Читать онлайн «Геном человека: Энциклопедия, написанная четырьмя буквами». Страница 33

Хромосома 20 стала третьей по времени полностью секвенированной хромосомой человека. По размеру эта хромосома составляет всего около двух процентов генетического кода генома человека. Гены, повторы и снипсы распределены вдоль хромосомы весьма неравномерно. В настоящее время выявлено, что в хромосоме 20 наряду с 600–700 генами, расположенными в нескольких основных областях, содержится множество (около 170) псевдогенов. Гены этой хромосомы несут информацию о ряде заболеваний человека, начиная от ожирения и экземы и заканчивая слабоумием и катарактой. С мутациями в генах хромосомы 20 связаны такие генетические заболевания, как болезнь Крейтцфельда—Якоба, тяжелые нарушения иммунной системы, болезни сердца, астма, скелетная дисплазия, гепатопленомегалия, диабет и др.

Эта хромосома является самой маленькой по размерам и информационной емкости (на ее долю приходится не более 1,5% от всего генома человека). Но секвенирована она была только вслед за хромосомой 22. Число генов в хромосоме 21 относительно невелико. При размере около 50 млн. пар нуклкотидов в ней обнаружено пока только около 200 генов. Для сравнения, 22-ая хромосома при чуть большем размере (56 млн. пар нуклеотидов) содержит почти 500 генов. Иногда говорят, что 21-ая хромосома представляет из себя «геномную пустыню». В ней, например, есть участок длиной в 7 млн. пар нуклеотидов (это больше полного генома бактерии Escherichia coli), содержащий только один ген. Имеющиеся гены концентрируются главным образом на конце длинного плеча, а снипсы — в области центромеры.

Хромосома 21 хорошо известна тем, что при наличие в клетках трех ее копий возникает болезнь Дауна. Предполагается, что из-за малого числа генов в этой хромосоме люди, больные синдромом Дауна, доживают до взрослого состояния (тогда как дети с тремя копиями других хромосом, кроме половых хромосом X и Y, после рождения живут всего несколько дней).

Мутации в генах хромосомы 21 способны вызывать такие серьезные болезни, как голопрозэнцефалию, синдром Ушера и некоторые формы злокачественных опухолей.

ДНК этой хромосомы была секвенирована первой (декабрь 1999 г.), поэтому она и описана более полно. В хромосоме 22 остались нерасшифрованными всего несколько участков (менее 3% длины ДНК). Она содержит около 500 генов и 134 псевдогена. Все эти генные последовательности вместе с внутригенными некодирующими районами (интронами) составляют всего 13 млн. п. н. Среди генов, присутствующей в хромосоме 22, имеются такие известные, как гены иммуноглобулинов, генные семейства, кодирующие различные ферменты, аполипопротеины и кристаллины. Подсчитано, что средний размер гена этой хромосомы — 19,2 тыс. п. н., хотя самый маленький состоит лишь из 1 тыс. п. н, а самый большой — из 583 тыс. п. н. Несколько генов содержат только один экзон, но, с другой стороны, имеется ген, состоящий аж из 54 экзонов. Величины экзонов варьируют от 8 до 7,6 тыс. п. н. Установлено, что два известных гена локализованы в протяженных интронах двух других генов («генные матрешки»). Что касается псевдогенов, на их долю приходится всего 204 тыс. п. н., причем большинство — это процессированные псевдогены, т. е. у них отсутствуют интроны. Установлено, что псевдогены хромосомы 22 в основном относятся к семействам иммуноглобулинов, кристаллинов, цитохромов и др. Обнаружен только один кластер, состоящий из 26 псевдогенов, рядом с центромерной областью хромосомы. Математическая обработка полученных данных показала, что еще определены не все гены и псевдогены хромосомы 22. Различные повторяющиеся последовательности, которые не кодируют белки, составляют 41,9% этой хромосомы. Alu-повторы формируют блоки в районе центромеры и почти в центре длинного плеча.

Для хромосомы 22 в настоящее время установлены функции примерно половины генов. Около 160 генов, расположенных на хромосоме 22, показывают значительную гомологию с генами мыши. Несмотря на свои небольшие размеры и малое число генов, ее патология установлена при некоторых генетических и онкологических заболеваниях. Сейчас известно 27 заболеваний, вызванных нарушениями в разных генах хромосомы 22 человека: от рака (миелоидная лейкемия) до предрасположенности к шизофрении и паркинсонизму, а также серьезных аномалий сердца и нервной системы. Известны многочисленные геномные и хромосомные мутации, связанные с этой хоромосомой. Так, трисомия (три вместо двух копий) хромосомы 22 вызывает синдром «кошачьего глаза» (колобома радужной оболочки), атрезию ануса, некоторые пороки развития и умственную отсталость. Трисомия хромосомы 22 — вторая по значению причина выкидышей у беременных. Выпадение (делеция) одного из районов длинного плеча (22q11.2) приводит либо к синдрому Ди Джорджи, который сопровождается аплазией тимуса, пороками сердца и аномалиями развития, несовместимыми с жизнью, либо, если делеция меньших размеров, к велокардиофациальному синдрому с характерными пороками сердца и крупных сосудов. При лейкозах и лимфомах также выявлены трисомии и моносомии, обмены участками (транслокации) различных хромосом и хромосомы 22. Самый известный пример — филадельфийская хромосома, образованная в результате транслокации между хромосомами 9 и 22. В солидных опухолях также достаточно часто обнаруживают различные транслокации с вовлечением хромосомы 22.

Это женская половая хромосома. Наличие двух хромосом X определяет женский пол. Пара для хромосомы X у мужчин — омертвевшая и короткая Y-хромосома. У женщин в одной из 2 хромосом X происходит инактивация всех тех генов, которые не имеют пары на хромосоме Y. В ходе эмбрионального развития эта хромосома на всех нужных участках покрывается особым инактивирующим белком Xist или сжимается «пеленкой» белка-гистона так туго, что не может работать. Генов в хромосоме X немного, и они сосредоточены, главным образом, в двух областях: прицентромерном районе короткого плеча и на конце длинного плеча. Снипсы концентрируются в середине длинного плеча хромосомы. Укажем лишь на небольшую часть заболеваний, ассоциированных с генами хромосомы X: мышечная дистрофия Дюшенна, сидеробластическая анемия, рак груди, рак простаты, кардиомиопатия, хориоидеремия, дискератоз, эпилепсия, глицеролкиназная недостаточность, гонадотропиновая недостаточность, гемофилия В, ихтиоз, синдром Барта, мукополисахароидоз 2.

Эта маленькая половая хромосома определяет мужской пол у человека. Содержащиеся в ней последовательности рассматривают как очень «юные». Скорости мутаций в этой хромосоме в 4 раза выше, чем в хромосоме X. Гены, повторы и снипсы выявлены лишь на левом конце этой хромосомы (правый пока не полностью секвенирован). Здесь содержится большое число палиндромов. По этой причине появилось даже выражение: «Y-хромосома — зал зеркал». А вот генов в ней немного. По последним уточненным данным их максимальное число не достигает и 100. На 1 млн. букв-нуклеотидов в среднем приходится всего около 5 генов. Основная роль тех генов, которые имеются, заключается в контролировании дифференцировки пола, формировании яичек и процесса сперматогенеза. В частности, основной ген «самцовости», названный SRY (Sex-determining Region of Y), кодирует белок, который включает в работу многие гены других хромосом и тем самым вызывает каскад биохимических реакций (конечный результат — образование яичек). Ген SRY практически одинаков у всех людей, но в десять раз более отличен у людей и обезьян, чем все другие их гены. Иными словами, на сегодняшний день это самый консервативный ген внутри вида и самый динамичный между видами. Отмечены случаи, когда в клетках имеется не одна, а две и даже 3 копии хромосомы Y. Характерными признаками такой хромосомной патологии являются асоциальное поведение и различные психологические нарушения, характерные для 35% больных. Совсем немного генов в хромосоме Y ассоциировано с болезнями человека. Основные из них — гонадный дисгенез и синдром клеток Сертоли.

Когда сейчас громогласно заявляют о полном секвенировании генома человека, то, как правило, подразумевают ядерный геном. На этом фоне как-то забывается, что в клетках имеются молекулы ДНК, расположенные не только в хромосомах, но и в таких уже упоминавшихся специфических внутриклеточных структурах, как митохондрии. И это тоже геном человека, но он называется митохондриальным, а ДНК — митохондриальной (сокращенно митДНК). МитДНК теперь называют иногда хромосомой 25 или М-хромосомой. Эта ДНК была секвенирована еще в 1981 году уже упоминавшимся Ф. Сенгером, что тоже было в свое время сенсацией, которая, однако, имела резонанс несопоставимо меньший, чем секвенирование ядерного генома. Что же представляет собой эта 25-ая хромосома человека?