибосомного белка S4 и расположенный в проксимальной части длинного плеча.
Молекулярно-биологические исследования позволили выявить в хромосоме X участок - (ql3), который вовлечен в процесс инактивации и, поэтому назван центром инактивации хромосомы X ХIС).В этом участке расположен ген XIST, который был изучен и клонирован с использованием искусственной дрожжевой хромосомы YAC. Ген XIST имеет длину около 450 Кb. Конец 3´гена участвует в «подсчете» числа хромосом Х и определяет, какая именно хромосома Х останется активной. На 5´-конце гена расположен промотр с тремя областями:
- активирующей областью, длиной около 100pb;
Областью, состоящей из множества повторов одной и той же последовательности и обеспечивающей стабилизацию РНК- XIST на уровне неактивной хромосомы;
Областью, образованной повторами CG, расположенной на расстоянии 25Кb от транскрибируемой области гена и оказывающей ингибирующее действие на активирующую область промотора. Ген XIST относится к нетипичным генам, т.к. он утратил способность экспрессироваться в виде белка. Его экспрессия завершается синтезом мРНК, длиной около Kb, которая остается связанной с генетически неактивной хромосомой X.
Путем экспериментального трансгенеза было показано, что ген XIST, будучи встроенным в одну из аутосом, способен индуцировать процесс хромосомной инактивации с образованием гетерохроматина. Методом FISH обнаружено наличие на аутосоме, в которую был встроен данный ген, молекулы PHK-XIST, которая и вызывает инактивацию аутосомных генов. Кроме того, было выявлено, что аутосома со встроенным генов XIST гипоацетилирована на уровне гистона Н4 и имеет новый тип гистона - макроН2А1. Результаты других исследований позволяют предположить, что механизм инактивации зависит от стабильности молекулы PHK-XIST на неактивной хромосоме X. Стабильная и нестабильная формы РНК переписываются с участием разных промоторов одного и того же гена. Регуляцию экспрессии гена XIST можно объяснить на основе явления геномного импринтинга. Геномный импринтинг - это подавление активности одного из двух аллелей гена в зависимости от родительского происхождения, которое происходит в гаметогенезе и представляет один из механизмов регуляции фенотипической экспрессии генов.
