Напрашивается любопытная аналогия. Что, если сказочные люди-великаны — это редко встречающиеся полиплоидные особи человека, у которых не 46, а, к примеру, 69 или 92 хромосомы? К сожалению, такая гипотеза — чистая фантастика. Жизнеспособны, полиплоидных людей не бывает, хотя некоторые клетки тела человек ка действительно могут содержать больше, чем два гаплоидных набора хромосом. Полиплоидными, например, является часть клеток печени. Триплоидные или тетраплоидные зародыши человека иногда возникают, но они гибнут на самых ранних стадиях эмбриогенеза. Более того, как вы уже убеждались, наличие хотя бы одной добавочной хромосомы сверх положенных 46 приводит у человека к тяжелым синдромам; чего уж ожидать от дублирования всех!
Добавочными могут быть не только половые, но и некоторые другие хромосомы гаплоидного набора человека — так называемые аутосомы. Давайте кратко познакомимся с такими ситуациями и вызванными ими последствиями.
Лишние аутосомы
Синдром Дауна
Во второй половине XIX века на протяжении более десяти лет Дж. Лангдон-Даун — английский врач психиатрической лечебницы в графстве Суррей — наблюдал за умственно отсталой девочкой. У нее было плоское лицо с широкой переносицей и приплюснутым носом, пухлые губы и большой язык. Углы ее глаз у переносицы прикрывали заметные кожные складки, отчего лицо пациентки производило впечатление «монголоидности». Менструации отсутствовали, как и волосяной покров под мышками. Стопы и кисти девушки были непропорционально маленькими, словно детскими, припухлыми. Ее мизинцы были укорочены и немного искривлены. Она была физически слабым, безынициативным человеком, с возрастом так и не научилась читать и писать. Вместе с тем, даже делая скидку на психическую неполноценность, ее можно было назвать душевным и отзывчивым существом, способным чувствовать и эмоционально воспринимать мир.
В 1866 г. Даун в одном из медицинских журналов того времени подробно описал все эти признаки, с которыми многие врачи, впрочем, сталкивались порой и до него. Возможно, особое внимание Дауна именно к этой пациентке объяснялось ее возрастом. Она благополучно пережила 25-ти летний рубеж и при относительно маленьком росте в 130 см весила к тому времени 85 кг. Обычно же дети с такими признаками редко доживали до 10 лет, поскольку почти в половине случаев заболевание сопровождалось тяжелыми пороками сердца. Позже комплекс описанных признаков получил название «синдрома Дауна».
Причины этого странного врожденного заболевания долгое время оставались неясными. Догадка, что оно как-то связано с хромосомами, впервые возникла у А. Блейера — сотрудника медицинской, школы Вашингтонского университета в Сент-Луисе (США). Он выяснил, что у растения ослинника в результате нарушений деления иногда появляются клетки с одной лишней хромосомой. Блейер предположил, что такие дефекты могут редко возникать и при созревании половых клеток человека. На удивление, как говорится, «ткнув пальцем в небо», он попал в точку! В 1950 г. его гипотезу подтвердили исследователи шведского института генетики. Они обнаружили, что у 95–96 % людей с синдромом Дауна в каждой клетке тела можно обнаружить не 46, а 47 хромосом! Лишней хромосомой оказалась 21-я — одна из самых маленьких хромосом человека. Таким образом, синдром Дауна можно считать классическим примером трисомии по 21-й хромосоме.
Позже выяснилось, что в остальных случаях часть этой хромосомы (так называемый участок q22) оказывается встроенной в одну из других хромосом клетки. Как вы помните, такие «перемещения» кусочков хромосом называют транслокациями. Чаще всего в роли «рецепторов» оказываются хромосомы № 13, 14, 15 или 22. Иногда даже на самой хромосоме № 21 упомянутый участок q22 оказывается повторенным дважды. Результат тот же — синдром Дауна. Кстати, у некоторых людей, которые выглядят нормально, одна из хромосом может содержать добавочный фрагмент 21-й хромосомы. В этом случае у носителей данной хромосомной мутации вероятность появления в потомстве детей с болезнью Дауна будет гораздо выше, чем в среднем в обществе.
Эти наблюдения навели исследователей на мысль, что именно в определенном участке 21-й хромосомы и находятся гены, которые являются ответственными за проявления синдрома Дауна. Среди таких генов, в частности, уже обнаружено несколько, наличие которых частично объясняет специфику данного синдрома.
Например, это ген, кодирующий белок α-А-кристаллин, входящий в состав хрусталика. Известно, что при синдроме Дауна часто возникают катаракты. Наверное, их появление и развитие как-то связаны с ненормальной работой гена кристаллина. Во-вторых, это ген, кодирующий один из белков мозга (Р-амилоид). Этот белок обнаружен в больших количествах в так называемых сенильных бляшках, возникающих в мозге при болезни Альцгеймера, которая вызывает старческое слабоумие. В мозге больных синдромом Дауна такого белка тоже много, и, наверное, с этим как-то связана их умственная полноценность. В-третьих, среди генов участка q22 обнаружен онкоген ets-2, который вызывает лейкемию — рак крови. У больных с синдромом Дауна это смертельно опасное заболевание возникает в 20–50 раз чаще, чем в среднем в обществе. Наконец, в участке q22 21-й хромосомы находится ген, кодирующий фермент (супероксиддисмутазу), который борется в нашем теле со свободными радикалами, содержащими атомы кислорода. Как известно, кислород — мощный и опасный для клеток окислитель. Упомянутый фермент не позволяет ему окислять в клетках что попало. Возможно, нарушения в работе этого гена (и, как следствие, сбои в работе фермента) приводят к ускорению процессов старения. Даже в наше время лишь четверть больных синдромом Дауна доживает до 50 лет.
Таким образом, покров тайны, всегда висевшей над синдромом Дауна, начинает понемногу сползать. В самом деле, почему наличие лишней хромосомы (а не ее отсутствие!) приводит к таким драматическим последствиям? По житейской логике, запас карман не тянет. Вероятно, увеличение активности работы генов (три копии вместо двух) так же вредно, как и ее ослабление в результате мутаций. Вместе с тем, многое еще остается неясным. Например, почему часто синдром Дауна связан с врожденными сердечно-сосудистыми дефектами, особенно с различными пороками сердца?
Характерный признак синдрома — длинная срединная поперечная складка, идущая через всю ладонь. Связь же наследственных признаков с гребешковыми валиками кожи на ладонях остается областью малоизученной.
Исследователи иногда отмечают местное и сезонное увеличение частоты рождений детей с синдромом Дауна. Впрочем, до сих пор не ясно, какие именно факторы влияют на такие «вспышки». Ясно, что они должны изменять поведение хромосом в мейозе — мешать им правильно расходиться. Возможно, таким фактором является какой-либо вирус. Американские ученые отметили влияние фтора на частоту возникновения синдрома Дауна. При его концентрации в питьевой воде 0,1–0,2 % частота синдрома составляет 0,39 на 1000 родов. При концентрации фтора 1,0–2,6 % — уже 0,58 на 1000 родов. Разница очевидна! И все же, самой важной причиной, прежде всего влияющей на частоту рождения детей с синдромом Дауна, является возраст матери. Если он не превышает 30–35 лет, вероятность появления на свет такого ребенка от совершенно здоровых родителей может составлять 1/700–1/900. Возможно, частота появления зародышей с синдромом Дауна даже выше, поскольку половина таких эмбрионов спонтанно абортируется. После 35 лет вероятность рождения детей-даунов начинает стремительно расти, и уже к 40 годам роженицы она составляет 1/50. После 45 лет — 1/25. То есть, из каждой согни детей, рожденных пожилыми женщинами, 2–4 ребенка наверняка будут обладать лишней 21-й хромосомой. Связь синдрома Дауна с возрастом родителей была подмечена врачами давно, не случайно некоторые из них в самом начале XX века считали этот синдром последствием «истощения утробы». В 80 % случаев вызывающая синдром лишняя 21-я хромосома содержится в яйцеклетке и лишь в 20 % — в сперматозоиде. Возможно, соотношение «дефектных» гамет у обоих полов одинаково, но сперматозоиды с лишней хромосомой обладают пониженной подвижностью, и поэтому реже достигают готовой к оплодотворению яйцеклетки.
В наше время синдром Дауна достаточно надежно выявляется с помощью пренатальной диагностики, о методике проведения которой рассказано в главе «Диагностика генетических заболеваний», учитывая увеличение вероятности рождения детей с этим синдромом у немолодых родителей, такие пары при планировании семьи обязательно должны обращаться в медико-генетические консультационные центры.
Синдромы Патау и Эдвардса
С вероятностью 1/5000–1/7000 на свет появляются младенцы с лишней хромосомой № 13. В 1960 г. пороки развития, вызванные такой нежелательной добавкой к геному, были описаны врачом Патау. С тех нор комплекс аномалий, вызванный трисомией по 13-й хромосоме, носит название синдрома Патау. Чаще всего речь идет именно о целой добавочной хромосоме, которую обычно передает будущему плоду мать. Однако иногда, как и в случае синдрома Дауна, аномалии развития, характерные для синдрома Патау, могут возникать в результате хромосомных транслокаций, то есть переноса части хромосомы № 13 в другие хромосомы диплоидного набора.
