Buněčné dělení Abnormality buněčného dělení a oplození

Prezentace na téma: "Buněčné dělení Abnormality buněčného dělení a oplození"— Transkript prezentace:

1 Buněčné dělení Abnormality buněčného dělení a oplození
RNDr Z.Polívková Přednáška č.402 – kurz: Dědičnost

2 BUNĚČNÝ CYKLUS INTERFÁZE, MITÓZA, CYTOKINEZE
G0 c b M a,b – G1,G2 kontrolní body c – kontrolní bod připojení mitotického vřeténka G1 G2 Progrese buněčného cyklu: postupná aktivace vazbou cyklin dependentních kináz na cykliny S a

3 Přesnost buněčného dělení zajištěna systémem kontrolních bodů
Aktivace kontrolních bodů při: DNA poškození (v G1) nekompletní replikaci (v G2) nepřipojení chromozomů (kinetochorů) na dělící vřeténko (mezi metafází a anafází) v meióze: neúplné synapsi a rekombinaci (v pachytene) Buňka nemůže pokračovat do dalšího stadia pokud všechny předchozí procesy nejsou uspokojivě dokončeny

4 Chromozómy během buněčného cyklu
G1 G2 S G1 – jednochromatidové chromozomy S – replikace (začiná na mnoha místech současně) G2 – dvouchromatidové chromozomy M - mitóza

5 Dělení somatických buněk = mitóza
= z diploidní mateřské buňky dvě diploidní dceřinné buňky Separace sesterských chromatid

6 profáze interfáze prometafáze Mitóza 2n 2n metafáze telofáze anafáze

7 Úloha specifických proteinů v mitóze:
Topoizomeráza II (TOPO II) - kondenzace chromozomů (součást komplexu nehistonových proteinů chromatinu) - vytváří přechodné dvouvláknové zlomy DNA - uvolnění spiralizace, rozpletení separace chromatid Centrozom = centrum organizující mikrotubuly – γ-tubulin, centrozominy duplikován v S fázi (cyklin E/CDK2) protein Eg5 – separace centrozomů (centriol) a jejich pohyb k polům buňky Separovaný centrozom - reorganizace mikrotubulů do mitotického vřeténka protein NuMA (nuclear mitotic apparatus) + protein dynein – napojení mitotického vřeténka na centrioly Kinetochorový protein (z rodiny kinezinů) = motorový protein – pohyb chromozomů CDC (Cell division cycle) proteiny – přechod z metafáze do anafáze Geny: MAD,BUB, APC – regulují průchod mitózou protein PRC1- role v cytokinezi a mnoho dalších

8 Meióza Dělení pohlavních buněk

9 n M I = redukční 2n = heterotypické Profáze : leptotene - počátek spiralizace zygotene - párování (synapse homologů) = bivalenty synaptonemální komplex zajištuje párování homologů párování X a Y pouze konci - sexuální váček

10 pachytene - patrny sesterské chromatidy = tetrády
crossing-over mezi nesesterskými chromatidami homologních chromozomů = rekombinace otcovského a mateřského chromozomálního materiálu diplotene - separace bivalentů - spojeny v místě crossing- overu = chiasmata (prevence předčasného rozchodu chromozomů) diakineze - maximální zkrácení chromozomů

11 Mechanismus rekombinace:
Homologní rekombinace (HR) – zahrnuje vznik dvouvláknových zlomů DNA (double strand breaks = DSB) = stejný mechanismus jako reparace dvouvláknových zlomů DNA HR začíná vytvořením dvouvláknových zlomů (DSB) v molekule DNA exonukleáza odštěpí nukleotidy z jednoho vlákna za vzniku jednovláknových 3‘ konců jednovláknové řetězce invadují k neporušené homologní sekvenci druhé dvouvláknové DNA molekuly a párují se s komplementárními sekvencemi za vzniku nestabilní molekuly DNA polymeráza β zaplní mezery v DNA molekule dle templátu neporušené molekuly nestabilita molekuly může vyústit ve vznik rekombinované molekuly (za účasti topoizomerázy), tj. crossing-over probíhá za účasti mnoha proteinů, enzymů (geny SPO11, RAD, ATR, ATM, MLH1 a další)

12 Crossing-over dvouvláknový zlom A B a b
Odštěpení nukleotidů (nukleázou) → jednovláknové 3´konce A B a b Invaze řetězců a párování poškozeného vlákna DNA s intaktním vláknem druhé dvoušroubovice homologního chromozomu A B a b A B DNA polymeráza zaplní mezery dle vzoru neporušené molekuly a b Crossing-over vznik rekombinované molekuly A B A b zlomy v oblasti Hollidayovy smyčky a spojení cut cut a B a b Podle Sumner 2003

13 Rozdíl mezi meiotickou rekombinací a reparací DSB:
Meiotická rekombinace probíhá mezi nesesterskými chromatidami homologních chromozomů (nemusí být zcela stejné – nesou různé alely pro mnoho genů) Reparace DSB v nemeiotických buňkách= rekombinace mezi sesterskými DNA molekulami

14 Metafáze: orientace párů chromozomů v ekvatoriální rovině, centromery se neštěpí Anafáze: rozchod homologů – náhodný z hlediska rodičovského původu chromozomů → náhodné kombinace otcovských a mateřských chromozomů Telofáze: haploidní sady na opačných pólech Interkineze: není replikace

15 M II = homeotypické = n ekvační n = mitotické v metafázi štěpení centromer v anafázi separace chromatid

16 I. Meiotické dělení profáze leptotene zygotene pachytene diplotene
crossing-over diakineze anafáze telofáze

17 II.Meiotické dělení anafáze

18 anafáze M I telofáze M I Rozchod chromozomů - náhodný z hlediska rodičovského původu

19 II.Meiotické dělení anafáze telofáze

20 Spermatogeneze zahájení v době sexuální zralosti, cyklus 64 dní
předchází 200 a více mitotických dělení růst mitotické dělení → spermatogonie →primární spermatocyt (diploidní) MI MII → 2 sekundární spermatocyty (haploidní) → 4 spermatidy (haploidní) diferenciace → spermie

21 Spermatogeneze – v době sexuální zralosti
spermatogonie Mitotické dělení růst primární spermatocyt M I sekundární spermatocyt meioza M II spermatidy zrání, diferenciace spermie Spermatogeneze – v době sexuální zralosti

22 Spermatogeneze M I M II 2n n n spermatogonie spermatida
primární sekundární spermatocyt spermie

23 Oogeneze počátek v době embryonálního vývoje
Cca 30 mitotických dělení oogonie (centrum vývoje folikulu) MI do konce profáze růst dictyotene(=diplotene) 3. měsíc embryonál.života primární oocyt zde v době porodu- dělení zastaveno až do doby sexuální dospělosti pak v pravidelných intervalech vždy 1oocyt dokončí MI sekundární oocyt + pólové tělísko MII sek.oocyt v metafázi MII ovulace - anafáze a telofáze pouze je-li oocyt oplozen (ve vejcovodu)

24 Oogeneze – začátek v prenatálním období
oogonie Mitotické dělení růst primární oocyt 3.měs.fetál.života dictyotene MI v době porodu M I meioza 1.pol.tělísko Metafáze MII ovulace M II sekundární oocyt 2.pol.tělísko Anafáze,telofáze po oplození Oplození – pronukleus vajíčko dokončí MII- pronukleus zygota Oogeneze – začátek v prenatálním období pokračování v době sexuální dospělosti

25 Oogeneze a fertilizace
I. meiotické dělení polové tělísko oogonie primární sekundární oocyt n 2n fertilizace a II.meiotické dělení

26 http://www. spacesciencegroup. nsula. edu/sotw/newlessons/defaultie

27 VÝSLEDEK OOGENEZE dlouhý interval mezi započetím a dokončením
z 1 diploidní buňky = 1 vajíčko (většina cytoplasmy) + 2 až 3 pólová tělíska úbytek mnoha buněk: v 5. měsíci fetálního života x 106 buněk v době porodu x 106 buněk v pubertě buněk ovuluje buněk dlouhý interval mezi započetím a dokončením meiotického dělení = faktor nondisjunkce u starších žen !!!

28 Oplození vajíčka v metafázi MII spermie menší, nejsou zásobní látky akrozomální váček - enzymy vaječná b. - zásobní látky pod cytoplazmat.membránou sekreční váčky (kortikální granula) vně zona pellucida

29 spermie = samčí pronukleus (22 autozomů + 1 gonozom-X nebo Y) vajíčko dokončí MII = samičí pronukleus (22 autozomů+1 gonozom X) fuze haploidních jader = zygota - replikace - mitotické dělení

30 Genetické důsledky meiózy
redukce diploidního počtu chromozomů na haploidní segregace alel v MI, MII (segregují spolu s homologními chromozomy v MI) náhodný rozchod chromozomů – náhodné kombinace chromozomů v gametách (náhodné dle rodičovského původu) zvýšení genetické variability crossing-overem (segregující chromozom složen z částí mateřského a otcovského původu)

31 Chyby v meióze Nondisjunkce v MI – nerozdělení homologních chromozomů v MII – nerozdělení chromatid Důsledky: pro 1 pár – dizomická nebo nullizomická gameta (trizomie - 47chromozomů, monozomie - 45 chromozomů po oplození) pro celou sadu – diploidní gameta (triploidie po oplození- 69 chromozomů) Opoždění 1 chromozomu v anafázi Důsledek: nullizomická gameta – monozomie po oplození (45 chromozomů)

32 Chyby v meióze 46 46 M I 23 24 22 23 M II 23 23 23 23 24 24 22 22 nondisjunkce v M I důsledek: trizomie/monozomie po oplození normální průběh meiózy

33 46 46 M I 23 22 23 23 (X chrom.) M II 24 22 23 23 22 22 23 22 Opoždění chromozomu v anafázi M I nebo M II Důsledek: monozomie po oplození Nondisjunkce v M II Důsledek: trizomie/monozomie po oplození

34 46 46 M I 46 23 23 M II 46 46 23 23 46 Chyby v meióze – nondisjunkce celé sady chromozomů (v M I nebo M II) Důsledek: neredukovaná gameta, triploidie po oplození

35 Chyby crossing-overu Nerovnoměrný crossing-over nebo crossing-over mezi strukturně změněným chromozomem a normálním homologem → nebalancované aberace Chybné štěpení centromery příčné štěpení centromery - izochromozom

36 Chyby v mitóze Nondisjunkce ( postzygotická)
Opoždění v anafázi (postzygotické) mozaicismus – 2 nebo více linií buněk s různým karyotypem v jednom organismu ! Endoreduplikace - dělení chromozomů bez dělení buňky – selhání cytokineze

37 46 46 46 46 46 47 45 46 46 46 46 47 47 Nondisjunkce v mitóze – vznik mozaiky - trizomie/normální chrom.vybavení (monozomie autozomu je letální)

38 Chyby v mitóze – mozaika Nondisjunkce opoždění v anafázi
46 46 - X 47 46 45 45 47 47 46 46 45 45 45 45 Chyby v mitóze – mozaika Nondisjunkce opoždění v anafázi Důsledek: trizomie/monozomie (X) monozomie (X) v mozaice s v mozaice normální buněčnou linií

39 Vznik mozaiky z trizomické zygoty
ztráta chromozomu

40 Endoreduplikace – dělení chromozomu bez dělení buňky
46 92 tetraploidie

41 Chyby fertilizace Dispermie – oplození vajíčka 2 spermiemi – triploidie (69 chromozomů) Vznik chiméry – oplozením vajíčka a pólového tělíska, každé jednou spermií a fůzí obou zygot – detekujeme, pokud spermie mají odlišný gonozom (46,XX/46,XY)

42 Dispermie - oplození vajíčka 2 spermiemi
Poruchy oplození 23X 23X 23,X 23,X 23Y 46 XX 69 XXY oplození Dispermie - oplození vajíčka 2 spermiemi

43 oplození vajíčka a pólového tělíska – vznik chiméry 46XX/46,XY

44 Partenogeneze Ovariální teratom – původ z oocytů po prvním meiotickém dělení- duplikací samičí sady chromozomů (dělení neoplozeného vajíčka) karyotyp buněk benigního tumoru je 46,XX (má také maligní formu) přítomnost různých druhů tkání (kůže, chrupavka, štítná žláza atd.)

45 Hydatiformní mola – kompletní
(hypertrofie trofoblastu bez přítomnosti fetální tkáně) karyotyp 46,XX (XY), ale pouze samčí sady chromozomů Vznik: a) duplikace chromozomů spermie v enukleovaném vajíčku (90%) b) dispermie a enukleované vajíčko (10%) x Hydatiformní mola částečná (hypertrofie trofoblastu + redukované embryonální tkáně) = triploidie s otcovskou nadpočetnou sadou chromozomů

46 Mechanizmy vzniku úplné moly
23X 23X enukleované vajíčko a dispermie enukleované vajíčko 23Y Duplikace chromozomů 46 XX 46 XY Mechanizmy vzniku úplné moly

47 Jestli se někdy cítíš malý(á), neužitečný(á),deprimovaný(á),
na konci se silami, vždy si vzpomeň, že jsi jednou byl (a) nejrychlejší, nejúspěšnější a jedinou vítěznou spermií ze sto miliónů dalších!

48 Thompson &Thompson: Klinická genetika,6. vyd.
Kap. 2: Chromozomální podstata dědičnosti: podkapitoly: Mitóza,Meióza, Lidská gametogeneze a fertilizace, Klinický význam mitózy a meiózy Kap. 9 Základy lidské cytogenetiky(část): Abnormality počtu chromozomů, Mozaicismus, Cytogenetika hydatidózní moly a ovariálních teratomů + doplnění informací z prezentace Prezentace: