Cytogenetika človeka I

zaoberá sa štúdiom chromozómov (ich počtom,

zaoberá sa štúdiom chromozómov (ich počto

morfológiou, segregáciou) za normálnych a patologických

morfológiou, segregáciou) za normálnych a patologický

podmienok a koreláciou týchto nálezov s fenotypom

podmienok a koreláciou týchto nálezov s fenoty

chromozómy (ako ich vidíme v mikroskope) predstavujú

chromozómy (ako ich vidíme v mikroskope) predstavu

organizáciu DNA , ktorá sa vyskytuje len krátko, v určitom

organizáciu DNA , ktorá sa vyskytuje len krátko, v určito

štádiu bunkového cyklu (v metafáze cyklu M)

štádiu bunkového cyklu (v metafáze cyklu

majú dôležitú úlohu pri zabezpečovaní správneho a

majú dôležitú úlohu pri zabezpečovaní správneho

presného rozdelenia genetického materiálu (DNA) do

presného rozdelenia genetického materiálu (DNA) d

dcérskych buniek počas mitotického a meitického delenia

dcérskych buniek počas mitotického a meitického delen

buniek

bun

Bunkový cyklus

Morfológia chromozómov

Chromozómy majú podľa stupňa špiralizácie a

Chromozómy majú podľa stupňa špiralizáci

kondenzácie v nich uloženej DNA odlišný morfologický

kondenzácie v nich uloženej DNA odlišný morfologi

vzhľad

vzhľ

interfáza – dešpiralizované dlhé vlákna, pozorovateľné

interfáza – dešpiralizované dlhé vlákna, pozorovateľ

len elektrónovým mikroskopom

len elektrónovým mi

Morfológia chromozómov – pokr.

metafáza – najvhodnejšia fáza bunkového cyklu na

– najvhodnejšia fáza bunkového cykl

sledovanie chromozómov

sledovanie

–

chromozómy sú maximálne špiralizované

chromozómy sú maximálne špi

–

skladajú sa z 2 chromatíd vzniknutých

skladajú sa z 2 chromatíd vzniknut

autoreduplikáciou

autoreduplikáci

–

primárna konstrikcia (zaškrtenie)

primárna konstrikcia (zaškrte

•

rozdeľuje chromozóm na dve ramená

rozdeľuje chromozóm na dve rame

•

obsahuje centroméru

obsahuje centromé

–

sekundárna konstrikcia

sekundárna konstr

•

v jej oblasti sa nachádza jadierkový organizátor

v jej oblasti sa nachádza jadierkový organi

Morfológia ľudských chromozómov

Triedenie ľudských chromozómov

Sku

-

pin

a

autozó-

aut

my

gonoz

g

ó- my

ó-

charakteristika chromozómov

charakteristika chromozóm

počet

poč

muž

m

počet

poč

žena

ž

A

1 - 3

-

veľké viac-menej metacentrické

veľké viac-menej metacentric

6

6

B

4 - 5

-

veľké submetacentrické

veľké submetacentric

4

4

C

6 - 12

6 - 1

X

stredne veľké submetacentrické

stredne veľké submetacentric

15

16

D

13 - 15

-

stredne veľké akrocentrické

stredne veľké akrocen

6

6

E

16 - 18

-

malé submetacentrické

malé submetacentric

6

6

F

19 - 20

-

malé metacentrické

malé metacentric

4

4

G

21 - 22

Y

malé akrocentrické

5

4

Spolu

46

46

Morfológia ľudských chromozómov

Usporiadanie DNA v chromozóme

nukleozómový reťazec

nukleozómový reť

– prvá úroveň špiralizácie

– prvá úroveň špir

–

nukleozóm

•

oktamér histónov H2A, H2B, H3 a H4

oktamér hi

•

obtočený DNA dĺhej 146 bp (1,75 otáčok)

obtočený DNA dĺhej 146 b

•

H1 stabilizuje nukleozóm

H1 stabilizuje nukle

spacer

Usporiadanie DNA v chromozóme – pokr.

lešenie

Elektrón mikroskopový obraz chromatínu a

nukleozómovej reťaze

chromatínové
vlákno

nukleozómový
reťazec

Elektrón mikroskopový obraz

chromozómového lešenia

Elektrón mikroskopový obraz rôznych štádií

kondenzácie DNA

Elektrónový mikroskopový obraz

chromozómov

Ultraštruktúra chromozómov –pokr.

Podľa intenzity sfarbenia, stupňa kondenzácie a

Podľa intenzity sfarbenia, stupňa kondenzácie

intenzity transkripcie sa chromatín delí:

intenzity transkripcie sa chromatín del

euchromatín

euchrom
–

dekondenzovaný v interfáze

dekondenzovaný v interf

–

slabo sa farbiaci bázickými farbivami

slabo sa farbiaci bázickými farbiva

–

DNA je skoro syntetizovaná v S fáze

DNA je skoro syntetizovaná v S f

–

geneticky aktívny (obsahuje exprimované gény)

geneticky aktívny (obsahuje exprimované gé

heterochromatín

–

kondenzovaný aj v interfáze

kondenzovaný aj v interfá

–

silne sa farbiaci

silne sa farb

–

DNA syntetizovaná neskoršie v S fáze

DNA syntetizovaná neskoršie v S fá

–

geneticky neaktívny

geneticky neaktív

Ultraštruktúra chromozómov – pokr.

heterochromatín sa delí na:

konštitutívny heterochromatín

konštitutív
–

pretrváva v kondenzovanom stave počas celého

pretrváva v kondenzovanom stave počas celé

bunkového cyklu vo všetkých bunkách a vo všetkých

bunkového cyklu vo všetkých bunkách a vo všetký

vývinových štádiách organizmu

vývinových štádiách organiz

–

nachádza sa predovšetkým v centromérach a často v

nachádza sa predovšetkým v centromérach a čas

telomérach

telomér

–

v interfáze vytvára zhluky označnené ako

v interfáze vytvára zhluky označnené a

chromocentrá

chromocen

fakultatívny heterochromatín

fakultatívny het
–

v niektorých štádiách ontogenézy alebo v niektorých

v niektorých štádiách ontogenézy alebo v niektorý

typoch buniek sú euchromatínového char. v iných

typoch buniek sú euchromatínového char. v iný

heterochromatínového

heterochromatínov

–

napr. obsahujú gény, aktívne len v určitých štádiách

napr. obsahujú gény, aktívne len v určitých štádiá

ontogenézy, alebo chromatín jedného X chr. u žien

ontogenézy, alebo chromatín jedného X chr. u ž

Počet chromozómov

počet, tvar a veľkosť chromozómov sú stále a

počet, tvar a veľkosť chromozómov sú s

druhovo špecifické znaky

druhovo špecifi

počet chromozómov človeka

počet chromozóm

:

–

46 (23 párov) – diploidný (v somatických

(v som

bunkách)

–

23 – haploidný (v gamétach)

(v gamét

–

bol presne stanovený až v roku 1956 (Tjio a Levan)

bol presne stanovený až v roku 1956 (Tjio a Leva

z toho 22 párov autozómov a 1 pár gonozómov

z toho 22 párov autozómov a 1 pár gonozóm

(XX/XY)

karyotyp

karyoty – súbor chromozómov v somatickej bunke

– súbor chromozómov v somatickej

–

zápis:

zápis 46,XX – ženský, 46,XY – mužský)

46,XX – ženský, 46,XY – mužs

–

označenie

označen karyotyp

karyo

sa používa aj na obraz

sa používa aj na obr

metafázických chromozómov

metafázických chromozóm usporiadaných podľa

usporiadaných pod

štandardnej klasifikácie

štandardnej klasifik

idiogram

idiogram – schematické (idealizované) znázornenie

– schematické (idealizované) znázornenie

karyotypu

karyotyp

Normálny karyotyp muža

Normálny karyotyp ženy

Idiogram

Počet chromozómov – pokr.

počet chromozómov nie je v žiadnom vzťahu s komplexnosťou

počet chromozómov nie je v žiadnom vzťahu s komplexnosťou

organizmu alebo fylogenetickým postavením druhu

organizmu alebo fylogenetickým postavením dru

kvasinka

kvasin

32

drozofila

drozofi

8

mucha domáca

mucha dom

12

škorpión

škorpió

4

moľ

224

kurča

kurč

78

myš

40

gibon

gibo

44

šimpanz

šimpan

48

človek

člo

46

Chromozómová analýza

Najvhodnejším štádiom chr. a. je metafáza resp.

Najvhodnejším štádiom chr. a. je metafáza res

prometafáza

prometa

získať dostatočný počet metafazických buniek je možné

získať dostatočný počet metafazických buniek je možn

len kultiváciou v

len kultivácio

tkanivových kultúrach

tkanivových kultúr

–

najčastejšie používané bunky

najčastejšie používané bu

– leukocyty, fibroblasty,

leukocyty, fibrobla

kostná dreň, bunky plodovej vody

kostná dreň, bunky plodovej

fytohemaglutinín –

fytohemaglutin

stimuluje bunkové delenie

stimuluje bunkové dele

kolchicín –

kolchicín zablokuje mitózu v metafáze (inhibuje deliace

zablokuje mitózu v metafáze (inhibuje delia

vretienko)

vretien

hypotonizácia

hypotoniz

– zabezpečí vhodné prietorové rozloženie

– zabezpečí vhodné prietorové rozlože

fixácia

fixác na podložnom sklíčku

na podložnom skl

farbenie

farben – sú známe rôzne techniky, umožňujúce

– sú známe rôzne techniky, umožňujú

individuálnu identifikáciu jednotlivých chromozómov s

individuálnu identifikáciu jednotlivých chromozómo

rôznou rozlišovacou schopnosťou

rôznou rozlišovacou schopnos

Schéma cytogenetickej analýzy

Mikroskopický pohľad na metafazické

chromozómy

Konvenčné farbenie chromozómov

C-prúžky

G-prúžkovanie

(R-prúžkovanie, opačný obraz)

SCE – výmena seterských chromatíd

FISH – fluorescenčná in situ hybridizácia

kombinácia klasickej a molekulárnej cytogenetiky

kombinácia klasickej a molekulárnej cytogenet

Dôkaz translokácie pomocou FISH

Multifarebná FISH

Komparatívna genómová hybridizácia - CGH

Komparatívna genómová hybridizácia - CGH

Prietoková cytometria (flow cytometry)

umožňuje rýchle a presné meranie množstva DNA

umožňuje rýchle a presné meranie množst

Analýza interfázových chromozómov

X-chromatín

X-chrom

(Barrovo teliesko)

(Barrovo te

Y-chromatín

FISH na interfázovom jadre

chromozóm č.13

chromozóm č. 21

Chromozómová determinácia pohlavia

22 párov autozómov

22 párov autozóm

1 pár gonozómov (pohlavných chromozómov)

1 pár gonozómov (pohlavných chromozóm

chromozómové pohlavie typu

chromozómové pohlavie ty

„drozofila“

„drozofi

–

homogametické pohlavie

homogametické pohla

(46,XX) –

(46,XX

ženské

žen

–

heterogametické pohlavie (46,XY)

heterogametické pohlavie (46,X – mužské

– muž

chromozómové pohlavie jedinca je určené v momente

chromozómové pohlavie jedinca je určené v momen

oplodnenia (k fenotypovému pohlaviu ale vedie ešte dlhá

oplodnenia (k fenotypovému pohlaviu ale vedie ešte dlh

cesta)

ces

–

všetky vajíčka môžu mať iba X chromozóm

všetky vajíčka môžu mať iba X chromo

–

spermie môžu mať X rep. Y chromozóm (pomer 1 : 1)

spermie môžu mať X rep. Y chromozóm (pomer 1

–

teoretický pomer počatí jedinca ženského alebo

teoretický pomer počatí jedinca ženského ale

mužského pohlavia je

mužského pohlavia

1 : 1,

1

pri narodení to je 1 : 1,06

pri narodení to je 1 : 1

Chromozómová determinácia pohlavia - pokr.

Pohlavné chromozómy a diferenciácia

pohlavnej sústavy

rozhodujúce je

rozhodujúce

prítomnosť Y

prítomno

a nie počet X

nie počet chromozómu

chromozó

TDF (Testes

est Determining

etermining Factor)

ac

na Y chr. spúšťa premenu

na Y chr. spúšťa preme

indiferentných embryonálnych gonád na semenníky

indiferentných embryonálnych gonád na semenn

v neprítomnosti TDF vývin pokračuje smerom ženských

v neprítomnosti TDF vývin pokračuje smerom ženský

vnútorných pohlavných orgánov

vnútorných pohlavných orgá

sekundárne pohlavné znaky sú pod kontrolou hormónov

sekundárne pohlavné znaky sú pod kontrolou hormó

vnútorných pohlavných orgánov

vnútorných pohlavných orgá

–

ženský fenotyp – 45,X0, 47,XXX,

ženský fenotyp – 45,X0, 47,XX

–

mužský fenotyp – 47,XXY, 48,XXXY, 47,XYY ...

mužský fenotyp – 47,XXY, 48,XXXY, 47,XYY

chromozómové pohlavie sa nemusí zhodovať s

chromozómové pohlavie sa nemusí zhodova

fenotypovým pohlavím (mutácie v génoch zapojených do

fenotypovým pohlavím (mutácie v génoch zapojených d

diferenciácie pohlavia)

diferenciácie pohla

„Kompenzácia dávky“ (hypotéza Lyonovej)

X chr. je nosičom génov ako hociktorý autozóm

X chr. je nosičom génov ako hociktorý auto

Y chr. obsahuje veľmi málo génov a sú odlišné od génov na X

Y chr. obsahuje veľmi málo génov a sú odlišné od génov na

(okrem pseudoautozomálnej oblast na konci krátkych ramien)

(okrem pseudoautozomálnej oblast na konci krátkych ram

ženy majú dvojnásobné množstvo X-viazaných génov

ženy majú dvojnásobné množstvo X-viazaných gé



dvojnásobná dávka produktov –

dvojnásobná dávka produkto

v skutočnosti neplatí

v skutočnosti nep

Hypotéza Lyonovej –

Hypotéza Lyonovej – kompenzácia dávky inaktiváciou jedného z

kompenzácia dávky inaktiváciou jedné

dvoch X chr. u ženy

dvoch X chr. u že

uskutočňuje sa vo včasnom štádiu blastogenézy (okolo 12. dňa

uskutočňuje sa vo včasnom štádiu blastogenézy (okolo 12

je náhodná (v niektorých bunkách sa inaktivuje X maternálneho

je náhodná (v niektorých bunkách sa inaktivuje X maternálne

v iných paternálneho pôvodu)

v iných paternálneho pôvo

ale je fixovaná vo všetkých následných generáciách buniek

ale je fixovaná vo všetkých následných generáciách bunie

danej línie

da

Hypotéza Lyonovej – pokr.

ženský organizmus predstavuje mozaiku

ženský organizmus predstavuje moza

inaktívny X chr. v interfáze tvorí

inaktívny X chr. v interfáze tvo X-chromatín

X-chromat (Barrovo

(Barro

teliesko)

telies

–

počet Barrových teliesok sa rovná počtu X chr.

počet Barrových teliesok sa rovná počtu X c

mínus 1

mín

45,XO =

45,XO O, 46XY =

, 46X

0, 46,XX =

, 46,XX 1, 47,XXX =

, 47,XXX 2, 47,XXY =

, 47,XX

1

replikácia DNA v ňom prebieha neskôr

replikácia DNA v ňom prebieha nes

je geneticky takmer inertný (niektoré gény ale sú

je geneticky takmer inertný (niektoré gény ale

exprimované)

exprimova

inaktivácia nie je úplná

inaktivácia nie je úp

–

osoby s odchýlkou od normálneho počtu X chr. klinicky

osoby s odchýlkou od normálneho počtu X chr. klinic

nie sú úplne zdravé

nie sú úplne zdr

•

napr. 45,X0 – Turnerov syndróm

napr. 45,X0 – Turnerov syndr

•

47,XXY – Klinefelterov syndróm, a pod.

47,XXY – Klinefelterov syndróm, a

Prejav X chr. mozaicizmu

Čierne a oranžové škvrny sú zapríčinené rozdielnými alelami v tom istom
lokuse na X chr. Kaliko mačka je heterozygotná pre tieto alely a je vždy
samička.

Evolúcia chromozómov

Definície

D

ortológia

ortol

– homologické chromozómy/úseky u rôznych

– homologické chromozómy/úseky u

druhov
paralógia

paralóg

- homologické úseky/gény v rámci druhu na

- homologické úseky/gény v rámci druhu na

rôznych chromozómových lokalizáciách

rôznych chromo

synténia

synténi – lokusy na tom istom chromozóme (nemusia

– lokusy na tom istom chro

byť vo väzbe, keď sú dostatočne ďaleko od seba)

byť vo väzbe, keď sú dostatočne ďaleko od seb

Typy chromozómových zmien v evolúcii

Typy chromozómových zmien v evolúcii

frekventné prestavby veľkého rozsahu, aj medzi príbuznými

frekventné prestavby veľkého rozsahu

druhmi
duplikácie genómu
inverzie
translokácie/fúzie

translokácie/f

Duplikácia genómu (tetraploidizácia)

• Duplikácia genómu vedie k prechodnej tetraploidii, pokiaľ sa
chromozómovou divergenciou neobnoví diploidia

• V línii vedúcej k stavovcom genómová duplikácia sa vyskytla
pravdepodobne dvakrát

Paralogické segmenty na chr. 12 a 17

Paralogické segmenty chr. 12 a 17 sú asi pozostatkom dávnej genómovej
duplikácie

Evolúcia chromozómov – pokr.

čím vzdialenejšie druhy, tým nižší rozsah konzervácie synténie

čím vzdialenejšie druhy, tým nižší rozsah konzervácie syntén

–

medzi človekom a myšou je to okolo 10 Mb (výnimku tvorí X chr.,

medzi človekom a myšou je to okolo 10 Mb (výnimku tvorí X ch

väčšina ľudských sekvencií má ortologické sekvencie na X chr. myší)

väčšina ľudských sekvencií má ortologické sekvencie na X chr. m

Rozdiely medzi príbuznými druhmi

čínsky muntjac – 46 chr.

indický muntjac – samec 7 chr.,
samička 6 chr.

Porovnávacia cytogenetika primátov

výrazná podobnosť v štruktúre morfológii a vo vzoroch

výrazná podobnosť v štruktúre morfológii a vo vzoro

prúžkov chromozómov medzi človekom a vyššími

prúžkov chromozómov medzi človekom a vyšš

primátmi (šimpanz, gorila, orangutan)

primátmi (šimpanz, gorila, orangut

počet chromozómov

počet chromozóm

–

primáti:

prim

24 párov

24 pá

–

človek:

člov

23 párov

23 pá

•

chr. č. 2 u človeka – výsledok fúzie 2 akrocentrických

chr. č. 2 u človeka – výsledok fúzie 2 akrocentrický

chrom. u šimpanza

chrom. u šimp

•

dôkaz: repetitívne telomerické sekvencie a ich

dôkaz: repetitívne telomerické sekvencie a ic

orientácia u človeka, pozostatky 2 centromér chr. š.

orientácia u človeka, pozostatky 2 centromér chr

identický prúžkový profil u všetkých 4 druhov na chr. 6, 13,

identický prúžkový profil u všetkých 4 druhov na chr. 6, 1

19, 21, 22 a X

19, 21, 22

veľká podobnosť chr. 3, 11, 14, 15, 18, 20 a Y u človeka,

veľká podobnosť chr. 3, 11, 14, 15, 18, 20 a Y u človek

šimpanza a gorily

šimpanza a g

úsek cca 100kb u čl. a š. translokovaný z chr. 1 na Y (u gor.

úsek cca 100kb u čl. a š. translokovaný z chr. 1 na Y (u g

a oran. to nie je)

a oran. to nie

väčšina rozdielov sú typu inverzií, ale vyskytujú sa aj

väčšina rozdielov sú typu inverzií, ale vyskytujú sa

translokácie

translok

Chromozómy u primátov

Vznik chr. 2 u človeka
fúziou 2
akrocentrických chr.
šimpanza

H – človek

C – šimpanz

G – gorila

O - orangutan

Chromozómy u primátov

Pericentrická inverzia
chr. 5 u šimpanza

Chromozómy u primátov

Extrémna podobnosť chr. 6
u všetkých 4 druhov, rozdiel
len v prítomnosti telomer.
heterochromatínu na 6p u
šimpanza a na obidvoch
koncoch chr. 6 u gorily