Cytogenetika človeka II

Prezentace na téma: "Cytogenetika človeka II"— Transkript prezentace:

1 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

2 Meióza sekundárny gametocyt

3 Meióza: profáza I

4 Meióza: od metafázy I po gamétu

5 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

6 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)

7 Schéma gametogenézy

8 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.

9 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)

10 Mechanizmy vzniku polyploidií

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

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

13 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

14 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

15 Mechanizmus vzniku chr. aberácií
delécie a duplikácie

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

17 Mechanizmus vzniku chr. aberácií
translokácie

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

19 Patologický potenciál vyvážených translokácií
recipročná translokácia

20 Patologický potenciál vyvážených translokácií
Robertsonova translokácia

21 Patologický potenciál vyvážených translokácií
translokácia 21/21

22 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 %

23 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

24 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 %

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

26 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 %

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

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

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

30 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

31 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

32 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

33 Xeroderma pigmentosum

34 Sy. spontánnej instability chromozómov – pokr.

35 Sy. spontánnej instability chromozómov – pokr.

36 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)

37 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

38 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)

39 Filadelfský chromozóm u CML

40 Aktivácia onkogénu chromozómovou translokáciou

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

42 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

43 SCE – výmena seterských chromatíd