Нерасхождение хромосом в мейотических делениях, приводящее к возникновению функционирующих гамет с нарушенными комплексами хромосом, представляет генетическую опасность для человека. Имеются данные для дрозофилы, что действие ионизирующей радиации повышает частоту нерасхождения хромосом. Есть основания полагать, что повышение фона ионизирующей радиации вокруг Земли увеличит частоту появления много-численных заболеваний и дефектов в развитии, обусловленных нерасхождением хромосом в мейозе у родителей.
Возможные механизмы нерасхождения хромосом в мейозе за последние годы подвергнуты тщательному анализу (Stern, 1960; Stewart, 1960, 1962).
Если нерасхождение произойдет в одной паре хромосом в сперматогенезе у человека, его последствием будет формирование двух типов спермиев — с 22 и 24 хромосомами; если же нерасхождение произойдет в оогенезе, один из нарушенных хромосомных наборов, отошедший в полярное тельце, не реализуется, дегенерирует.
В результате слияния в процессе оплодотворения гаметы с 22 или 24 хромосомами с нормальной гаметой, содержащей 23 хромосомы, возникают анэуплоидные зиготы, из которых развиваются индивидуумы, все клетки которых содержат 45 хромосом в одном случае и 47 — в другом (рис. 16).
Мейотическое нерасхождение в одной паре хромосом влечет за собой, следовательно, возникновение особей, у которых одна хромосома в наборе не будет иметь гомологичного партнера (моносомия), либо особей, у которых эта хромосома будет представлена не парой, а тремя хромосомами (трисомия).
Нерасхождение может произойти не в одной, а в нескольких парах хромосом — в результате возникают особи, которые представляют собой трисомиков не по одной, а по нескольким хромосомам. К такому же результату приведет нерасхождение в гаметогенезе у каждого из родителей. Нерасхождение в гонаде нормального субъекта носит название первичного нерасхождения; нерасхождение, которое неизбежно произойдет в мейозе у субъекта, уже являющегося трисомиком, носит название вторичного нерасхождения.
Следует иметь в виду, что хотя термин «нерасхождение» обозначает ненормальное поведение гомологичных хромосом в мейотических делениях (подавление их разъединения после конъюгации), однако часто исходной причиной может быть подавление конъюгации двух гомологов, которые ведут себя, как униваленты: в этом случае в результате случайного распределения две гомологичные хромосомы могут разойтись к разным полюсам (нормальное расхождение) или обе отойдут к одному полюсу (нерасхождение). Различают три типа первичного нерасхождения: простое, двойное и последовательное нерасхождение.
Рассмотрим три этих типа на примере половых хромосом человека.
1. Простое нерасхождение имеет место в течение первого и второго мейотического деления. В оогенезе оно может дать исключительные гаметы: например, при нерасхождении в системе половых хромосом возникнут яйцеклетки с хромосомами О или XX и, следовательно, ненормальные зиготы с половыми хромосомами ХО, YO, XXX или XXY.
Простое нерасхождение в сперматогенезе может дать исключительные гаметы в случае половых хромосом — спермии с хромосомами XY, XX, YY или без половой хромосомы и, следовательно, ненормальные зиготы с половыми хромосомами ХО, XXY, XXX или XYY.
2. Двойное нерасхождение состоит в простом нерасхождении, происходящем и у мужчины, и у женщины. Поэтому оно может дать ненормальные зиготы с половыми хромосомами 00 YY, XXX, ХХХХ или XXYY.
3. Последовательное нерасхождение в течение первого, а затем второго мейотического деления в оогенезе может дать новые типы исключительных гамет — яйцеклетки с хромосомами XXX и ХХХХ и соответственно зиготы с половыми хромосомами XXXY, XXXXY, ХХХХ и ХХХХХ. Сходным образом последовательное нерасхождение в течение сперматогенеза может дать спермии XXY, XYY или XXYY и зиготы с половыми хромосомами XXX, XXYY или XXXYY.
Таким образом, возможны несколько типов ненормальных зигот как следствие нерасхождении в первом, втором или в обоих мейотических делениях в оогенезе, сперматогенезе или в них обоих (табл. 2).
Возможно, что у человека действуют почти все или даже все эти механизмы нерасхождении и с одинаковой частотой в первом и втором мейотических делениях, так же как с одинаковой частотой при оогенезе и сперматогенезе. Дальнейшая судьба исключительных гамет определяется отбором, который может различно протекать у мужчин и женщин. Многочисленные данные показывают, что частота случаев синдрома Клайнфельтера (XXY) и синдрома Дауна (трисомия хромосомы 21) повышается с возрастом матери, а не с возрастом отца. Следовательно, у матерей яйцеклетки, содержащие хромосомы XX или 21, 21, жизнеспособны. Имеются указания, что с возрастом у человека частота клеток с нарушенными наборами хромосом заметно повышается (Jacobs, Caurt Brown, 1961).
Анализ все увеличивающейся литературы по дефектам развития, связанным с нерасхождением хромосом, позволяет заключить, что одна уже имевшая место ненормальность в расхождении (или конъюгации) хромосом влечет за собой дальнейшие нарушения в их поведении.
Большой интерес представляет в этом отношении недавно описанный случай у мужчины с системой половых хромосом XYY (Hanschka, Hasson, Goldstein и др., 1962). Редкость подобных случаев обусловлена тем, что они ограничены только сперматогенезом и только вторым мейотическим делением.
У 50% потомства этого пациента (5 человек) зарегистрированы резкие дефекты в развитии. Есть основания предполагать, что здесь имеется случай семейного предрасположения к хромосомному нерасхождению.
Нерасхождение в мейозе у человека может затронуть любую из 23 пар его хромосом и, следовательно, теоретически можно ожидать 23 различных типа отклонений от нормального развития, вызванных трисомией, и столько же случаев дефектов развития, вызванных моносомией. Многие подобные случаи уже обнаружены у пациентов — синдром Дауна, Клайнфельтера, синдром хромосомы 18, хромосом группы D и т. д. и у эмбрионов в случаях спонтанного аборта. Мейотическое нерасхождение приводит к развитию особей, все клетки которых содержат ненормальный анэуплоидный набор хромосом.