Що таке хромосомна мутація: які її причини, наслідки та які види мутацій бувають

Спадковий апарат людини обумовлює структуру і функцію організму. Зміни в цьому апараті впливають на роботу клітин, тканин, органів і систем органів. Хромосомна мутація – це зміна будови спадкового апарату, яке впливає на життєдіяльність носія, здатність до дітородіння і схильність до захворювань.

Причини

Для виникнення генетичного дефекту необхідний розрив нитки ДНК у двох місцях. Отломленный фрагмент може обертатися, переміщатися або зникати. У клітинному ядрі працює система репарації (відновлення) ДНК – спеціальні білки «зшивають» пошкоджені ділянки.

При цьому сшиваемый фрагмент може бути повернутий не на своє місце або розташовуватися в зміненому положенні. Отже, хромосомні мутації – це помилки в роботі систем відновлення генетичного матеріалу.

Доведено вплив біологічних, хімічних і фізичних факторів на генетичний апарат людини. Деякі аберації виникають у результаті впливу певних чинників навколишнього середовища. Однак більшість розвивається незалежно від природи мутагену.

Важливо! Рідко вдається виявити безпосередні причини хромосомних мутацій, тому частіше говорять про фактори ризику.

Біологічні фактори

Нуклеотидні послідовності не є стаціонарним і незмінним. В основі еволюції лежать мутації. Їх виникнення пов’язане з властивостями спадкового апарату клітин організму або з впливом паразитичних організмів, здатних впливати на ДНК.

Транспозони – це фрагменти нуклеїнових кислот, які здатні переміщатися і копіюватися. Більшість з них не кодують білки. Тому їх переміщення не впливають на метаболізм організму. Деякі несуть інформацію про специфічних амінокислотних послідовностях, що у разі змін призводить до зміни властивостей білка. Наслідками таких переміщень транспозонів можуть бути захворювання, наприклад:

  • нейрофіброматоз I типу;
  • гемофілія, пов’язана зі зниженням активності VIII фактора згортання;
  • рак.

Вважається, що внаслідок мобільності транспозонів у живих організмів вперше виникла система специфічного імунітету, яка забезпечує утворення антитіл до вірусів, бактерій і інших хвороботворних організмів.

Віруси здатні інтегрувати (вбудовувати) свої гени в ДНК людини. Цим забезпечується збереження їх життя, так як система реплікації макроорганізму створює безліч копій вірусу, які надалі залишають первинне місце розташування і заражають навколишні тканини. Деякі віруси (наприклад, вірус папіломи, віруси кору, грипу) викликають пошкодження ДНК, порушують координацію роботи спадкового апарату.

Транспозони

Хімічні фактори

Багато хімічні речовини здатні пошкоджувати послідовність нуклеїнових кислот в ДНК. Хімічні мутагени дуже поширені: вони використовуються в побутовій хімії, харчової промисловості, виробництві, медицині. До найбільш агресивних мутагенну сполук відносяться:

  • колхіцин,
  • нітрати і нітрити,
  • пестициди (альдрины, гексахлоран),
  • харчові добавки (ароматизатори, підсилювачі смаку, фарбники),
  • розчинники та лакофарбові вироби,
  • медикаменти (цитостатики, імунодепресанти).

Зверніть увагу! Одним з найбільш відомих фактів впливу хімічних речовин на генетичний апарат є історія використання талідоміда вагітними. Так називається препарат, який призвів до формування вроджених вад розвитку майже у 12 тис. дітей у 60-х роках XX століття.

Жертви талідоміда

Фізичні фактори

На будову спадкового апарату впливають різноманітні фізичні фактори, механізм пошкоджуючої дії яких не до кінця зрозумілий. Вважається, що під впливом цих факторів виникають розриви між окремими нуклеїновими кислотами. З’являються помилки в послідовності амінокислот, а в подальшому зміни властивостей білків. До основних фізичних мутагенам відносяться:

  • іонізуюча радіація (рентгенівське і гамма-випромінювання),
  • продукти розпаду радіоактивних речовин (альфа-, бета-, гама-, рентгенівське випромінювання),
  • ультрафіолетові промені,
  • екстремально низькі або високі температури.

Важливо відзначити, що будь-яка хромосомна мутація може виникати під впливом світла видимого спектру. Це спостерігається у осіб зі схильністю до фотосенсибілізації, на тлі прийому деяких лікарських препаратів (антибіотики, сечогінні, антиаритмічні, антидепресанти) або при деяких захворюваннях (псоріаз, системна червона вовчанка, гострі вірусні захворювання).

Хромосомна мутація

Види хромосомних мутацій

Існує кілька принципів класифікації мутацій. Найбільш поширеною є класифікація, заснована на рівні ураження спадкового апарату:

  • генні;
  • хромосомні;
  • геномні.

Види мутацій

Даний принцип класифікації умовний, тому що при мутаціях часто спостерігаються зміни на рівні генів геному одночасно. Але для зручності виділяють тільки три види.

Генний вид аберацій найбільш поширений. У тому випадку, якщо відбувається зміна нормальної послідовності пар нуклеотидів у ланцюгу ДНК, говорять про генні мутації. Якщо відбулася зміна лише в одній парі, то це називається точковою перебудовою гена. У результаті відбувається зміна первинної структури кодованого білка. Досить часто це не призводить до значних порушень його функцій. Але можуть бути більш серйозні наслідки хромосомних мутацій, коли розвиваються захворювання.

Хромосомні мутації зустрічаються рідше, проте в результаті відбуваються більш значні зміни генетичної інформації. Прикладом хромосомної мутації може служити варіант синдрому Дауна, при якому відбувається перенесення ділянки 21-й на інші хромосоми (14, 15, 22 та Y).

Геномні мутації – найбільш великі зміни спадкового апарату, що приводять до зміни числа хромосом. У тому випадку, якщо відбувається збільшення набору геному, говорять про поліплоїдизації. В результаті утворюються клітини, які містять більше двох наборів генетичного матеріалу. Коли змінюється кількість окремих хромосом, говорять про анеуплоїдії. Є кілька варіантів даного стану:

  • нуллисомия – в геномі повністю зникає один тип хромосом (2n-2);
  • моносомия – недолік однієї хромосоми (2n-1);
  • трисомія – поява додаткової гомологічної хромосоми (2n+1).

У здорових клітинах зустрічаються мутації, які приводять до зміни числа хромосом. Нейрони головного і спинного мозку здатні до поділу. Однак відрізняються високим ступенем пластичності (особливо це стосується нервових клітин кори головного мозку). Вони полиплоидны, що забезпечує високу інтенсивність процесів трансляції.

Корисне відео: геномні і хромосомні мутації

Класифікація аберацій

Можливо кілька варіантів аберацій. Багато види хромосомних мутацій призводять до пороків розвитку. Частина з них викликає важкі порушення метаболізму і закінчується внутрішньоутробною смертю. В основу характеристики покладено вид змін, які відбуваються з ниткою ДНК.

Хромосомні перебудови

Делеція – втрата ділянки хромосоми або гена. Найчастіше відбувається втрата відносно невеликих фрагментів, тому після народження спостерігаються відхилення різної вираженості.

При зникненні фрагментів значною протяжністю плід стає нежиттєздатним. Втрата ділянки хромосоми або гена, розташованого на кінцевій частині, називається термінальній делецією. В центральній частині – интеркалярной.

Синдром Лежена виникає при термінальній делеції довгого плеча п’ятої хромосоми. При цьому синдромі спостерігаються порушення функції дихальної і серцево-судинної систем, відставання в психомоторному розвитку, широко розставлені очі й специфічне зміна будови гортані. У зв’язку з цим змінюється голос. Крик нагадує нявкання кота (звідси друга назва – синдром котячого крику).

Під дупликацией мається на увазі подвоєння ділянки хромосоми або гена. Незалежно від кількості копій подібні аберації прийнято називати дупликацией. Можливі подвоєння в межах однієї хромосоми і копіювання дільниць на інші.

У нормі подвоєння ділянки хромосом, що відповідають за синтез рибосомальною РНК, спостерігається у всіх тканинах. Цей феномен названий надлишковістю генів. В даному випадку яких-небудь відхилень у здоров’ї не спостерігається.

Інверсія – це поворот ділянки гена на 180°. Даний тип аберацій вважається сприятливим, і багато його варіанти розглядаються як варіант норми. Обумовлено це тим, що при інверсії не відбувається втрати спадкової інформації, і вона ніяк не спотворюється.

Транслокація – перенесення фрагмента ДНК з одного ланцюга на іншу. Не варто плутати з межхромосомной дупликацией, при якій оригінал гена зберігається на своєму місці, а його копія з’являється в іншому. При транслокації відбувається повне перенесення генетичного матеріалу. Велика частина транслокацій протікає безсимптомно, але можливі патологічні стани.

Важливо! При одночасному обмін ділянками між 9-й і 22-й хромосомами виникають зміни в роботі червоного кісткового мозку. У переважній більшості випадків це стає причиною хронічного мієлобластного лейкозу.

Корисне відео: класифікація мутацій

Висновок

Хромосомні мутації – складна проблема сучасної біології і медицини. Вивчення цієї теми дасть змогу глибше зрозуміти еволюцію і походження людини, навчитися лікувати спадкові захворювання і покращувати якість життя людям з вродженою патологією.