Cytogenetika človeka II Chromozómy a reprodukcia meióza – typ bunkového delenia, pri kt. počas gametogenézy vznikajú pohlavné bunky (gaméty) s haploidným počtom chromozómov) meióza zabezpečí, že do gamét sa dostane len jeden člen homologického páru autozómov a páru gonozómov pozostáva z 2 zrecích delení: redukčné delenie – počet chr. sa redukuje na haploidný ekvačné – počet chr. sa nemení meióza u ženy a muža prebieha odlišne

Meióza sekundárny gametocyt

Meióza: profáza I

Meióza: od metafázy I po gamétu

Genetické dôsledky meiózy distribúcia homologických chrom. je náhodná (bez ohľadu na maternálny/paternálny pôvod) teoretický počet kombinácií gamét: 223 = 8,4 mil. kombinácia gamét 2 rodičov: 223 x 223 = 7 x 1013 táto variabilita je ešte zvýšená rekombináciami (40 – 60 na jednu bunku) rekombinácia – tvorba novej kombinácie syntenických génov (kt. sa u rodičov nenachádza) v dôsledku crossing-overu žiadni dvaja ľudia (okrem MZ dvojčiat) nemôžu byť geneticky identickí

Gametogenéza ovogenéza – vývin pohlavných buniek u ženy spermiogenéza – vývin pohlavných buniek u muža meióza u ženy a muža prebieha odlišne spermiogenéza začína sa až v puberte a trvá krátko (60 – 65 dní) je kontinuálna počas fertilného obdobia z jednej spermiogónie vznikajú 4 spermie ovogenéza niekoľko týždňov pred pôrodom sa ukončí profáza prvého meiotického delenia (oocyty v tomto štádiu – dyktioten - zotrvajú až do puberty) druhé meiotické delenie sa uskutoční až v okamihu oplodnenia (13 – 50 rokov od začiatku meiózy) z jednej ovogónie vznikne len jedno vajíčko (3 pólové telieská)

Schéma gametogenézy

Chromozómy a patologické stavy chromozómové varianty morfologická variabilita chr., podmienená predovšetkým úchylkami v množstve heterochromatínu (Yq+, oblasť krátkych ramien a satelitov chr. skupiny D a G, ...) klinický význam nie je jednoznačne objasnený väčšinou bez fenotypového efektu časť nositeľov má nešpecifické abnormality zvýšené riziko nondisjunkcie v rodinách, kde segregujú ? chromozómové aberácie v širšom zmysle všetky úchylky chromozómov numerického alebo štrukturálneho charakteru spojené s patologickým fenotypom alebo rizikom takého fenotypu u potomka vznikajú ako dôsledok mutačných procesov na úrovni chr.

Typy chromozómových aberácií Numerické aberácie – počet chromozómov sa odlišuje od normálneho diploidného (euploidného) počtu Štrukturálne aberácie – zmena v štruktúre v dôsledku zlomov, ktoré sa nereparujú do pôvodného stavu 1. numerické aberácie sa delia na: polyploidie – počet chromozómov je násobkom haploidného počtu triploidia – 69 chromozómov, tetraploidia – 92 chromozómov plody sú neživotaschopné, potrácajú sa v skorých štádiách vývinu niektoré bunky jedinca sú však polyploidné (hepatocyty) aneuploidie – zmenený počet len niektorých chromozómov monozómia – chýbanie jedného z homologických chr. trizómia – prítomnosť troch namiesto dvoch homologických chr. tetrazómia ......... uniparentálna diploidia – obidve sady chromozómov od jedného rodiča (celkový počet je však správny) uniparentálna dizómia – obidva chromozómy homologického páru od jedného rodiča (celkový počet správny)

Mechanizmy vzniku polyploidií

Mechanizmy vzniku aneuploidií nondisjunkcia 1. meiotické delenie 2.meiotické delenie

Mechanizmy vzniku aneuploidií strata v anafáze – anaphase lag chromozómová mozaika – strata chr. v anafáze alebo nondisjunkcia počas mitózy v somatickej bunke

Štrukturálne aberácie Typy štrukturálnych aberácií delécia – strata úseku chr. (parciálna monozómia) terminálna – strata koncového úseku intersticiálna – strata úseku medzi centromérou a terminálnou časťou duplikácia – zdvojenie urč. úseku (parciálna trizómia) inverzia – otočenie určitého úseku o 1800 paracentrická – nezahrňuje centroméru pericentrická – zahrňuje centroméru prstencový (ring) chromozóm – zlomy na obidvoch koncoch chr. a ich spojenie do prstenca

Štrukturálne aberácie – pokr. translokácia intrachromozómová tr. – prenos urč. úseku v rámci chromozómu recipročná tr. – výmena úsekov medzi homologickými alebo nehomologickými chr. Robertsonova tr. (centrická fúzia) – fúzia dvoch akrocentrických chr. izochromozóm – chr. sa skladá z dvoch identických ramien (p alebo q) Podľa efektu na fenotyp rozoznávame: vyvážené (balansované) chromozómové ab. – nie sú prítomné žiadne úchylky vo fenotype nevyvážené (nebalansované) chromozómové ab. – sú spojené väčšinou so závažnou patológiou

Mechanizmus vzniku chr. aberácií delécie a duplikácie

Mechanizmus vzniku chr. aberácií acentrický fragment sa počas bunkového delenia stratí

Mechanizmus vzniku chr. aberácií translokácie

Mechanizmus vzniku chr. aberácií izochromozóm q p p q q p p q q p p q p q q p

Patologický potenciál vyvážených translokácií recipročná translokácia

Patologický potenciál vyvážených translokácií Robertsonova translokácia

Patologický potenciál vyvážených translokácií translokácia 21/21

Incidencia chromozómových aberácií Napriek tomu, že chr. aberácie sú spojené so závažnou patológiou ich incidencia je vysoká a zodpovedajú za veľký podiel reprodukčných strát spontánne potraty 50 – 60 % oocyty 25 % morfologicky normálne embryá 20 % spermatozoa 10 % mŕtvo narodené deti 5 % živo narodené deti 0,5 – 1 % - aberácie autozómov 0,25 % - aberácie gonozómov u chlapcov - aberácie gonozómov u dievčat 0,15 %

Incidencia chromozómových aberácií – pokr. Zvýšený vek matky pri počatí je významným faktorom zvyšujúcim riziko chromozómovej aberácie u potomka. (Je to dôsledok ovogenézy – dlhá doba medzi 1. a 2. meiotickým delením) vek matky (r.) incidencia triz. 21 20 1 : 1500 39 1 : 150 25 1 : 1350 40 1 : 100 30 1 : 900 41 1 : 85 35 1 : 400 42 1 : 65 36 1 : 300 43 1 : 50 37 1 : 250 44 1 : 40 38 1 : 200 45 1 : 30

Klasické chromozómové aberácie - autozómy Downov sy.- 47,XX/XY,+21 incidencia - 1 : 700 prvá identifikovaná chr. a. (1959) cytogenetika: voľná trizómia – 90 % translokačná tr. – 3 – 5 % v mozaike – 3 – 6 %

Klasické chromozómové aberácie - autozómy Patauov sy. - 47,XX/XY,+13 incidencia - 1 : 4 000 – 10 000 cytogenetika: voľná trizómia – 90 % nebalansovaná prest. – 5 % v mozaike – 5 %

Klasické chromozómové aberácie - autozómy Edwardsov sy. - 47,XX/XY,+18 incidencia - 1 : 7 500 4x častejšie u žien ako u mužov cytogenetika: voľná trizómia – 90 % nebalansovaná prest. – 5 % v mozaike – 5 %

Klasické chromozómové aberácie - autozómy „cri du chat“ sy. – 46,XX/XY,5p- incidencia - 1 : 50 100 000 cytogenetika:

Klasické chromozómové aberácie - gonozómy Turnerov sy. – 45,X0 incidencia - 1 : 4 000 dievčat cca 99 % počatí sa potratí 80 % X maternálneho pôvodu väčšina nondisjunkcií u otca 20 % mozaika 45,X0/46,XX

Klasické chromozómové aberácie - gonozómy Klinefelterov sy. – 47,XXY incidencia - 1 : 1 000 chlapcov 80 % prípadov XXY nadpočetný X väčšinou od matky 20 % mozaikové formy

Klasické chromozómové aberácie - gonozómy XXX ženy incidencia 1 : 1 000 väčšinou bez morfologických abnormalít znížený intelekt o 10 – 20 bodov nadpočetný X v 95 % príp. maternálneho pôvodu XYY muži vyššia postava znížený intelekt, sklon k agresivite fertilita normálna sy. fragilného X chromozómu incidencia 1 : 1 250 stredná až ťažká mentálna retardácia, IQ 35 - 70

Sy. spontánnej instability chromozómov základnou schopnosťou organizmu je zachovanie štruktúrnej integrity DNA odstraňovať zmeny vyvolané „mutagénmi“ vnútorného prostredia vek je významným faktorom zvyšovania chr. aberácií v somatických bunkách (> zvýšené riziko nádorov) odstraňovať zmeny vyvolané vonkajšími faktormi najvýznamnejšie: ionizujúce a ultrafialové žiarenie, chemické mutagény, vírusové infekcie charakter zmien: zlomy a trhliny s následnou prestavbou chromozómov, translokácie, nadpočetné chr. ... porucha schopnosti reparácie: syndrómy spontánnej instability chromozómov charakteristický zvýšený výskyt malignít u postihnutých

Sy. spontánnej instability chromozómov – pokr. sú zapríčinené poruchami génov zúčastnených na reparačných mechanizmoch sú autozomálne recesívne dedičné ochorenia najznámejšie ochorenia: xeroderma pigmentosum - precitlivenosť na slnečné svetlo zatiaľ známych najmenej 9 zodpovedných génov Fanconiho anémia – veľmi variabilný fenotyp vývinových anom. doteraz známych 8 komplementačných skupín (> 8 génov) ataxia teleangiectasia – precitlivnosť na ionizačné žiarenie zodpovedný gén: ATM (11q23.1) Bloomov sy. – porucha génu pre DNA-ligázu 1 (15q26.1) cytogenetika: vysoký výskyt výmien sesterských chromatíd Cockayneov sy. – fotosenzitivita Nijmegenský sy. chromozómových zlomov

Xeroderma pigmentosum

Sy. spontánnej instability chromozómov – pokr.

Sy. spontánnej instability chromozómov – pokr.

Chromozómy a karcinogenéza častejší výskyt chromozómových aberácií pri nádoroch v podstate sa vyskytujú na všetkých chromozómoch niektoré sú špecifické pre určité nádory > markery otázka: predstavujú spúšťače onkogénneho procesu ? vznikajú sekundárne ako prejav chromozómovej instability ? odpoveď: aj – aj spúšťače onkogénneho procesu chromozómová aberácia inaktivuje tumor-supresorový gén Wilmsov tumor – del(11)(q13) retinoblastóm – del(13)(q14) LOH (loss of heterozygosity) – strata heterozygotnosti: strata alel na jednom chr. v dôsledku delécie, pre ktoré je jedinec konštitučne heterozygotom (> druhý zásah)

TSG a strata heterozygozity ( Loss of heterozygosity - LOH) pacienti s Rb majú občas (~20%) mikroskopicky viditeľnú deléciu 13q14 submikroskopickú deléciu možno detekovať pomocou polymorfizmov DNA, tesne viazaných s RB1 génom 13 RB1 gén delécia delécia môže vyradiť aj blízko ležiace polymorfizmy N – DNA z normálnych buniek T – DNA z nádoru (toho istého pacienta) N – DNA z normálnych buniek T - DNA z buniek nádoru (toho istého pacienta) LOH: veľmi častý jav pri TSG, pomáha pri mapovaní TSG

Chromozómy a karcinogenéza – pokr. chromozómová aberácia aktivuje protoonkogén chronická myeloidné leukémia - CML prvé malígne ochorenie so zistenou špecifickou chromozómovou aberáciou filadelfský chr. (Ph1) – recipročná translokácia medzi dĺhými ramenami chr. 9 a 22 > hybridný gén BCR-ABL vyskytuje sa u cca 90 % prípadov adultnej aj juvenilnej CML Burkitov lymfóm 90 % prípadov translokácia 8/14, u ostatných 2/8 alebo 8/22 u chr. 8 zlom je v prúžku 8q24 v tomto lokuse sa nachádza protoonkogén MYC ďalšie nenáhodné chr. aberácie, špecifické pre hematologické malignity akútna promyeloidná leukémia – t(15;17)(q22;q12) podtypy non-Hodgkinových lymf. – t(14;18), t(8;14), t(11;14)

Filadelfský chromozóm u CML

Aktivácia onkogénu chromozómovou translokáciou

Chromozómy a karcinogenéza – pokr. 2. vznikajúce sekundárne genómová nestabilita je takmer univerzálnou vlastnosťou nádorov široká škála rôznych typov aberácií: trizómie, monozómie, rôzne štruktúrové prestavby

Cytogenetické metódy testovania mutagénneho účinku mutagény zvyšujú frekvenciu chr. aberácií v bunkách (spôsobujú zlomy > klastogénny efekt) testy na chr. a. – jeden z 3 povinných testov mutagenicity metódy: in vitro – periférne lymfocyty pestované v prítomnosti testovaného faktoru in vivo – experimentálne živočíchy (kostná dreň) monitorovanie profesionálne exponované pop. hodnotí sa počet zlomov na bunku resp. % buniek s chr. a. norma: 0,5 - 2,0 % buniek s chr. a. zvýšenie: až na 10 – 20 % (napr. cytostatiká) SCE – norma 5 – 7 SCE na bunku zvýšenie: až 10 x

SCE – výmena seterských chromatíd