В обзоре рассматриваются современное состояние, возможности и перспективы использования интерфазной цитогенетики в оценке геномных мутаций в соматических клетках человека и животных для целей генетической токсикологии и анализа генетической нестабильности. Обсуждаются возможные механизмы действия мутагенов, вызывающих числовые хромосомные нарушения.

Fluorescence in situ hybridization (FISH) was used to compare aneuploidy rates in four autosomes and two sex chromosomes in interphase nuclei of noncultivated (quiescent) and cultivated (induced to divide with phytohemagglutinin (PHA)) leukocytes in people engaged in nuclear-chemical industry and in a control group of people not exposed to mutagenic factors occupationally or at home. The overall rates of numerical chromosome aberrations for all of the six chromosomes studied showed little difference, although a higher rate of loss of the X- and Y-chromosomes was observed in the exposed group. In individuals exposed to several adverse environmental factors, the overall rate of numerical chromosome aberrations in cultivated cells after at least one DNA replication cycle exceeded that in noncultivated cells by 52% (P = 0.01), whereas only a trend for its increase was observed in the control group (23%, P = 0.25). Thus, the effect of adverse environmental factors in humans caused more than a twofold increase in the difference between the rates of aneuploid cells in cultivated and noncultivated leukocytes in the exposed group as compared to control. It is conjectured that cell division is accompanied by the expression of potential damage of mitotic chromatid segregation apparatus accumulated in vivo. These defects, realized during cell division, bring about numerical chromosome aberrations.

С помощью метода флуоресцентной гибридизации in situ (FISH) проведен сравнительный анализ частоты анеуплоидии по четырем аутосомам и двум половым хромосомам в интерфазных ядрах некультивированных (покоящихся) и культивированных (стимулированных к делению с помощью ФГА) лейкоцитов у работников ядерно-химического производства и контрольной группы лиц, не подвергавшихся бытовым и профессиональным мутагенным воздействиям. В некультивированных клетках обеих групп индивидов общая частота числовых нарушений по всем шести исследованным хромосомам оказалась близкой, хотя и отмечалась более высокая частота потерь Х- и Y-хромосом в опытной группе лиц. У индивидов, подвергшихся воздействию комплекса вредных внешнесредо-вых факторов, суммарная частота числовых нарушений хромосом в культивированных клетках, прошедших как минимум один цикл репликации ДНК, возросла в среднем на 52% по сравнению с некультивированными (Р = 0.01), в то время как в контрольной группе лиц наблюдалась только тенденция к ее возрастанию (23%, Р = 0.25). Таким образом, воздействие вредных внешнесредовых факторов на человека вызвало более чем двукратное повышение разности между частотами анеуплоидных клеток в культивированных и некультивированных лейкоцитах в опытной группе и в контроле. Высказана гипотеза, что в ходе клеточного деления происходит экспрессия накопленных клетками in vivo потенциальных повреждений аппарата митотической сегрегации хроматид. Эти аномалии, реализующиеся при делении клетки, приводят к числовым хромосомным нарушениям.

We have previously reported a high rate of tetranucleotide DNA repeat mutations, including mutations of both germline and somatic origin, in spontaneous human abortions. To analyze in more detail mutational microsatellite (MS) variability in meiosis and its possible association with disturbed embryonic development, we have conducted a comparative study of mutation rates of a panel of 15 autosomal tetranucleotide MSs in 55 families with healthy children and in 103 families that have had spontaneous abortions with normal karyotypes. In the families with miscarriage, the gametic MS mutation rate was higher than in the families with normal reproductive function (4.36 × 10−3 versus 2.32 × 10−3 per locus per gamete per generation), but this difference was statistically nonsignificant (P = 0.25). No association of MS mutations with familiar miscarriage was found. Mutations at the MS loci studied were recorded almost 3 times as often in spermatogenesis as in oogenesis, which is likely to result from a greater number of DNA replication cycles in male germline cell precursors than in female ones. Mutations increasing and reducing the MS sequence length appeared at virtually the same rate. Changes in MS DNA sequence length per one repeated element, i.e., single-step mutations (93% of cases) exceeded all other events of allele length change. The highest number of mutations (81.2%) was found in longer alleles. This distribution of mutations by size, direction, and parental origin corresponds to the multistep mutation model of their emergence via mechanism of DNA strand slippage during replication.

The compositions and frequencies of Y-chromosome haplogroups identified by genotyping 23 biallelic loci of its nonrecombining region (YAP, 92R7, DYF155S2, 12f2, Tat, M9, M17, M25, M89, M124, M130, M170, M172, M174, M173, M178, M201, M207, M242, M269, P21, P25, and P37) have been determined in a sample of 68 Belarussians. Eleven haplogroups have been found in the Belarussian gene pool (E, F*, G, I, I1b, J2, N3a*, Q*, R1*, R1a1, and R1b3). Haplogroup R1a1 is the most frequent; it includes 46% of all Y chromosomes in this sample. The frequencies of haplogroups I1b and I are 17.6 and 7.3%, respectively. Haplogroup N3a* is the next in frequency. The frequencies of haplogroups E, J2, and R1b3 are 4.4% each; that of R1* is 3%; and those of F*, G, and Q* are 1.5% each.

Установлены состав и частоты гашюгрупп Y-хромосомы, определяемых на основании генотипиро-вания двадцати трех диаллельных локусов ее нерекомбинирующей части (YAP, 92R7, DYF155S2, 12/2, Tat, М9, Ml 7, М25, М89, Ml24, Ml30, M170, M172, M174, M173, M178, M201, M207, M242, M269, P21, P25 и Р37) в выборке белорусов (68 индивидов). В генофонде белорусов выявлено одиннадцать гаплогрупп (Е, F*, G, I, lib, J2, N3a*, Q*, Rl*, Rial, Rlb3). Наиболее распространенной гаплогруппой является Rial, которая охватывает около 46% всех Y-хромосом в этой выборке. Гаплогруппы lib и I представлены с частотой 17.6 и 7.3% соответственно. Третьей по численности является N3a*. Гаплогруппы Е, J2 и Rlb3 составляют по 4.4%, R1* - 3%, а гаплогруппы F*, G и Q* по 1.5% каждая.

The dynamics of population marriage structure in the period from 1951 to 1997 has been studied in three villages of Altai Republic: Kulada (Ongudaisk raion), Beshpeltir (Chemal raion), and Kurmach-Baigol (Turochak raion). These populations have been found to differ from one another in the intensity and direction of migration, as well a its temporal pattern with respect to the birthplaces and ethnicity of persons contracting marriages. Periods of active incorporation of non-Altaian (mostly Slavic) ethnic components into the gene pools of the Beshpeltir and Kurmach-Baigol populations have been detected. The geographic distributions of the birthplaces of men and women contracting marriages are different. Therefore, migration has different effects on the genetic diversity of the Y-chromosomal and mitochondrial-DNA pools. No isonymic marriages have been found in the Altaian populations studied; however, an increase in the random component of inbreeding has been observed.

В статье приведены результаты изучения динамики брачной структуры трех сельских алтайских популяций (села: Кулуда Онгудайского р-на, Бешпельтир Чемальского р-на и Курмач-Байгол Туро-чакского р-на) за период с 1951 по 1997 год. Показано, что изученные популяции различаются по интенсивности и направленности миграционных потоков и их временной динамике по таким показателям, как места рождения супругов и их национальная принадлежность. Для бешпельтирской и курмач-байгольской популяций имели место периоды активного включения в генофонд других, главным образом славянских этнических компонент. В популяциях наблюдали различия в структуре мест рождения женихов и невест. Это означает, что миграционные процессы по-разному влияют на формирование генетического разнообразия пула Y-хромосомы и митохондриальной ДНК. В обследованных сельских алтайских популяциях не было зарегистрировано изонимных типов браков, однако наблюдался рост величины случайной компоненты инбридинга.

Objective: To develop a mathematical model for more precise estimation of the incidence of chromosomal abnormalities and the sex ratio among spontaneous abortions masked by maternal cell contamination.

Design: Retrospective analysis.

Setting: Academic medical center.

Patient(s): One hundred twelve samples of spontaneous abortion with a ""46,XX"" karyotype and 97 parents with aborted embryos.

Intervention(s): The presence of Y chromosome DNA in native tissues of ""46,XX"" spontaneous abortions was detected by amelogenin locus analysis. Detection of aneuploidies in noncultured tissues of ""46,XX"" abortions was performed by microsatellite DNA analysis and confirmed by fluorescence in situ hybridization.

Main outcome measure(s): Accuracy of cytogenetic evaluation of spontaneous abortions.

Result(s): Y chromosome DNA was revealed in 16% of the embryos with a ""46,XX"" karyotype. According to the mathematical model proposed, the frequency of chromosomal abnormalities in a sample of 478 abortions increased from 54.6% to 60.3%, and the sex ratio in embryos with normal karyotype changed from 0.66 to 1.02. The experimental validation of the model has shown that the observed and expected incidences of chromosomal abnormalities in ""46,XX"" abortions were in good agreement.

Conclusion(s): Maternal cell contamination clearly affects the incidence of registered chromosomal abnormalities and the sex ratio in spontaneous abortions. Correction for maternal cell contamination should be taken into account before invoking biological explanations of sex ratio bias and might be useful to include in diagnostic reporting.

The review considers the current state, possibilities, and perspectives of using interphase cytogenetics in the estimation of genomic mutations in human and animal somatic cells for aims of genetic toxicology and genetic instability analysis. Possible mechanisms underlying action of mutagens causing numeric chromosome aberrations are discussed.

Ранее нами у спонтанно погибших зародышей человека с нормальным кариотипом была обнаружена высокая частота мутаций тетрануклеотидных повторов ДНК, включающая мутации как гамети-ческого, так и соматического происхождения. С целью более детального анализа особенностей мутационной изменчивости микросателлитов (МС) в мейозе и ее возможной связи с нарушением эмбрионального развития проведено сравнительное исследование частоты мутаций комплекса из 15 аутосомных тетрануклеотидных МС в 55 семьях со здоровыми детьми и в 103 семьях со спонтанными абортусами с нормальным кариотипом. В семьях с невынашиванием беременности частота гаметических мутаций МС была более высокой, чем в семьях с нормальной репродуктивной функцией - 4.36 х 10""-3 и 2.32 х 10~3 на локус на гамету на поколение соответственно, однако это различие оказалось статистически недостоверным (р = 0.25). Не выявлено также связи мутаций МС с привычным невынашиванием беременности. Мутации изученных МС локусов почти в 3 раза чаще регистрировались в сперматогенезе по сравнению с оогенезом, что, по-видимому, обусловлено большим числом циклов репликации ДНК предшественников мужских половых клеток по сравнению с женскими. Мутации, увеличивающие и уменьшающие длину последовательности МС, возникали практически с равной частотой, а изменения длины последовательности ДНК в МС на 1 повторяющийся элемент, т.е. одношаговые мутации (93% случаев), преобладали над другими событиями изменения размера аллелей. Большинство мутаций (81.2%) возникало в более длинных аллелях. Такое распределение мутаций МС по величине, направленности и родительскому происхождению соответствует многошаговой мутационной модели их возникновения с помощью механизма проскальзывания цепей ДНК в ходе репликации.

В работе суммированы результаты исследования генофонда тувинского этноса. Анализ генетического разнообразия и дифренциации тувинцев проведен по трем системам молекулярна-генетических маркеров — инсерциям мобильного генетического элемента ALu, аутосомным микросателитным локусам и линиям Y-хромосомы. Результаты анализа демонстрируют высокий урвень генного разнообразия и существенную степень дифференциации генофонда населения Тувы. Совокупность данных по аутосомным ALu -повторам свидетельствует об общности современного тувинского генофонда. В то же время в рамках этой общности просматривается некоторое своеобразие населения запада Туяы, связанное, вероятно, с большей долей европеоидной компоненты в его генетическом пуле. Анализ аутосомных микросателлитов выявил генетические отличия тоджинцев от остального коренного населения Тувы. Исследование генетических взанмоотношений тувинцев с этносами сопредельных территрий показало их наиболее близкое родство с другими тюрками Алтае-Саян (северными и южными алтайцами), Это родство отражает общность эволюции генофонда алтае-саянских популяций, как в доисторический период, так и в историческое время их этногенеза. В пуле Y-хромосом тувинцев, доминирует несколько гаплогрупп как восточноевразийского (монголондного) так и западоевразийского (европеондного) пронсхождения. По линиям Y-кромосомы у тувинцев, как и у других народов Алтая и Саян, также наблюдается наиболее высокая среди других монголоидных этносов Северной Евразии доля линий западно-евразийского (европеоидного) происхождения.

Цель работы изучение груза менделирующей наследственной патологии и врожденных пороков развития я Республике Тыва. Получены новые знания по состоянию здоровья населения Республики Тыва: определен уровень стягощенности населения наследственными мениделирующими заболеваниями для тувинцсв в различных районах Республики. Суммарный груз моногенной наследственной патологий составил 2,1 на 1000 населения. Уточнен спектр наследственной патологии по районам Республики. Определены базовые частоты врожденных пороков развития у детей г, Кызыла на основе использования трех различных систем их ретистрации: а) 9 легко диагностируемых форм у детей первых семи дней жизни (5,4 %); б) 19 форм, учитываемых в Европейском регистре «EUROCAT» (9,5%); в) всех форм врожденных пороков развития, регистрируемых у детей в возрасте до одной года жизни (17.0%).