Мозаицизм хромосом: причины, характеристика

Обновлено: 18.05.2024

Информационное письмо Международного общества ПГД от 27 мая 2019 г.

Журнал: Проблемы репродукции. 2019;25(4): 8‑12

Цель данного документа — оценка накопленной информации о переносе эмбрионов с мозаицизмом.

Введение

Основной задачей преимплантационной генетической диагностики на анеуплоидию (ПГТ-А) является повышение эффективности переносов в программе экстракорпорального оплодотворения (ЭКО) путем отбора эмбрионов без анеуплоидии. Доказано, что перенос эуплоидных эмбрионов повышает частоту имплантации, наступления беременности, живорождения. В последние годы в клиническую практику внедрены новые молекулярно-генетические методы исследования бластоцист на хромосомную патологию — анеуплоидию, такие как aCGH, SNP и NGS.

В настоящее время большинство лабораторий ЭКО культивируют эмбрионы до стадии бластоцисты с целью выявления жизнеспособных эмбрионов, а затем проводят биопсию небольшого числа клеток трофэктодермы для исследования на анеуплоидию. Анализ многоклеточных биоптатов дает возможность получить даже промежуточные результаты, определить состояние между полной анеуплоидией и эуплоидией (частично мозаичные эмбрионы).

Под хромосомным мозаицизмом принято понимать наличие в единичной пробе двух клеток или более с разным хромосомным набором, что иногда наблюдается и у незначительного количества здоровых эмбрионов на всех стадиях преимплантационного развития. При применении высокочувствительных методов исследования, таких как матричная CGH и NGS, основанных на методике подсчета числа копий, можно дифференцировать простую равномерную анеуплоидию, затрагивающую все клетки в биоптате, от частичной (мозаичной) анеуплоидии, затрагивающей только часть клеток в биоптате, а также подсчитать степень изменений количества копий [2]. При использовании высокоразрешающих методов NGS также можно выявить сегментарный мозаицизм и благодаря этому идентифицировать небольшие делеции или дупликации хромосом (обычно более 10 Мб).

Обзор новых данных

Частота эмбрионов с мозаицизмом

На стадии бластоцисты частота мозаицизма, установленная методами NGS, очень различается по данным разных клинических учреждений, варьирует от наименьшей — 2% и доходит до 40%. Тем не менее большинство клиник сообщают о частоте эмбрионов с мозаицизмом 5—10% среди всех протестированных эмбрионов [2—4]. Стабильная высокая частота мозаичных эмбрионов в некоторых клиниках может быть результатом методов лечения, особенностей культивирования, подходов к диагностике; имеет значение и контингент пациентов [4]. В таких случаях необходимо провести аудит клинической и лабораторной работы. Все клиники, которые отправляют эмбрионы в лаборатории для исследования на ПГТ-А, имеют право запросить у лаборатории информацию о частоте выявления мозаицизма и показателях пороговых данных.

Результаты переноса эмбрионов с мозаицизмом

Генетический анализ бластоцист с мозаицизмом

В исследованиях, в которых проведен повторный анализ непригодных бластоцист после NGS, продемонстрировано соответствие (более 95%) начальным результатам анеуплоидии при исследовании других участков эмбрионов, включая внутреннюю клеточную массу (ВКМ) и другие участки трофэктодермы [7, 10, 11]. С недавних пор в результате исследований эмбрионов с мозаицизмом стала более понятной хромосомная организация бластоцист с мозаицизмом [12]. В целом, если уровень мозаицизма при начальной биопсии был высоким (более 40—80%), при последующей биопсии трофэктодермы и анализе ВКМ также обнаруживали некоторый уровень мозаицизма. Однако если уровень мозаицизма изначально был низким (менее 40%), то при последующем анализе трофэктодермы и ВКМ также обнаруживали его снижение, при этом некоторые эмбрионы были равномерно эуплоидными.

Технические вопросы

В процессе проведения ПГТ-А появляются косвенные доказательства того, что NGS и конвейер анализа данных для измерения количества копий хромосом могут неправильно указывать на мозаицизм в некоторых эмбрионах как следствие влияния различных методик [4]. Вероятные причины подобных артефактов следующие:

— методика проведения биопсии: некачественная техника биопсии, при которой получены клетки в малом количестве, с повреждениями или частичным разрушением и потерей клеточной ДНК, что влияет на хромосомный профиль;

— анализ: алгоритмы нормализации ячеек картирования хромосом также могут потенциально искажать результат, особенно если количество ячеек, используемое для нормализации профилей, является переменным или низким. Кроме того, искажения в построении библиотеки из-за исходной ДНК худшего качества (включая нарушения амплификации целого генома) могут привести к недооценке или избыточному накоплению хромосом (мозаицизм целых хромосом) или субхромосомных областей (сегментарный мозаицизм). При NIPT-анализе свободно-клеточной ДНК, при котором используется похожая методика NGS, выдвинуто предположение, что искажения могут возникать на этапе подготовки библиотеки, что приводит к неправильному копированию участков, особенно для хромосомных сегментов.

Как это влияет на исследование анеуплоидии в клинической практике?

Большинство (более 90%) результатов биопсии трофэктодермы показывает неравномерную эуплоидию для всех хромосом или полную анеуплоидию, включая одну хромосому или более. Тем не менее у небольшого количества эмбрионов может быть промежуточное количество изменений в одной или нескольких хромосомах, что свидетельствует о возможном мозаицизме. Иногда это могут быть единственные эмбрионы, доступные для переноса. Мозаицизм в биоптатах трофэктодермы теоретически может оказывать клиническое влияние на беременность, в том числе на функцию плаценты или на развитие синдромов заболеваний новорожденных, поэтому перенос подобных эмбрионов может проводиться только с согласия пациентов и после рассмотрения всех других вариантов.

Заключение

Развитие геномных технологий для преимплантационной генетической диагностики произвело революцию в нашей способности обнаруживать на уровне отдельных клеток или небольшого количества клеток генетические аномалии различных типов. Повышение чувствительности и разрешающей способности этих методов позволит также идентифицировать более полный спектр хромосомных аномалий, включая хромосомный и сегментарный мозаицизм — область, в которой наши знания неполны и все еще развиваются. Предыдущие результаты экстракорпорального оплодотворения указывают на отсутствие повышенного риска хромосомных аномалий по сравнению с естественной беременностью, и поэтому, исходя из имеющихся данных преимплантационной генетической диагностики на анеуплоидию, перенос эмбрионов с мозаицизмом представляется относительно безопасным вариантом для пар с низким или минимальным риском неблагоприятных исходов беременности. Тем не менее вопрос о переносе бластоцисты после определения в ней различной степени анеуплоидии должен решаться только на основании тщательного консультирования пациентов, в том числе генетического. Необходимо принимать во внимание лабораторные рекомендации при консультировании пациентов о риске неблагоприятного результата, связанном с переносом эмбриона с мозаицизмом. Пациент должен быть информирован о необходимости последующего наблюдения за течением беременности и проведения неинвазивной пренатальной диагностики или инвазивных исследований, таких как амниоцентез, при которых может быть выявлен мозаицизм. Чтобы лучше понять последствия переноса эмбрионов с мозаицизмом и представить ценную информацию для улучшения генетического консультирования пациентов, рассматривающих такую возможность, необходимо проводить долгосрочные исследования всех предполагаемых переносов эмбрионов с мозаицизмом. С широким внедрением неинвазивной пренатальной диагностики и появлением более точных технологий неинвазивного скрининга анеуплоидий можно легко наблюдать за развитием беременности после переноса эмбриона с мозаицизмом. Более того, поскольку показано, что неинвазивная диагностика дает возможность обнаруживать мозаицизм плода даже с вовлечением редких трисомий [20], теперь есть возможность проследить за конечным результатом исходного мозаицизма трофэктодермы. Получение этих данных, а также исследование плацентарной ткани при рождении помогут лучше понять, насколько безопасен перенос эмбриона с мозаицизмом. Что касается исследований, то генетический анализ методом NGS непригодных для переноса эмбрионов с мозаицизмом, переданных для исследований, поможет лучше понять значение оценки начальной биопсии и предоставить ценную информацию об их генетическом строении.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

The authors declare no conflict of interest.

* DS Cram, D Leigh, A Handyside, L Rechitsky, K Xu, G Harton, J Grifo, C Rubio, E Fragouli, S Kahraman, E Forman, M Katz-Jaffe, H Tempest, A Thornhill, C Strom, T Escudero, Q Jie, S Munne, JL Simpson, A Kuliev

Мозаичный эмбрион что это значит и рекомендован ли он к переносу?

Преимплантационное генетическое тестирование (ПГТ) - это процедура, которая проводится исключительно в цикле ЭКО и подразумевает исследование клеток эмбриона ДО подсадки. Благодаря данной процедуре у женщины увеличивается шанс на имплантацию эмбриона, а также на вынашивание и рождение здорового ребенка, что является основной задачей сферы вспомогательных репродуктивных технологий.

Результаты ПГТ

Биопсию эмбриона на 5-7 день жизни проводят в клиниках репродукции, где наблюдается женщина. А вот само исследование проводит уже генетическая лаборатория и заключение выдает врач-генетик.

В заключении по ПГТ помимо данных пациентки, есть данные о клиники, которая направила образцы, о враче и эмбриологе, а также индивидуальный номер заказа.

В результате анализа указывают:

полученные данные секвенирования;
пол эмбриона;
данные о потере генетического материала хромосомы или участка хромосомы;
данные о дополнительном генетическом материале хромосомы или участка хромосомы;
мозаицизм хромосомы или участка хромосомы;
рекомендации по переносу эмбриона.

Одним из спорных моментов среди ученых является вопрос о переносе эмбрионов-мозаиков.

Мозаицизм эмбриона

Мозаицизм на ранних стадиях эмбрионального развития представляет собой явление, при котором часть клеток эмбриона может быть эуплоидной, т.е. содержать нормальный набор хромосом. Другая часть несет различные хромосомные аномалии. Если в клетках имеется или отсутствует одна или несколько хромосом, то речь идет об анеуплоидии. Потеря одной хромосомы приводит к моносомии, например, синдром Шерешевского - Тернера (45,Х). Наличие одной добавочной хромосомы - к трисомии, например, синдром Дауна (47,21+),синдром Патау (47,13+).

Причиной возникновения хромосомных аномалий является нарушения деление клеток в митозе в процессе развития эмбриона. В результате не расхождения сестринских хроматид в митозе приводит к неравномерному распределению их в дочерние клетки. В результате формируются клетки с аномальным числом хромосом.

Эуплоидные эмбрионы имеют выше шанс достичь наступления успешной беременности. В случае мозаичных эмбрионов следует понять какие хромосомные нарушения выявлены и какой процент мозаицизма наблюдается у эмбриона. Если женщина решила/готова к переносу мозаичного эмбриона необходима консультация врача - генетика для обсуждения возможных рисков при переносе мозаичного эмбриона, в зависимости от типа хромосомной аномалии, хромосомы и процента мозаицизма.

Однако мозаично-хаотичные эмбрионы не рекомендуются к переносу, так как у них наблюдается большое количество хромосомных аномалий. Это ведет к снижению частоты имплантации, возрастает риск самопроизвольного прерывания беременности и остановки развития плода.

Что такое мозаичный эмбрион?

Преимплантационное генетическое тестирование эмбрионов на анеуплоидии (PGT-A) — это генетический анализ, который используется для повышения успешности ЭКО путем получения информации о хромосомном здоровье эмбриона.

Эмбрионы с правильным набором хромосом 46 — (эуплоидные) имеют больше шансов на имплантацию и развитие успешной беременности, чем эмбрионы с неправильным набором хромосом (анеуплоидные). У здорового человека в клетках 46 хромосом. На самом деле у нас есть две пары каждой хромосомы, одну из которых мы получаем от нашей биологической матери, а другую — от нашего биологического отца.

PGT-A проводится по причине того, что у анеуплоидных эмбрионов очень высока вероятность неудачной имплантации или прерывания беременности.

Вероятность получения анеуплоидного эмбриона увеличивается с возрастом.

Бывают такие варианты, когда из пары хромосом присутствует только одна хромосома — моносомия. Или же наоборот, вместо 2 хромосом, их 3, что называется трисомией. В результате преимплантационного генетического тестирования, эмбрион, у которого есть такие хромосомные изменения, называется анеуплоидным.

Однако недавние достижения в технологии PGT-A выявили третий вариант результатов PGT-A, которые находятся где-то посередине. Такой вариант, получивший название мозаичных эмбрионов (содержит сочетание анеуплоидных и эуплоидных клеток). Причина в том, что секвестирование ДНК для тестирования PGT стало более продвинутым и более чувствительным. Эта обновленная технология известна как NGS (следующее поколение секвестрования).

Теперь мы стали видеть более мелкие детали, тогда как раньше это было невозможно.

Сейчас можно услышать — «40% мозаика», что означает, что 40% клеток анеуплоидные, а 60% — эуплоидные (по данным биопсии).

Мозаицизм не обязательно присутствует во всем эмбрионе, он может быть только в определенных его участках. При биопсии эмбриона (бластоцисты) берутся клетки трофэктодермы (ТЭ), которыя в будущем формируют плаценту, а внутриклеточную массу (ВКМ), из которой будет формироваться плод, не затрагивают.

Мы должны помнить, что мозаицизм, выявленный в образце трофэктодермы, не всегда указывает на наличие мозаицизма в внутриклеточной массе, что, в свою очередь, не приводит к появлению мозаицизма у самого плода.

Какая частота мозаичных эмбрионов по данным PGT—A?

Мозаика встречается примерно у 15-90% эмбрионов на стадии дробления и у 30-40% бластоцист (5-ти суточной стадии развития эмбриона) (Spinella et al. 2018), возникает с одинаковой частотой независимо от возраста (Munne et al., 2017), от всех протестированных эмбрионов методом PGT-A.

Очевидно, что эуплоидные эмбрионы — имею выше шанс достичь наступления успешной беременности. В этом случае наиболее частый вопрос, который пациенты задают при получении результатов PGT-A: «Как влияет этот мозаичный результат на беременность или ребенка?».

Ответ сложен. Хотя мозаицизм существовал всегда, его можно было обнаружить только в течение нескольких лет, поэтому последующие исследования все еще продолжаются.

Тем не менее есть некоторые руководящие принципы и рекомендации профессионального медицинского сообщества.

Почему происходит мозаицизм эмбриона?

Причина возникновения полностью анеуплоидных эмбрионов является ошибка мейоза в яйцеклетке или сперматозоиде, и эта ошибка затем переносится в каждую клетку эмбриона.

В мозаичных эмбрионах ошибка возникает после оплодотворения, поражаются только те клетки, которые происходят от клетки с нарушением при ее делении. Важен тот факт, что уровень мозаицизма напрямую зависит от времени митотической ошибки. Если ошибка произойдет в ранней фазе деления клеток, тогда будет затронуто больше клеток, чем если бы это произошло на более позднем этапе.

Вероятно, мозаицизм эмбриона может быть результатом быстрого деления клеток и расслабления «контрольных точек», характерных для раннего развития эмбриона, и что это переходная фаза во время развития (McCoy 2017).

Для проведения PGT-A эмбриолог проводит получение, как правило, около 5-8 клеток у эмбриона на стадии бластоцисты, что для эмбриона полностью безопасным.

И так в образце биопсии для PGT-A если 5 из 5 клеток являются эуплоидными, то эмбрион является эуплоидным.

Соответственно, при проведении тестирования 5 клеток, мозаицизм минимально может составить 20% (1 из 5 клеток), а самый высокий показатель может быть 80% (4 из 5 клеток).

Международное общество по преимплантационной генетической диагностике (PGDIS) по выполнению PGT-A, рекомендуют классифицировать результаты следующим образом:

Приоритетные рассмотрения:

Наивысший приоритет для переноса. Очень низкий риск любых неблагоприятных исходов: мозаичные трисомии 1, 3, 10, 12 и 19
Вторая группа, которую следует рассмотреть для передачи. Немного повышенная вероятность выкидыша:4, 5, (47,XXY)
Третья группа, которую следует рассмотреть для переноса. Немного более высокий риск выкидыша, или относительно низкий риск трисомий 7 и 11 одно родительской дисомии (UPD) — то есть, когда у плода две хромосомы от одного и того же родителя, а не по одной копии от каждого: 2, 7, 11, 17, 22
Возможность переноса следует рассматривать с осторожностью и только после подробного обсуждения с потенциальными родителями. Повышенный риск выкидыша, UPD или жизнеспособной анеуплоидии: 6, 9, 15
Возможность переноса эмбриона может быть рассмотрена после обсуждения с потенциальными родителями возможных клинических проявлений. Высокий риск поражения плода и несколько повышенный риск выкидыша и жизнеспособной анеуплоидии: 8, 20, (47,XXX), (47,XXY)
Лучше избегать. Очень высокий риск любых вышеупомянутых неблагоприятных исходов: 13, 14, 16, 18, 21, (45,X).

Какой показатель успешности мозаичных эмбрионов при переносе?

Показатели успешности мозаичных эмбрионов следует оценивать в зависимости от % мозаицизма (какой процент клеток у эмбриона содержит анеуплоидию).

Munne et al. (2017): 56% развивающаяся беременность (если мозаицизм 20-40%) при 22% развивающейся беременности (если мозаицизм > 40%);

Spinella et al. (2018): 42% живорождений (при 50% мозаичных эмбрионах). Частота выкидышей одинакова в обеих группах.

Мозаицизм низкого уровня может иметь сравнимый успех с переносом эуплоидных эмбрионов.

Важным показателем является репродуктивный возраст женщины при переносе мозаичного эмбриона.

Виктор и др. (2019) обнаружили, что возможность имплантации мозаичных эмбрионов может уменьшаться с возрастом — с 56% у женщин моложе 34 лет до 27% у женщин старше 34 лет.

Авторы предполагают, что такие показатели могут быть по причине того, что самокоррекция более эффективна в более молодом репродуктивном возрасте.

Что такое самокоррекция эмбриона? Что происходит с анеуплоидными клетками в мозаичном эмбрионе?

Большинство мозаичных эмбрионов становятся полностью анеуплоидными или эуплоидными к 12 дню развития (Popovic et al. (2019).

Способность исправлять себя можно объяснить следующим образом: в мозаичном эмбрионе клетки с анеуплоидией могут делиться медленнее, истощаться и погибнуть с большей вероятностью в сравнении с хромосомно здоровыми (эуплоидными) клетками, которые растут быстрее.

Но если анеуплоидных клеток слишком много, они могут вытеснить эуплоидные клетки и привести к остановке развития эмбриона либо к дальнейшему развитию эмбриона с не правильным набором хромосом.

Аномальные клетки могут перемещаться в трофэктодерму (будущую плаценту), в то время как эуплоидные клетки сосредотачиваться во внутриклеточной массе (клетки из которых происходит развитие эмбриона). На самом деле это способ самокоррекции, который мозаичный эмбрион может использовать для удаления измененных клеток из ВКМ.

Существует вероятно определенный порог, при котором такая самокоррекция может происходить.

Является ли мозаицизм с моносомией приоритетным для переноса эмбриона?

Отсутствие хромосомы (моносомия) у эмбриона редко приводит к развитию беременности и рождению ребенка (за исключением отсутствия одной X половой хромосомы) — синдром Тернера (кариотип 45 X0). Эмбрион не может иметь только одну копию хромосомы (это существенная потеря важного генетического материала), что приводит к невозможности развития.

По этим причинам мозаичный эмбрион с моносомией может быть лучшим выбором для переноса.

При переносе эмбриона с моносомией эуплоидные (хромосомно здоровые) клетки вытесняют моносомию, у эмбриона происходит самокоррекция и происходит развитие здоровой беременности.

Второй вариант, если анеуплоидные клетки перерастают, при моносомии, как правило, происходит остановка на раннем этапе развития, имплантация не наступает. Потому, что для развития эмбриона ему нужны две пары хромосом.

Что такое сегментарный мозаицизм?

Сегментарный хромосомный мозаицизм — это изменение, при котором затрагивается только участок (сегмент) хромосомы. Это может происходить на одной хромосоме (одиночная сегментарная мозаика) либо на нескольких хромосомах (множественная сегментная мозаика). Основываясь на данных многих исследований, сегментарные мозаики могут быть сопоставимы с эуплоидными эмбрионами по частоте имплантации (за исключением, возможно, нескольких сегментарных мозаик).

Мозаицизм целой хромосомы — это изменение при которой затрагивается вся хромосома, а не только ее сегмент.

Сложный аномальный эмбрион — это эмбрион, у которого 3 или более измененных хромосомы или хромосомных сегментов.

Мозаицизм целой хромосомы может иметь меньший успех в сравнении с эуплоидными эмбрионами. Fragouli et al. (2017): 13% против 47% живорождений. Таким образом, сегментная мозаика может быть приоритетнее для переноса эмбриона, чем мозаицизм целой хромосомы.

Сложные аномальный мозаицизм имеет меньший шанс успеха по сравнению с эуплоидными эмбрионами. Munne et al. (2017): 10% против 40% развивающихся беременностей на перенос эмбриона.

Как видно, при принятии правильного решения о переносе мозаичного эмбриона, важна грамотное консультирование репродуктолога, генетическое консультирование пары для достижения успешной, безопасной беременности и рождения здорового малыша в семье.

Научная электронная библиотека

1) хромосомный мозаицизм часто встречается в клетках плода человека;

2) мозаицизм может быть ограничен экстраэмбриональными тканями (плацента) или эмбриональными тканями (центральная нервная система и ткани яичника).

Вполне резонно предположить, что последнее - один из основных источников тканеспецифичной патологии, либо полисистемных заболеваний (включая те, что возникают из-за сбоев в мейозе), что было показано (Hulten et аl., 2008). Для понимания того, есть ли у хромосомного мозаицизма возможность способствовать межклеточному разнообразию, следует обратиться к исследованиям, проводимым для оценки реального состояния численной хромосомной вариабельности в здоровых тканях человека (Kаlоusek, Dill, 1983). Следует отметить, что почти во всех тканях при тщательном молекулярно-цитогенетическом анализе удаётся обнаружить анеуплоидные клетки. Таким образом, можно преодолеть основные трудности в исследованиях, нацеленных на оценку воздействия хромосомного мозаицизма, определив пороговый непатогенный уровень анеуплоидии в данной ткани (Yurov et al., 2007). Таким образом, ассоциация между хромосомным мозаицизмом и изменениями физиологии клеток и тканей требует тщательного контроля путём проверки клеток различных тканей здоровых индивидуумов.

При фокусировании на заболеваниях, ассоциированных с хромосомным мозаицизмом, можно отметить весьма широкий спектр патологии, связанной с этим типом соматических вариаций генома, от хромосомных синдромов до сложных нейропсихических и иммунных заболеваний. Хультен с коллегами добавили анеуплоидию мейотического происхождения в «список заболеваний хромосомного мозаицизма» (Hulten et аl.,
2008). Более того, вполне резонно предположить, что самой обычной генетической причиной пренатальной смерти может быть хромосомный мозаицизм. Можно прийти к заключению, что ограниченный определённой тканью мозаицизм - причина дисфункции этой ткани, как это было продемонстрировано на примере заболеваний головного мозга, на мозге плодов и тканях яичника (Юров и др., 2004; Yurov et al., 2001; Iourov et al., 2006 a, б). Следовательно, при поиске роли хромосомного мозаицизма в патологии нужно напрямую изучать ткани, подвергшиеся патологическим изменениям. К сожалению, из-за ограниченной доступности большинства тканей человека для обширных генетических исследований и сложности молекулярно-цитогенетических анализов, исследования анеуплоидии низкого уровня редки. В настоящее время только нервная ткань и ткани яичника были обследованы с помощью молекулярно-цитогенетических технологий высокого уровня разрешения. Тем не менее, ткани (типы клеток), обычно используемые для цитогенетических исследований (лимфоциты крови, фибробласты кожи, ворсины хориона), также могут быть пригодны для подтверждения гипотезы о том, что хромосомный мозаицизм - возможный генетический механизм, лежащий в основе различных заболеваний человека. Более того, смежные исследования пролили свет на проблему природы некоторых моногенных заболеваний, которые отмечены у лиц мужского пола, несмотря на их летальность (синдром Ретта и др.) (Ворсанова и др., 1998; 2013 а, б, в; 2014 а, б; 2015; Юров и др., 2004; Vorsanova et al., 1996; 2004; 2010 а, б; Iourov et al., 2013 а, в; 2015 а, б, в). Достижения в изучении хромосомного
мозаицизма велики, но всё-таки это недостаточно изученный феномен. Всё же, несмотря на многие задачи, которые ещё предстоит решить в этой области исследований, уже можно сделать определённые выводы: будучи патологическим состоянием, анеуплоидия вызывает пренатальную смерть и/или хромосомные синдромы, ассоциированные с тяжёлой задержкой развития, плохо совместимой с жизнью. При развитии центральной нервной системы анеуплоидия должна быть элиминирована, или же возникает патологическое состояние (Iоurоv et аl., 2008 а, в). Следовательно, в организме человека, действительно, идёт процесс «антианеуплоидизации», необходимый для того, чтобы зародыш развился, а затем нормально существовал в постнатальном периоде. Но, вероятно, антианеуплоидизация замедляется с возрастом, что, возможно, ассоциировано со старением и малигнизацией. Эти предположения поддерживаются результатами последних исследований старения и канцерогенеза (Duesberg, 2007; Russel et аl., 2007; Yurov et al., 2009; Yurov, Iourov, 2010). Таким образом, развитие анеуплоидизации есть своего рода каскад обширных процессов, ведущих к патологическому состоянию, которым противостоит противоположный процесс, названный «антианеуплоидизацией». И наоборот, баланс между анеуплоидизацией и антианеуплоидизацией помогает организму нормально развиваться до тех пор, пока не замедляется антианеуплоидизация. Предполагается, что анеуплоидизация ткани - ключевой процесс возникновения дисфункции. Будучи ограниченной пределами какой-либо специфической клеточной популяции, она может вызывать образование опухолей, тогда как, если вся ткань подвержена анеуплоидии, то эта ткань должна подвергнуться дегенерации. Это частично подтверждается данными исследований заболеваний головного мозга (Mоsсh et аl., 2007). Говоря о мозаицизме как причине патологических состояний, в том числе психических заболеваний, нужно упомянуть и о мозаичных структурных перестройках хромосом (Hаlder et аl., 2008; Mаnоlаkоs et аl., 2008), среди которых нередки малые сверхчисленные маркерные хромосомы, встречающиеся, вероятно, гораздо чаще, чем считалось ранее. Говоря о таких маркерных хромосомах, дополнительно нужно отметить, что мозаицизм может быть «скрытым» и «динамическим» (Fiсkelsсher et аl., 2007; Sаntоs et аl., 2007; Iоurоv et аl.,
2008 б, в, г). Термин «скрытый» мозаицизм существует ни одно десятилетие, с тех пор как начались молекулярно-цитогенетические диагностические исследования. «Скрытым» мозаицизм называют так потому, что в подобных случаях только дополнительные молекулярно-цитогенетические исследования могут подтвердить его после обычного цитогенетического анализа (Ворсанова, 1991; Ворсанова и др., 1989; 1991). «Динамическим» мозаицизмом называют случаи возникновения нового генетического дисбаланса в уже аномальной клетке либо мозаицизм возникает благодаря «особенностям поведения» перестроенной хромосомы. В настоящее время для изучения этих двух типов хромосомного мозаицизма требуются молекулярно-цитогенетические технологии высокого разрешения, такие как subсenM-FISH или многоцветовое окрашивание (МСВ) (Fiсkelsсher et аl., 2007; Sаntоs et аl., 2007; Iоurоv et аl., 2008 а, б, в, г). Вообще изучение хромосомного мозаицизма на нынешнем уровне развития науки без этих технологий представляется практически невозможным. В свете вышесказанного важно упомянуть исследования с применением аrrаy СGH. Такие молекулярно-цитогенетические технологии обладают огромными возможностями для определения точек разрыва в хромосомах, идентификации новых микроделеционных синдромов и обнаружения вариаций генома в норме и патологии (Jаquemоnt et аl., 2006; Iоurоv et аl., 2008 а, б, г). Таким образом,

1) межклеточные вариации, проявляющиеся в виде хромосомного мозаицизма, вероятно, участвуют в формировании генетического разнообразия;

2) многие патологические состояния ассоциированы с хромосомным мозаицизмом;

3) хромосомный мозаицизм - всё ещё недостаточно принимаемый во внимание биомедицинский феномен, требующий дальнейших исследований;

4) современная молекулярная цитогенетика обладает достаточными технологиями для определения роли хромосомного мозаицизма в развитии различных нарушений психического развития.

Самые ранние цитогенетические исследования, проводившиеся среди новорождённых, показали, что анеуплоидия бывает только по 3 из 22 аутосом, причём наблюдалась только трисомия, а моносомии не было вообще. Хотя методология цитогенетических исследований с тех пор значительно прогрессировала, результаты первых работ оставались относительно неизменными. Наиболее частой трисомией у новорождённых является трисомия хромосомы 21, которая встречается у 1 из 650-830 живорождённых. Другие трисомии новорождённых включают в себя трисомию хромосомы 18, или синдром Эдвардса (около 1:7500 живорождённых), трисомию хромосомы 13, или синдром Патау (1:22700), а также очень редкие случаи трисомии 22 и трисомии 8, все мозаичные. Вскоре после открытия этих хромосомных анеуплоидных заболеваний цитогенетики обнаружили, что встречаемость анеуплоидии аутосом у человека не ограничивается хромосомами 13, 18 и 21, а может быть и по всем остальным аутосомам с клиническими последствиями, несовместимыми с жизнью. Для проверки этой гипотезы были инициированы исследования по определению наличия анеуплоидии аутосом в тканях спонтанных абортусов (Ворсанова и др., 2010; Vorsanova et al., 2003; 2005; 2010 в, г). Хромосомные анализы таких тканей (в I триместре) показали наличие трисомий с участием почти всех аутосом. Интересно, что трисомия хромосомы 16 встречалась почти в трети абортусов с трисомией
аутосом в I-м триместре беременности. Также часто наблюдались в клетках этих тканей трисомии хромосом 2, 7, 8, 18 и всех акроцентрических хромосом. Авторы объясняли отличия между частотами трисомий действительными различиями в предрасположенности хромосом к аномальной сегрегации или селекции, отражающей собой выживаемость при дисбалансе разных хромосом; либо же обоими этими факторами. Для того чтобы дифференцировать эти два возможных объяснения, данные об анеуплоидиях стали анализировать по гаметам.

В наиболее ранних исследованиях анеуплоидии гамет изучали метафазные хромосомы ооцитов или сперматозоидов. Исследователи применяли в этих экспериментах методы высокого разрешения (первично FISH, но потом ещё и СGH). Результаты этих исследований показали, что у человека наблюдается относительно высокий уровень анеуплоидии гамет по сравнению с другими видами. Более того, частота анеуплоидии в сперматозоидах, как было показано, проявляется разными хромосомами, что заставляет предположить, что хотя бы некоторая часть вариаций (анеуплоидий) отражает действительные различия аномальной сегрегации аутосом, а не ограничена только селективным отбором. Половые различия также были отмечены по частоте анеуплоидии аутосом; в ооцитах анеуплоидия встречалась чаще, чем в сперматозоидах. Однако технические проблемы ухудшили возможности исследователей установить уровень аутосомной анеуплоидии различных хромосом в ооцитах. Одним из факторов, который, как полагают, повлиял на повышенную частоту анеуплоидии в ооцитах по сравнению со сперматозоидами, стали способы оценки. Большинство ооцитов, доступных для исследований, были те, что считались непригодными для процедуры искусственного оплодотворения (например, IVF (in vitrо оплодотворение), что вело к отклонению результатов, связанных с материнским возрастом либо с морфологическими аномалиями. Однако стоит отметить, что исследования неродственных человеку млекопитающих, не ограниченные этими отклонениями оценки, также показали заметное увеличение частоты анеуплоидии в ооцитах по сравнению со сперматоцитами. Этиологические факторы, которые сформулированы как влияющие на повышение уровня анеуплоидии в оогенезе включают в себя:

1) нарушение мейотического деления в профазе I, когда деление начинается пренатально, но не завершается до овуляции, что происходит десятилетия спустя;

2) различия в происхождении ошибок в мейозе у мужчин по сравнению с женщинами;

3) различия в частоте и локализации мейотических рекомбинаций на хромосомах;

4) эпигенетические различия в реакции на воздействия окружающей среды и стрессорные факторы.

Одним из способов изучения частоты мозаицизма оказались исследования ранних эмбрионов, полученных при процедурах искусственного оплодотворения. У этих эмбрионов обнаружен неожиданно высокий уровень мозаицизма с преобладанием ранних (4-й день) эмбрионов с мозаицизмом по одной хромосоме или многих из них (иногда такие эмбрионы называли хаотическими). Также хромосомный мозаицизм наблюдался в фетальном головном мозге (30-35 % клеток), взрослом головном мозге (10 % клеток), клетках печени (около 3 % у взрослых) и в других тканях, в том числе в зародышевых клетках (Iоurоv et аl., 2008 б, в, г). В последнем случае мозаицизм мог иметь репродуктивные последствия. Эти наблюдения заставили исследователей предположить, что мозаицизм может случаться как «нормальный» или глобальный биологический процесс с тканеспецифичной селекцией, ведущей к потере большинства анеуплоидных клеток на ранних стадиях развития. Некоторые исследователи предполагают, что мозаицизм (часто оставшийся незамеченным) может вызывать некоторые заболевания (в том числе аутизм, шизофрению, аутоиммунные заболевания, болезнь Альцгеймера) (Юров и др., 2010; Yurov et al., 2001; 2008; 2011; 2014; Iourov et at al., 2009 а, б).

В этой главе необходимо остановиться на наших оригинальных исследованиях хромосомного мозаицизма у детей с аутизмом.

Читайте также: