Болезни сцепленные с полом с у хромосомой

Генетика пола – один из труднейших вопросов современной биологии и медицины. Пол различают у большинства животных и растений. Отличить женскую особь от мужской можно по внешним и внутренним признакам, по биохимическому составу молекул, физиологии и поведению. Но главным отличием, которое определяет пол организма, является набор хромосом в его кариотипе. Все хромосомы представителей одного вида делятся на половые, или гоносомы и аутосомы – одинаковые у самцов и самок.

Генетика: гомогаметность и гетерогаметность пола

У самок всех млекопитающих, в том числе и человека, хромосомы парные и одинаковые по форме. У самцов же есть пара гетероморфных хромосом, одна из которых по форме не отличается от таких же у самок, другая непохожа ни на одну из них. Хромосомы, отличные у самцов и самок, и называются половыми. У млекопитающих и человека половые хромосомы XX по форме не отличаются, они образуют один тип гамет – яйцеклеток с Х-хромосомой, поэтому их пол называется гомогаметным.

Генетика: наследование пола человека

Так же определяется пол у человека. Соматические клетки женщины содержат 22 пары аутосом и две Х-хромосомы. Кариотип мужчины можно представить формулой А44+ХY. Яйцеклетки женщины имеют одинаковый набор хромосом А22+Х. Сперматозоиды мужчины бывают двух типов: А22+Х и А22+Y. У змей, птиц и других организмов независимо друг от друга развилась ZW-система половых хромосом.

Интересно, что утконос имеет 10 половых хромосом. Сочетание XXXXXXXXXX даёт самку, а XYXYXYXYXY – самца. А Y-хромосома утконоса, в отличие от других видов животных, не утратила возможности к рекомбинации генов на определённых участках. У ехидны имеется 9 половых хромосом: 5 Х-хромосом и 4 Y-хромосом (Y-хромосомы имеются только у самцов).

Утконос

Типы хромосомного определения пола

• Самка – ХХ, самец – XY. Он характерен для большинства млекопитающих, в том числе и для человека, для двукрылых насекомых, некоторых рыб, большинства амфибий, рептилий и многих двудомных растений.
• Самка ZW, самец – ZZ. У некоторых рыб, рептилий, растений (земляника), всех птиц и бабочек.
• Самки – ХХ, самцы – ХО. У кузнечика самец имеет только одну половую хромосому – Х, никакой другой половой хромосомы у него нет. У морского червя анциракантуса в соматических клетках 12 хромосом. У самок: 10А+ХХ, у самцов 10А+ХО. Яйцеклетки самки однотипны – 5А+Х, сперматозоидов же 2 типа: 5А+Х и 5А. Но принцип наследования пола тот же, что и у человека. Если зародыш получает от отца набор без половой хромосомы, то он будет самцом, а если с хромосомой, то он станет самкой. Такой же набор имеют паукообразные и жуки.
• Самки ZО, самцы – ZZ. Встречается у некоторых видов молей.

Интересна генетика пола некоторых пресмыкающихся и рыб. У всех крокодилов, некоторых черепах, рыб, ящериц, в том числе и гаттерии, пол зависит от температуры, при которой развивается зародыш. У пчёл, ос, муравьёв он обусловлен числом хромосомных наборов. Из неоплодотворённых яиц у них развиваются гаплоидные самцы, из оплодотворённых – диплоидные самки. У некоторых видов нет постоянного пола, он может меняться в зависимости от условий среды.

Наследование признаков, сцепленных с половыми хромосомами

Различают наследственные признаки, передающиеся с неполовыми хромосомами – аутосомные и те, что сцеплены с гоносомами. Хотя есть приметы, расположенные в Y-хромосоме, однако чаще всего встречаются случаи локализации признаков в Х-хромосоме, так как она есть у обоих полов. Потеря Х-хромосомы приводит к гибели зиготы.

Y-хромосома несёт ограниченное число генов, характерное чаще всего для соответствующего пола, ведь она встречается только у одного из них. Её отсутствие может привести только к изменению в развитии половых признаков. В ходе эволюции млекопитающих Х-хромосома, в отличие от аутосом, оставалась относительно неизменной. Х и Z-хромосомы крупные и богатые генами, они подвержены рекомбинации. Хромосомы Y или W мелкие и содержат малое количество генов. Половые хромосомы сформировались в результате эволюции из соматических. У Y (W)-хромосом, появились участки, которые стали неподверженными кроссинговеру, т. е. в этих частичках не происходит обмен (рекомбинация) генов. Со временем эти участки расширялись, накапливали мутации, что привело к дегенерации и инертности хромосомы в целом.

При исследованиях было выяснено, что у человека, так же как и у дрозофилы, Y-хромосома содержит мало признаков, т. е. она наследственно инертна. У некоторых видов, в том числе и человека, в ней содержится ген SRY, отвечающий за мужское начало. У таких организмов встречаются жизнеспособные особи с кариотипом, в состав которых входят следующий набор половых хромосом – XXY. У человека при этом развивается синдром Клайнфельтера.

Генетика пола: половые хромосомы

Ген SRY отвечает за синтез тестостерона – гормона, ответственного за развитие мужских признаков. Но он работает только при наличии белка-рецептора, продуцирующегося по программе, которая заложена в гене, расположенном в Х-хромосоме. Если этот ген нарушается и белок-рецептор не производится, то тестостерон не может оказывать влияние на органы-мишени. Не использовав возможность развития мужских признаков, организм осуществляет продвижение по женскому типу. Тогда появляется человек с генотипом XY, но внешне схожий с женщиной (синдром Морриса). Вывод: генетика пола сложна, пол человека формируется в результате комплементарного взаимодействия неаллельных генов.

При синдроме Тернера у больных имеется лишь одна из половых хромосом (22А + ХО), т. е. всего 45 хромосом. Помимо синдромов Тернера и Клейнфельтера, встречаются и другие аномалии половых хромосом: трисомия — XXX (фенотип – женский); тетрасомия – XXXXY (фенотип — мужской) и т. д. Подобные нарушения генетики пола часто ведут к тому, что люди, имеющие такие деформации в числе хромосом, характеризуются умственной отсталостью.

Если передача потомкам признаков, находящихся в аутосомах, происходит в соответствии с законами Менделя, то в наследовании признаков, сцепленных с полом, есть существенные особенности. Характер их передачи зависит от поведения хромосом в мейозе и от их комбинации при оплодотворении.

Х-хромосома содержит много признаков. Поэтому гены, находящиеся в ней, как правило, не имеют аллелей в Y-хромосоме. У гетерогаметных особей могут проявляться рецессивные гены. Тогда наследование отличается от менделеевских закономерностей. Признаки, определяемые генами, находящимися в половых хромосомах, называются сцепленными с полом. Закономерности их наследования были открыты Т. Морганом на дрозофиле.

Примеры аномалий, наследуемых сцеплено с полом

У млекопитающих разных видов обнаружено множество наследственных заболеваний, сцепленных с Х-хромосомой. Например у собак передаются гены: бесшeрстности (Hr), крипторхизма (с), катаракты (Cat), гемофилии (h), дисплазии бедра (Hp) и др. Одно и то же заболевание может встречаться у животных разных видов и у человека. У человека известно более 200 признаков, передающихся сцеплено с Х-хромосомой. Если ген, отвечающий за аномалию, рецессивен, то он проявляется только в гомозиготном состоянии. Доминантные признаки одинаково часто проявляются у женщин и мужчин. К ним относятся такие аномалии, как тёмная эмаль зубов, витаминостойкий (устойчивый к витамину D) рахит и др. Есть аномалии, сцепленные и с Y-хромосомой, например, перепончатость пальцев ног.

Генетика пола: наследование гемофилии

Вариант наследования гемофилии

Редко, но болезнь может проявляться и у девочки, если ген гемофилии есть у отца и у матери. В мире было зафиксировано всего 60 подобных случаев.

Но за свёртываемость крови отвечает большое количество белков, каждый из которых кодируется отдельным геном. Мутации этих генов вызывают разные типы гемофилии, которые в настоящее время ещё изучаются.

По тому же принципу передаётся дальтонизм – снижение способности или полная неспособность различать все или некоторые цвета, некоторые формы мышечной дистрофии, отсутствие потовых желез.

Бесшёрстность (гипотрихоз)

Образование шёрстного покрова млекопитающих – сложный процесс, за который отвечает много генов. Их мутации могут приводит к отсутствию шерстного покрова. Известны рецессивные аутосомные мутации, вызывающие отсутствие шерсти как у бычков, так и у тёлок. Другой тип бесшёрстности связан с рецессивным геном, сцепленным с Х-хромосомой. Выяснили это по следующим данным:

• больными рождались только бычки;
• у коровы, которая их родила, мать тоже имела в потомстве бычков с похожей аномалией;
• от спаривания быка, являющегося отцом больных телят, с другими коровами родилось 180 полностью здоровых потомков;
• у коровы, давшей больных телят, в потомстве были и здоровые бычки.

У человека тоже есть подобное заболевание – отсутствие волосяного покрова, связанное с беззубостью.  Оно также вызывается рецессивным геном, сцепленным с Х-хромосомой.

Рассмотрим на примерах как передаются признаки, сцепленные с полом

1. У домашних кошек ген окраски шерсти находится в Х-хромосоме. Чёрная окраска определяется доминантным геном В, а рыжая рецессивным геном – b. При генотипе ВВ родятся котята с чёрной окраской шерсти, при сочетании аллелей bb – с рыжей. Гетерозиготное сочетание Bb обуславливает неполное доминирование и рождение котят с промежуточным признаком – трёхцветной окраской шерсти (черепаховой). Рассмотрим наследование окраски шерсти у разных полов.

Вариант1.

Вариант 2.

Вариант 3.

Вывод: черепаховая окраска характерна только для кошек, так как в норме у котов не встречается две Х-хромосомы.

Черепаховая кошка

2. Варианты наследования дальтонизма у человека.

Признаки: Хd– рецессивный ген дальтонизма.

ХD – ген нормального цветного зрения.

Вариант 1.

Вариант 2.

Возможность рождения девочки с дальтонизмом появляется только если у отца есть эта аномалия, а у матери тоже присутствует рецессивный признак. У женщин он проявляется только в гомозиготном состоянии Хd Хd.

Генетика пола – задачи из банка заданий ФИПИ 2019 года

Задача 1.

Гены окраски шерсти кошек расположены в Х-хромосоме. Черная окраска определяется геном XВ, рыжая – геном Xb, гетерозиготы имеют черепаховую окраску. От черной кошки и рыжего кота родились: один черепаховый и один черный котенок. Составьте схему решения задачи. Определите генотипы родителей и потомства, возможный пол котят.

Решаем задачи по плану:

• вводим буквенные обозначения доминантного и рецессивного признака, оформляем блок «Дано»: XВ – чёрная окраска, Xb –рыжая окраска, XВ Xb – черепаховая окраска.
• в данном случае нам дан результат – фенотип потомства – черепаховый и чёрный котёнок, фенотипы родителей – чёрная кошка, рыжий кот. А их генотип нужно узнать.
• определяем варианты генотипов родителей путём подбора. Чёрная кошка может иметь только один вариант окраски XВ XВ, рыжий кот тоже имеет один вариант окраски: XbY. Значит вариант решения один. Проверим его, оформив результат скрещивания.

В потомстве получился один черепаховый котёнок, один чёрный. Значит всё верно. Пишем ответ: генотипы родителей – кошка ХВХВ, кот ХbY, генотипы потомства: ХВ Хb, ХВ Y, пол котят точно можно определить: родится кошка с черепаховой окраской шерсти и чёрный кот.

Задача 2.

У кур встречается сцепленный с полом летальный ген (а), вызывающий гибель эмбрионов, гетерозиготы по этому гену жизнеспособны. Скрестили нормальную курицу с гетерозиготным по этому гену петухом (у птиц гетерогаметный пол – женский). Составьте схему решения задачи, определите генотипы родителей, пол и генотип возможного потомства и вероятность гибели эмбрионов.

• Записываем буквенные обозначения признаков: Za – в гомозиготном состоянии вызывает гибель эмбрионов (Za Za), ZA Za – гетерозигота, организм жизнеспособен.
• Определяем генотип родителей. Нормальная курица: ZAW, так как гетерогаметен у птиц женский пол, петух ZA Za.
• Составляем схему скрещивания

Оформляем ответ: 1. генотипы родителей: курица – ZAW, петух – ZA Za;

2. Пол и генотип потомства: курицы – ZA W и Za W, петухи – ZA ZA и ZA Za;
3. Вероятность гибели эмбрионов равна 25%.

Генетика пола: наследование гемофилии и дальтонизма

Известно более 370 болезней, сцепленных (или вероятно сцепленных) с Х-хромосомой. Тяжесть заболевания зависит от пола. Полное проявление болезни наблюдают преимущественно у мужчин, поскольку они гемизиготни (напивзиготни) по генам, локализованным в Х-хромосоме. Если патологический ген является рецессивным, то гетерозиготные женщины здоровы, но являются носителями этого гена, а гомозиготные женские эмбрионы преимущественно летальные. В случае доминантности аномального гена гетерозиготные женщины поражены легкой формой болезни, а гомозиготы летальные. У мужчин только одна Х-хромосома, поэтому у них Х-сцепленная болезнь чаще оказывается полностью независимо от того, доминантный патологический аллель или рецессивный.

Итак, понятие доминантного и рецессивного Х-сцепление касается конечно проявления признака у женщин, хотя и в них часто отсутствуют четкие определения доминантности или рецессивности многих болезней.

Важной особенностью Х-сцепленного наследования является то, что признак не передается по мужской линии, поскольку сын получает от отца У-хромосому. Однако все дочери отца, пораженного Х-сцепленной болезнью, наследовать аномальный аллель гена, поскольку они обязательно получают от отца Х-хромосому.

Х-сцепленные доминантные заболевания.

Эти патологии встречаются реже, чем рецессивные. Наиболее известными являются гипофосфатемический рахит, синдром Блоха — Сульцбергера (пигментные недержание), очаговая мезоектодермальна дисплазия, некоторые формы нефрогенного несахарного диабета, темная эмаль зубов. Болеют как мужчины, так и женщины.

Гипофосфатемический рахит I типа — распространенное заболевание среди детских рахит, частота которого составляет 1: 25 000. Оно обусловлено мутацией гена РНЕХ, локализованного на коротком плече Х-хромосомы (Хр22.1), который контролирует реабсорбцию (обратное поглощение) фосфатов в почечных канальцах и кишечника (рис. 5.7). Патология заключается в резком уменьшении концентрации неорганического фосфора в крови (гипофосфатемия), что может привести к нарушению процесса преобразования неактивной формы витамина и) на активную.

Мальчики болеют тяжелее, чем девочки, потому что они гемозиготни, а девочки гетерозиготные по этим геном. У матерей некоторых больных наблюдаются клинические признаки патологии в виде деформации костей или низкого роста, в других проявляется лишь гипофосфатемия натощак.

Рис. 5.7. Локализация генов некоторых патологий, сцепленных с полом

Первые признаки болезни становятся заметны в начале второго года жизни или позже, когда ребенок учится ходить. Привлекают внимание шаткая ( «утиная») походка, уменьшение двигательной активности, низкорослость, нарастающее) (-либо () образное искривление голеней и менее выраженная деформация остальных частей скелета (рис. 5.8). Иногда ребенок перестает ходить из-за болей в костях. В больных возможны спонтанные переломы.

Психически ребенок развивается нормально, но становится молчаливой, не общается со сверстниками. У девочек болезнь проявляется в легкой форме — только задержкой роста и гипофосфатемией. Иногда заболевание проходит без лечения, но возобновляется во взрослом возрасте, например у женщин во время беременности и лактации.

Рис. 5.8. Гипофосфатемический рахит 1 типа

Лечение общепризнанными дозами витамина Б безуспешно. Болезнь можно частично преодолеть только употреблением больших доз активных метаболитов этого витамина. Лечебный комплекс предусматривает также препараты кальция и фосфора. В случае тяжелых поражений скелета применяют ортопедические средства, а при необходимости и хирургическое вмешательство. С целью предотвращения деформации костей младенцу не дают слишком рано становиться на ноги и ходить.

Х-сцепленные рецессивные заболевания.

На эти болезни болеют преимущественно мужчины. Тяжесть таких патологий варьирует в широких пределах: у мужчин — от бесплодия при синдроме Леша — Найхана к сравнительно легких нарушений в виде некоторых форм облысения. К X-сцепленных рецессивных заболеваний относятся миодистрофия Дюшена, гемофилия, ангидротична эктодермальная дисплазия, врожденная гипоплазия надпочечников, адренолейкодистрофия, дальтонизм и др.

Мышечная дистрофия Дюшена является распространенной и тяжелой нервно-мышечной болезнью. ее частота составляет 1: 3000-5000 новорожденных мальчиков. Заболевания обусловлено нарушением синтеза белка дистрофина, ген которого [ВМО локализован в коротком плече Х-хромосомы (Хр21.2) (рис. 5.7).

Первые признаки болезни в виде затруднений при вставании с пола или после приседания появляются в три-пять лет. Больные не могут бегать и скакать. Заболевания заключается в прогрессирующей дистрофии мышц с постепенным до 14-15 лет обездвиживанием ребенка. Мышечную ткань заменяет жировая и соединительная, начиная с мышц ног. Признаки болезни проявляются на теле постепенно снизу вверх, нарушается моторика желудочно-кишечного тракта. На завершающей стадии атрофия захватывает мышцы лица, глотки и дыхательные мышцы, нарушаются функции сердца. У половины больных возможно снижение интеллекта до дебильности. Они погибают в течение второго-третьего десятилетия жизни.

Лечение, направленное на поддержание физической активности (специальная лечебная гимнастика) и улучшение условий жизни пациента малоэффективны. Используют протезы, которые помогают больным двигаться и замедляют формирование сколиоза. При появлении ограничения подвижности суставов показано хирургическое вмешательство. Для замедления развития болезни назначают медикаментозное лечение.

В-сцепленные болезни.

Этих патологий известно немного, поскольку мужская половая хромосома имеет незначительное количество генов (до 100), из которых идентифицировано примерно 20. Гены, определяющие такие патологии, не имеют аналогов в Х-хромосоме. Итак, В-сцепленные болезни обусловлены только одним геном, проявляются только у мужчин и передаются от отца всем сыновьям. К этим заболеваниям относятся азооспермия, гипертрихоз (волосатость краев ушных раковин), перепонки между пальцами ног и ихтиоз (чешуйчатой кожа).

На У-хромосоме человека расположено несколько десятков генов, контролирующих формирование половых признаков, в т. Ч. Развитие яичек и процесс сперматогенеза. Различные мутации в структуре этих генов, как правило, приводят к нарушению развития половой системы. Основные гены, контролирующие сперматогенез у мужчин, расположены в определенном участке длинного плеча У-хромосомы (Yqll) (рис. 5.7). Этот участок называют AZF-peviou (англ. — Azoospermic factor). Его разделяют на три субрегион — AZFa, AZFb и AZFc. В каждом из них содержатся различные гены, мутации которых приводят к широкому спектру нарушений сперматогенеза — от недостатка сперматозоидов в сперме (олигоспермии) до их полного отсутствия (азооспермии).

Частота распространения наследственной азооспермии варьирует в пределах 0,17-0,24%. Она возникает в результате микроделеций в локусе AZF В-хромосомы. Наиболее тяжело микроделеции в субрегионах AZFa и AZFb.

Эффективных средств лечения наследственной азооспермии не существует, и вероятность восстановления фертильности для больных очень мала. Однако это не означает, что их семенники не способны производить хотя бы небольшое количество нормальных гамет. Проблема заключается в том, что сейчас не существует технологии, которая бы обеспечила сепарацию зрелых сперматозоидов с их общей массы для искусственного оплодотворения. Кроме того, достаточно часто при оплодотворении спермой мужчин с нарушениями локуса AZF формируются нежизнеспособные эмбрионы.

Половые хромосомы человека X и Y имеют также гомологичные участки с аллельными генами, которые с одинаковой вероятностью имеющиеся у обоих полов. Признаки, детерминированы этими генами, наследуются по законам Менделя как обычные аутосомные признаки.

К рецессивных патологий, обусловленных аллельными генами X- и Y-хромосом, принадлежат одна из форм пигментного ксеродермы, гонадный дисгенез и общая цветовая слепота.

В результате наследственного дефекта ферментов хеликазы, участвующих в репарации (восстановлении) повреждений ДНК, наблюдается ослабление или полное отсутствие репаративных процессов в случае повреждающего воздействия на ДНК различных мутагенных факторов. В результате у человека под действием УФ-лучей солнечного света развивается редкая болезнь — пигментная ксеродерме (другие названия — пигментная атрофия кожи Брокера, атрофия кожи с меланозом и телеангиэктазиями Нейсера, прогрессирующий лентикулярный меланоз Пика). ее популяционная частота составляет 1: 250000.

По пигментной ксеродермы на открытых частях тела у детей в возрасте от трех месяцев до трех лет появляются пигментные пятна, которые постепенно превращаются в опухоли (рис. 5.9). Болезнь имеет неблагоприятный прогноз, как правило, летальный.

Рис. 5.9. Пигментная ксеродерме

Ген этой формы пигментного ксеродермы и его локализацию пока не определены. Больные должны избегать попадания на кожу солнечных лучей, использовать солнцезащитные кремы. Для лечения пигментной ксеродермы применяют специальные ароматические и клитиновидновлювальни лекарства.