Цитогенетические методы в практике современных медико-биологических исследований. ЧАСТЬ III: числовые аномалии кариотипа человека

Числовые аномалии кариотипа являются следствием геномных мутаций. В отличие от генных
и хромосомных аномалий, геномные мутации не приводят к нарушению структуры ДНК или хромосом. Причиной числовых изменений кариотипа является нарушение механизма расхождения хромосом в ходе мейоза или митоза. Как и прочие мутации, геномные мутации являются естественным механизмом повышения генетического разнообразия у потомства. При этом у человека обычно наблюдаются негативные эффекты любых численных отклонений от нормы, по этой причине цитогенетическое исследование анеуплоидий является важным диагностическим инструментом в медицинской генетике.
Изменение числа половых хромосом обычно не является летальным. Спектр выявляемых отклонений у носителя – от непостоянных нарушений репродукции при нормальном фенотипе до пороков развития некоторых внутренних органов, бесплодия и тяжелых интеллектуальных нарушений. Анеуплоидии аутосом всегда несут угрозу жизни и здоровью. Совместимыми с живорождением являются только аутосомные трисомии по 13, 18, 21 и 22 хромосомам, имеются единичные сообщения о рождении детей с полиплоидиями. При этом прогноз жизни относительно благоприятный только в случае с трисомией 21, приводящей к формированию синдрома Дауна. Прочие анеуплоидии обычно приводят к спонтанному прерыванию беременности в ранние сроки и регистрируются в образцах абортного материала.
В связи с этим цитогенетический анализ хромосомных анеуплоидий применяется для установления генетических причин аномалий и пороков развития в постнатальном периоде, задержки речевого и психомоторного развития, нарушения репродукции у взрослых. Особое значение имеет цитогенетический анализ кариотипа эмбрионов в пренатальном периоде. В предлагаемой лекции анализируется механизм формирования геномных мутаций и их разнообразие. Рассматриваются возможные медицинские последствия наличия различных типов анеуплоидий. Вниманию читателя предлагаются синдромы, связанные с изменением числа хромосом в кариотипе. Описание иллюстрируется реальными изображениями кариотипов пациентов.
Лекция ориентирована, прежде всего, на студентов медико-биологических специальностей, молодых специалистов, планирующих использовать в своей практической деятельности цитогенетические методы исследований, и врачей, сталкивающихся с необходимостью анализировать и интерпретировать результаты цитогенетического анализа. Для усвоения обсуждаемого материала рекомендуется ознакомление с предыдущей лекцией цикла.

1. Nagaoka SI, Hassold TJ, Hunt PA. Human aneuploidy: mechanisms and new insights into an age-old problem. Nat Rev Genet. 2012;13(7):493-504. https://doi.org/10.1038/nrg3245

2. Wartosch L, Schindler K, Schuh M, Gruhn JR, Hoffmann ER, McCoy RC, Xing J. Origins and mechanisms leading to aneuploidy in human eggs. Prenat Diagn. 2021;41(5):620-630. https://doi.org/10.1002/pd.5927

3. Thomas C, Cavazza T, Schuh M. Aneuploidy in human eggs: contributions of the meiotic spindle. Biochem Soc Trans. 2021;49(1):107-118 https://doi.org/10.1042/BST20200043

4. Bell AD, Mello CJ, Nemesh J, Brumbaugh SA, Wysoker A, McCarroll SA. Insights about variation in meiosis from 31,228 human sperm genomes. Nature. 2020;583(7815):259-264. https://doi:10.1038/s41586-020-2347-0

5. Shi Q, Qiu Y, Xu C, Yang H, Li C, Li N, Gao Y, Yu C. Next-generation sequencing analysis of each blastomere in good-quality embryos: insights into the origins and mechanisms of embryonic aneuploidy in cleavage-stage embryos. J Assist Reprod Genet. 2020;37(7):1711-1718. https://doi.org/10.1007/s10815-020-01803-9

6. Berglund A, Viuff MH, Skakkebaek A, Chang S, Stochholm K, Gravholt CH. Changes in the cohort composition of Turner syndrome and severe non-diagnosis of Klinefelter, 47,XXX and 47,XYY syndrome: a nationwide cohort study. Orphanet J Rare Dis. 2019;14(1):16. https://doi.org/10.1186/s13023-018-0976-2

7. Shiraishi K, Matsuyama H. Klinefelter syndrome: From pediatrics to geriatrics. Reprod Med Biol. 2019;18(2):140-150. https://doi.org/10.1002/rmb2.12261

8. Akcan N, Poyrazoğlu Ş, Baş F, Bundak R, Darendeliler F. Klinefelter syndrome in childhood: variability in clinical and molecular findings. J Clin Res Pediatr Endocrinol. 2018;10(2):100-107. https://doi.org/10.4274/jcrpe.5121

9. Волков А.Н., Рытенкова О.И., Лысенко Д.И., Луговой К.А. Цитогенетика репродуктивных нарушений у мужчин. Медицина в Кузбассе. 2017;16(1):18-23.

10. Bouw N, Swaab H, Tartaglia N. The impact of sex chromosome trisomies (XXX, XXY, XYY) on early social cognition: social orienting, joint attention, and theory of mind. Arch Clin Neuropsychol. 2022;37(1):63-77. https://doi.org/10.1093/arclin/acab042

11. Chen W, Bai MZ, Yang Y, Sun Di, Wu S, Sun J, Wu Y, Feng Y, Wei Y, Chen Z, Zhang Z. ART strategies in Klinefelter syndrome. J Assist Reprod Genet. 2020;37(9):2053-2079. https://doi.org/10.1007/s10815-020-01818-2

12. Hutaff-Lee C, Bennett E, Howell S, Tartaglia N. Clinical developmental, neuropsychological, and social emotional features of Turner syndrome. Am J Med Genet C Semin Med Genet. 2019;181(1):126-134. https://doi.org/10.1002/ajmg.c.31687

13. Huang AC, Olson SB, Maslen CL. A Review of recent developments in Turner syndrome research. J Cardiovasc Dev Dis. 2021;8(11):138. https://doi.org/10.3390/jcdd8110138

14. Samango-Sprouse C, Kırkızlar E, Hall MP, Lawson P, Demko Z, Zneimer SM. Incidence of X and Y chromosomal aneuploidy in a large child bearing population. PLoS ONE. 2016;11(8):e0161045. http://doi.org/10.1371/journal.pone.0161045

15. Urbanus E, Swaab H, Tartaglia N, Cordeiro L. The behavioral profile of children aged 1–5 years with sex chromosome trisomy (47,XXX, 47,XXY, 47, XYY). Am J Med Genet C Semin Med Genet. 2020;184(2):444-455. https://doi.org/10.1002/ajmg.c.31788

16. Davis SM, Bloy L, Roberts TPL, Kowal K, Alston A, Tahsin A, Truxon A, Ross JL. Testicular function in boys with 47,XYY and relationship to phenotype. Am J Med Genet C Semin Med Genet. 2020;184(2):371-385. https://doi.org/10.1002/ajmg.c.31790

17. Zhang X, Liu X, Xi Q, Zhu H, Li L, Liu R, Yu Y. Reproductive outcomes of 3 infertile males with XYY syndrome: Retrospective case series and literature review. Medicine (Baltimore). 2020;99(9):e19375. http://doi.org/10.1097/MD.0000000000019375

18. Otter M, Schrander-Stumpel C, Curfs L. Triple X syndrome: a review of the literature. Eur J Hum Genet. 2010;18(3):265-271. http://doi.org/10.1038/ejhg.2009.109

19. Волков А.Н., Рытенкова О.И., Бабарыкина Т.А., Лысенко Д.И. Цитогенетическая диагностика хромосомных аномалий при неразвивающейся беременности. Клиническая лабораторная диагностика. 2017;62(9):553-556. http://doi.org/10.18821/0869-2084-2017-62-9-553-556

20. Волков А.Н., Начева Л.В. Случай гипертриплоидии у абортуса при неразвивающейся беременности. Фундаментальная и клиническая медицина. 2020;5(1):99-102. https://doi.org/10.23946/2500-0764-2020-5-1-99-102

21. Heinrich T, Nanda I, Rehn M, Zollner U, Frieauff E, Wirbelauer J, Grimm T, Schmid M. Live-born trisomy 22: patient report and review. Mol Syndromol. 2012;3(6):262-269. http://doi.org/10.1159/000346189

22. Bull MJ. Down syndrome. N Engl J Med. 2020;382(24):2344-2352. http://doi.org/10.1056/NEJMra1706537

23. Landes SD, Stevens JD, Turk MA, Cause of death in adults with Down syndrome in the US. Disabil Health J. 2020;13(4):100947. http://doi.org/10.1016/j.dhjo.2020.100947

24. Khan F, Jafri I. Characterization of a 16-year-old long-time survivor of Edwards syndrome. Cureus. 2021;13(5):e15205. http://doi.org/10.7759/cureus.15205

25. Peroos S, Forsythe E, Pugh JH, Arthur-Farraj P, Hodes D. Longevity and Patau syndrome: what determines survival? BMJ Case Reports. 2012;2012:bcr0620114381. http://doi.org/10.1136/bcr-06-2011-4381

26. Imataka G, Suzumura H, Arisaka O. Clinical features and survival in individuals with trisomy 18: a retrospective one-center study of 44 patients who received intensive care treatments. Mol Med Rep. 2016;139(3):2457-2466. http://doi.org/10.3892/mmr.2016.4806

27. Goel N, Morris JK, Tucker D, de Walle HEK, Bakker MK. Trisomy 13 and 18 – prevalence and mortality – a multi-registry population based analysis. Am J Med Genet A. 2019;179(12):2382-2392. http://doi.org/10.1002/ajmg.a.61365

28. Xu C, Cai X, Chen S. Comprehensive noninvasive prenatal screening for pregnancies with elevated risks of genetic disorders: protocol for a prospective, multicentre study. BMJ Open. 2021;11(8):e053617. http://doi.org/10.1136/bmjopen-2021-053617

29. Martin L, Gitsels-van der Wal JT, Bax CJ, Pieters MJ, Reijerink-Verheij J, Galjaard R-J. Nationwide implementation of the noninvasive prenatal test: Evaluation of a blended learning program for counselors. PLoS ONE. 2022;17(5):e0267865. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0267865

30. Jacobs M, Cooper S-A, McGowan R, Nelson SM, Pell JP. Pregnancy outcome following prenatal diagnosis of chromosomal anomaly: a record linkage study of 26,261 pregnancies. PLoS ONE. 2016;11(12):e0166909. http://doi.org/10.1371/journal.pone.0166909