Геном человека. Энциклопедия, написанная четырьмя буквами - Тарантул Вячеслав Залманович - Страница 30

ХРОМОСОМЫ — ОТДЕЛЬНЫЕ ЧАСТИ ЦЕЛОГО

(краткие аннотации)

Природа — единственная книга,

на всех своих страницах заключающая

глубокое содержание.

И. Гёте

Итак, мы уже знаем, что Энциклопедия человека состоит из 24 отдельных томов — хромосом, которые исторически были пронумерованы согласно цитологически измеренному размеру: наибольший размер у хромосомы 1 (том № 1) и наименьший — у хромосомы 22 (том № 22). Хотя со временем выяснилось, что хромосома 22 содержит больше ДНК, чем хромосома 21, порядок нумерации томов не стали менять, чтобы не вносить путаницу. Отдельно идут две половые хромосомы: X и Y (условно их можно назвать томами № 23 и № 24). Разные тома Энциклопедии сильно отличаются друг от друга как по числу страниц (размер ДНКового текста в хромосомах человека варьирует от 50 до 280 млн. п. н.), так и по важности того текста, который в них записан (в первую очередь по числу и свойствам генов). Тем не менее, только совокупность всех хромосом обеспечивает клетки полной информацией, позволяющей человеку нормально развиваться и жить.

В Энциклопедии женщин в норме содержится лишь 23 тома из 24-х, и все они представлены в соматических клетках двумя экземплярами. У мужчин же в клетках содержится вся Энциклопедия человека (все 24 тома-хромосомы), но два из них (хромосомы X и Y) существуют в единичных экземплярах. Это весьма строгое правило. Но, как и любое другое, оно не без исключений. В огромной человеческой популяции встречаются разные варианты. Известно множество хромосомных аномалий, и все они приводят к тяжелым хромосомным болезням человека. Их можно разделить на две группы: вызванные геномными мутациями, т. е. изменением числа хромосом (полиплоидии, анеуплоидии) при сохранении структуры последних, и обусловленные хромосомными мутациями, т. е. изменением структуры хромосомы (транслокации, делеции, инверсии).

В отсутствие любой из пар томов-хромосом в Энциклопедии человека жизнь конкретного индивидуума становится невозможной. Причина понятна — исчезает целостный план-эскиз, необходимый для формирования и/или существования организма. При потере по каким-либо причинам только одной из пары хромосом состояние человека сильно отличается от нормы. Так, например, изредка у людей встречается синдром Шерешевского—Тёрнера, который обусловлен моносомией по X-хромосоме. Этот синдром сопровождается недоразвитием половых органов, низким ростом и рядом врожденных пороков развития. Частичная моносомия хромосомы 5 (потеря части короткого плеча этой хромосомы) приводит к синдрому кошачьего крика. У детей с этой аномалией отмечается необычный плач, что обусловлено изменением гортани, а также черепа и лица. Здесь можно провести такую аналогию. Если в типографии при плохом издании многотомного произведения произойдет потеря лишь одного из томов или только части текста в одной из глав, это сделает издание неполноценным и существенно обеднит его для читателя.

С другой стороны, трудно себе представить, что кто-то, покупая многотомное издание, приобретет какой-то том в двойном количестве. Иногда при издании книг в результате типографических ошибок значительная часть текста повторяется несколько раз, что, безусловно, плохо характеризует издательство и вызывает раздражение у читателя. Такое же «раздражение» возникает и в клетках организма при появлении в нем изредка в силу тех или других причин большего числа томов-хромосом, чем в норме. Вроде бы ничего страшного не произошло — просто определенная информация дублировалась. Но и это чаще всего приводит к серьезным патологиям. Наиболее известная из них — болезнь Дауна, возникающая у людей, содержащих три хромосомы 21 (трисомия) вместо двух. Клинический синдром Клайнфелтера обусловлен трисомией XXY.

В таблице 5 приведены общие сведения о размерах молекул ДНК, содержащихся в отдельных хромосомах, суммарном числе генов в каждой из хромосом и количестве генов, которые к настоящему времени ассоциированы с разнообразными патологиями человека, а также о числе снипсов, о которых мы уже упоминали выше.

Представленные в таблице 5 данные на сегодняшний день отражают хотя и довольно точную, но пока еще некую приближенную к абсолютной ситуацию (до сих пор имеются небольшие отличия при сравнении разных источников и разных баз данных). Предстоит еще полностью закончить секвенирование генома человека, затем необходимо найти и изучить функции всех генов и других элементов генома. Поэтому пока еще нельзя дать полную и окончательную характеристику всех томов Энциклопедии человека. Но тем не менее общий план уже ясен, уже выявлены некоторые хромосомо-специфические моменты, особенности устройства отдельных хромосом.

Одной из целей исследования генома человека являлось построение точной и подробной карты всех этих хромосом. Генетическая карта представляет собой схему, описывающую порядок расположения на хромосоме генов и других генетических элементов-маркеров, а также расстояние между ними. Карты генома, как и географические карты, можно строить в разном масштабе. Максимально возможный уровень разрешения, достигаемый на генетической карте, — один нуклеотид, т. е. одна буква молекулы ДНК. В таком варианте генетическая карта не менее точна, чем, скажем, химическая формула, алгоритм или чертеж. Но для изображения таких карт генома человека требуется несколько сотен тысяч книг.

На рис. 29 изображены карты всех хромосом человека в уменьшенном масштабе, позволяющем наглядно отразить ряд основных параметров, характерных для хромосом: распределение снипсов, распределение установленных и гипотетических генов, расположение повторов, а также количество ГЦ-пар нуклеотидов в разных участках. Если эти карты рассматривать по отдельности, то может сложиться впечатление, что они очень похожи. Но при детальном сравнении выясняется, что на самом деле они существенно отличаются. «Узоры» расположения разных элементов на представленных картах весьма индивидуальны для разных хромосом, их можно сравнить с папиллярными узорами пальцев, которые строго специфичны для каждого человека.

Таблица 5. Общая характеристика хромосом — Из базы данных Ensembl http://www.ensembl.org (октябрь 2002 г.)

Теперь дадим по отдельности краткие аннотации содержанию ДНКовых текстов человека, расположенных в 24 томах-хромосомах. Начнем по порядку, т. е. с самой большой хромосомы под номером 1.

Хромосома 1

Эта наибольшая по физическим размерам и по содержанию ДНК хромосома человека. На ее долю приходится почти 10% генома человека. Поскольку хромосома 1 самая большая, то вполне естественно, что в ней содержится больше всего генов и больше всего снипсов, то есть полиморфных участков. По последним оценкам число генов в этой хромосоме приближается к 3000. Гены и снипсы расположены неравномерно вдоль хромосомы, они практически отсутствуют в области центромеры.

Подавляющая часть снипсов концентрируется в трех участках хромосомы 1. В этой хромосоме имеется множество (порядка 160) генов, связанных с разнообразными заболеваниями человека. Многие из этих болезней едва ли знакомы читателю, но для тех, кто с ними столкнулся в жизни, они являются как правило очень большой бедой. Перечислим лишь некоторые из них, связанные с генами хромосомы 1: болезнь Альцгеймера, нейропатия–2а, болезнь Гоше, синдром Чедиака—Хигаси, рак протоков молочной железы, кардиомиопатия, катаракта, эктодермальная дисплазия, гипотироидизм, острая лимфобластная лейкемия, нейробластома, рак простаты, атеросклероз.

Хромосома 2

Это вторая по размерам хромосома. Наибольшая плотность снипсов имеется в районе центромеры, а вот повторы здесь практически отсутствуют. На единицу длины в ней содержится заметно меньше генов, чем в хромосоме 1 и ряде других хромосом. Тем не менее, число заболеваний, связанных с мутациями в генах этой хромосомы, достаточно большое. Вот некоторые из них: синдром Альстрема, голопрозенцефалия 2, дистрофия большеберцовой мышцы, аутосомно-рецессивная глухота–9, дистрофия мышц конечности 2b, рак прямой кишки, цистинурия, диабет, фиброматозис, гипотироидизм, ожирение, болезнь Паркинсона, тромбофилия, синдром Валленберга, синдром Гилберта и др.