Lidský genom Lidé patří mezi DNA organismy Genom je předáván z buňky na buňku v průběhu buněčného dělení z generace na generaci v průběhu reprodukce Genom obsahuje 20 000 až 35 000 genů Geny jsou v jádře organizovány do chromozómů Chromozóm je tvořen chromatinem

Chromatin hmota tvořící jádro eukaryotické buňky dsDNA, histony, proteiny nehistonové povahy Podle intenzity zbarvení bazickými barvivy a stupně kondenzace euchromatin – slabě, dekondenzovaný, „transkripčně aktivní“ heterochromatin – silně, kondenzovaný, neaktivní

Heterochromatin Konstitutivní Fakultativní trvale v heterochromatinovém stavu centromery a telomery jeden z chromozómů X u žen Fakultativní přechází v závislosti na ontogenetickém vývoji organismu do euchromatinového stavu a naopak

Dynamický proces kondenzace lidského chromatinu 1) Interfázní chromatin = dekondenzované 10-nm chromatinové vlákno 2) 30-nm chromatinové vlákno 3) Chromatin v mitotické fázi = mitotické chromozómy Kondenzovaný chromozóm č. 1 má délku 50 μm Kondenzován 10 000x

Složky chromatinu 1) Histony 2) Nehistonové proteiny střed globulární, konce flexibilní a vláknité vysoký obsah argininu a histidinu 5 druhů – H1, H2A, H2B, H3 a H4 2) Nehistonové proteiny RNA-polymerázy a enzymy transkripčního aparátu HMG1 a HMG2 – vážou se na neobvyklé struktury DNA HMG3 a HMG4 – vážou se na jádro nukleozomu, zvláště v oblastech transkripčně aktivních

Nukleozóm základní jednotka chromatinu oktamer histonů (H2A, H2B, H3, H4)2 jedna molekula histonu H1 úsek DNA o průměrné délce 200 bp, který tvoří dvě otáčky kolem histonového oktameru

Nukleozómový řetězec 10nm chromatinové vlákno jeho jednotlivé články tvoří jádra nukleozómu spojená dlouhou lineární molekulou dsDNA pozorovatelný mikroskopem - H1 + H1

30nm chromatinové vlákno vzniká kondenzací nukleozómového řetězce za účasti histonu H1 váže se k proteinovému lešení (proteiny nehistonové povahy, např. topoizomeráza II) H1

Chromatinové domény smyčky 30nm chromatinového vlákna, které se váží k proteinovému lešení v úpatí každé smyčky je jedna molekula topoizomerázy II – změna topologie při replikaci a transkripci každá doména má jedno místo ori DNA proteinové lešení připojovací oblast ATATATAT TOPO II TOPO II TOPO II

Mitotické chromozómy vznikají kondenzací 30nm chromatinových vláken vytvářejí se během mitózy nebo meiózy kondenzace 30nm do 600-700nm chromatinových vláken, která tvoří strukturu metafázních chromozómů v chromozómech je chromatin ve stavu nejvyšší kondenzace a je transkripčně inaktivní

Cytogenetika Studium chromozómů, jejich struktury a dědičnosti * 1956, Tjio a Levan – 46 lidských chromozómů Klinická diagnóza na základě analýzy chromozómů Mapování genů – HUGO Nádorová cytogenetika Prenatální diagnostika

krátké rameno p (petit = malý) Centromera = primární konstrikce Lidský chromozóm sesterské chromatidy nejlépe hodnotitelné jsou kondenzované chromozómy v prometafázi nebo metafázi krátké rameno p (petit = malý) Centromera = primární konstrikce dlouhé rameno q (queue = dlouhý konec) telomery

Dědičnost lidských chromozómů Mitotické dělení Somatické buňky s diploidní (diploos = dvojitý) sadou chromozómů, tj. 2n = 46 Meiotické redukční dělení Výsledným produktem jsou gamety s haploidní (haploos = jednoduchý) sadou chromozómů, tj. n = 23

G-pruhování Natrávení trypsinem Giemsovo barvivo Vznik charakteristických pruhů (G-pruhy) Lze individuálně rozpoznat všechny chromozómy Lze odhalit strukturální i numerické abnormality Počítačová analýza obrazu až 1 000 pruhů 1 pruh 50 i více genů

Další typy pruhování - I Q-pruhování barvení chromozómů fluorescenčními barvivy, které se preferenčně vážou k oblastem bohatými na AT Quinakrin, DAPI, Hoechst 33258 výsledek ekvivalentní G-pruhování R-pruhování je inverzní vůči G-pruhování před obarvením Giemsovým barvivem je DNA denaturována (denaturují se především AT oblasti) podobně lze barvit barvivy, které se váží na GC oblasti (chromomycin A3, olivomycin, mitramycin)

Další typy pruhování - II T-pruhování umožňuje identifikovat část R-pruhů, které jsou součástí telomér metoda kombinuje částečnou denaturaci a kombinaci barviv a fluorochromů C-pruhování vede ke zviditelnění konstitutivního heterochromatinu, zejména v oblasti centromér využívá denaturaci v nasyceném roztoku hydroxidu barnatého a následného barvení Giemsovým činidlem

Nomenklatura chromozómů - I ISCN – International System for Human Cytogenetic Nomenclature Pařížská nomenklatura z roku 1978 krátká ramena jsou značena p (petit) dlouhá ramena nesou označení q (queue) každý chromozóm je rozdělen do oblastí p1, p2, p3, q1, q2, q3 … jednotlivé oblasti se odlišují určitými morfologickými rysy pořadí se počítá od centroméry směrem k teloméře oblasti se dále dělí na podoblasti – p11, p12, p13, …

Nomenklatura chromozómů - II

Nomenklatura chromozómů - III relativní vzdálenost od centroméry se popisuje slovy proximální a distální Distální 2p – segment krátkého ramene nejvzdálenější centroméře, resp. nejbližší teloméře Proximální Xq – označení segmentu dlouhého ramene chromozómu X, která je nejbližší centroméře

Nomenklatura chromozómů - IV Při porovnávání lidských chromozómů s jinými druhy se používá první písmeno rodu a první dvě písmena druhu HSA18 = Homo sapiens chromozóm č. 18

Příklad označení lokusu HSA 6 p21.23 Lidský chromozóm č. 6 Krátké rameno Oblast 2 od centroméry Pruh 2-1 Podpruh 2 Podpodpruh 3

Každý druh má svou charakteristickou chromozomální výbavu Lidský karyotyp Každý druh má svou charakteristickou chromozomální výbavu počet chromozómů morfologie chromozómů metacentrické A, E 16, F submetacentrické B, C, E 17, 18 akrocentrické D, G, Y telocentrické satelity 13, 14, 15, 21 a 22

Lidské chromozómy Somatické buňky obsahují 46 chromozómů = 22 párů autozómů a 1 pár pohlavních chromozómů Autozómy se číslují od největšího k nejmenšímu