Cytogenetika človeka II

Chromozómy a reprodukcia

Chromozómy a reprod

meióza –

meió

typ bunkového delenia, pri kt. počas gametogenézy

typ bunkového delenia, pri kt. počas gametogené

vznikajú pohlavné bunky (gaméty) s haploidným počtom

vznikajú pohlavné bunky (gaméty)

chromozómov)

–

meióza zabezpečí, že do gamét sa dostane len jeden

meióza zabezpečí, že do gamét sa dostane len jed

člen homologického páru autozómov a páru gonozómov

člen homologického páru autozómov a páru gon

–

pozostáva z 2 zrecích delení:

pozo

1.

redukčné delenie – počet chr. sa redukuje na

redukčné delenie – počet chr.

haploidný

2.

ekvačné – počet chr. sa nemení

ekvačné – počet

–

meióza u ženy a muža prebieha odlišne

meióza u ženy a muža prebieh

Meióza

sekundárny gametocyt

Meióza: profáza I

Meióza: od metafázy I po gamétu

Genetické dôsledky meiózy

distribúcia homologických chrom. je náhodná (bez ohľadu

distribúcia homologických chrom. je náhodná (bez ohľadu

na maternálny/paternálny pôvod)

na materná

–

teoretický počet kombinácií gamét:

teoretický počet kombinácií gam

223 = 8,4 mil.

= 8,4 m

–

kombinácia gamét 2 rodičov:

kombinácia gamét 2 rodičo 223 x 223 = 7 x 10

= 7 x

13

–

táto variabilita je ešte zvýšená rekombináciami (40 – 60 na

táto variabilita je ešte zvýšená rekombináciami (40 – 60 n

jednu bunku)

jednu bun

rekombinácia –

rekombinácia

tvorba novej kombinácie syntenických génov

tvorba novej kombinácie syntenických gé

(kt. sa u rodičov nenachádza) v dôsledku crossing-overu

(kt. sa u rodičov nenachádza) v dôsledku crossing-ov

–

žiadni dvaja ľudia

žiadni dvaja ľud

(okrem MZ dvojčiat)

(okrem MZ dvojčia nemôžu byť

nemôžu by

geneticky identickí

geneticky identic

Gametogenéza

ovogenéza –

ovogen

vývin pohlavných buniek u ženy

vývin pohlavných buniek u ž

spermiogenéza

sperm

– vývin pohlavných buniek u muža

– vývin pohlavných buniek u m

meióza u ženy a muža prebieha odlišne

meióza u ženy a muža prebieha o

–

spermiogenéza

sperm

•

začína sa až v puberte a trvá krátko (60 – 65 dní)

začína sa až v puberte a trvá krátko (60 – 65 d

•

je kontinuálna počas fertilného obdobia

je kontinuálna počas fertilného obdo

•

z jednej spermiogónie vznikajú 4 spermie

z jednej spermiogónie vznikajú 4 sperm

–

ovogenéza

ovogen

•

niekoľko týždňov pred pôrodom sa ukončí profáza prvého

niekoľko týždňov pred pôrodom sa ukončí profáza prvého

meiotického delenia (oocyty v tomto štádiu –

meiotického delenia (oocyty v tomto štádiu dyktioten

dyk

-

zotrvajú až do puberty)

zotrvajú až do pub

•

druhé meiotické delenie sa uskutoční až v okamihu

druhé meiotické delenie sa uskutoční až v oka

oplodnenia (13 – 50 rokov od začiatku meiózy)

oplodnenia (13 – 50 rokov od začiatku meió

•

z jednej ovogónie vznikne len jedno vajíčko (3 pólové

z jednej ovogónie vznikne len jedno vajíčko (3 pólo

telieská)

telieská

Schéma gametogenézy

Chromozómy a patologické stavy

1.

chromozómové varianty

chromozómové

morfologická variabilita chr., podmienená predovšetkým

morfologická variabilita chr., podmienená predovšetk

úchylkami v množstve heterochromatínu (Yq+, oblasť

úchylkami v množstve heterochromatínu (Yq+, obla

krátkych ramien a satelitov chr. skupiny D a G, ...)

krátkych ramien a satelitov chr. skupiny D a

klinický význam nie je jednoznačne objasnený

klinický význam nie je jednoznačne objasn

väčšinou bez fenotypového efektu

väčšinou bez fenotypového efe

časť nositeľov má nešpecifické abnormality

časť nositeľov má nešpecifické abnorm

zvýšené riziko nondisjunkcie v rodinách, kde segregujú ?

zvýšené riziko nondisjunkcie v rodinách, kde segregu

2.

chromozómové aberácie

chromozómové

v širšom zmysle všetky úchylky chromozómov numerického

v širšom zmysle všetky úchylky chromozómov numerické

alebo štrukturálneho charakteru

alebo štrukturálneho charakte

spojené s patologickým fenotypom alebo rizikom takého

spojené s patologickým fenotypom alebo rizikom také

fenotypu u potomka

fenotypu u potom

vznikajú ako dôsledok mutačných procesov na úrovni chr.

vznikajú ako dôsledok mutačných procesov na úrovni ch

Typy chromozómových aberácií

1.

Numerické aberácie

Numeric

– počet chromozómov sa odlišuje od

– počet chromozómov sa odlišuje od

normálneho diploidného (

normálneho diploidné

euploidného

eup

) počtu

)

2.

Štrukturálne aberácie

Štruk

– zmena v štruktúre v dôsledku zlomov,

– zmena v štruktúre v dôsledku zlo

ktoré sa nereparujú do pôvodného stavu

ktoré sa nereparujú do pôvodného

1. numerické aberácie

1. numerické aberác sa delia na:

sa delia na

polyploidie

po

– počet chromozómov je násobkom haploidného počtu

– počet chromozómov je násobkom haploidného p

–

triploidia – 69 chromozómov, tetraploidia – 92 chromozómov

triploidia – 69 chromozómov, tetraploidia – 92 chromozóm

–

plody sú neživotaschopné, potrácajú sa v skorých štádiách

plody sú neživotaschopné, potrácajú sa v skorých štád

vývinu

–

niektoré bunky jedinca sú však polyploidné (hepatocyty)

niektoré bunky jedinca sú však polyploidné (hepatocy

aneuploidie –

aneuploidie zmenený počet len niektorých chromozómov

zmenený počet len niektorých chromozó

–

monozómia

monozó

– chýbanie jedného z homologických chr.

– chýbanie jedného z homologický

–

trizómia

trizó

– prítomnosť troch namiesto dvoch homologických

– prítomnosť troch namiesto dvoch homologický

chr.

–

tetrazómia .........

tetrazó

uniparentálna diploidia –

uniparentálna diploid

obidve sady chromozómov od jedného

obidve sady chromozómov od jed

rodiča

rodič

(celkový počet je však správny

celkový počet je však správ )

uniparentálna dizómia –

uniparentálna dizómia – obidva chromozómy homologického

obidva chromozómy homologické

páru od jedného rodiča (

páru od jedného rodiča celkový počet správny

celkový počet správ )

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

Typy štrukturálnych

delécia – strata úseku chr. (

– strata ús

parciálna monozómia

parciálna monozómi )

–

terminálna

termináln – strata koncového úseku

– strata koncového úse

–

intersticiálna –

inters

strata úseku medzi centromérou a terminálnou

strata úseku medzi centromérou a term

časťou

časťo

duplikácia – zdvojenie urč. úseku (

– zdvojenie urč. ús

parciálna trizómia)

parciálna trizómi

inverzia – otočenie určitého úseku o 180

– otočenie určitého úse

0

–

paracentrická –

paracentrick

nezahrňuje centroméru

nezahrňuje centrom

–

pericentrická –

pericentrická – zahrňuje centroméru

zahrňuje centrom

prstencový (ring) chromozóm

prstencový (ring) chrom

– zlomy na obidvoch

– zlomy na ob

koncoch chr. a ich spojenie do prstenca

koncoch chr. a ich spojenie do prste

Štrukturálne aberácie – pokr.

translokácia

transl

–

intrachromozómová tr.

intrachromozómová

– prenos urč. úseku v rámci chromozómu

– prenos urč. úseku v rámci chromoz

–

recipročná tr.

recipročná

– výmena úsekov medzi homologickými alebo

– výmena úsekov medzi homologick

nehomologickými chr.

nehomologickými

–

Robertsonova tr. (centrická fúzia)

Robertsonova tr. (centrická fúzia) – fúzia dvoch akrocentrických chr.

– fúzia dvoch akrocentrických chr

izochromozóm

izochromozó

– chr. sa skladá z dvoch identických ramien (

– chr. sa skladá z dvoch identických ramien p

alebo q)

Podľa efektu na fenotyp rozoznávame:

Podľa efektu na fenotyp rozoznávam

vyvážené (balansované) chromozómové ab.

vyvážené (balansované) chromozómové a

– nie sú prítomné

– nie sú príto

žiadne úchylky vo fenotype

žiadne úchylky vo fenoty

nevyvážené (nebalansované) chromozómové ab. –

nevyvážené (nebalansované) chromozómové ab

sú spojené

sú spoje

väčšinou so závažnou patológiou

väčšinou so závažnou patológio

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

p

q

p

q

q

p

q

p

q

q

p

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

Napriek tomu, že chr. aberácie sú spojené so závažno

patológiou ich incidencia je vysoká a zodpovedajú za veľký

patológiou ich incidencia je vysoká a zodpovedajú za ve

podiel reprodukčných strát

podiel reprodukčných strá

spontánne potraty

spontánne po

50 – 60 %

50 –

oocyty

25 %

morfologicky normálne

morfologicky norm

embryá

em

20 %

spermatozoa

spermato

10 %

mŕtvo narodené deti

mŕtvo narod

5 %

živo narodené deti

živo narodené d

0,5 – 1 %

0,5

- aberácie autozómov

- aberácie autozómo

0,25 %

0,25

- aberácie gonozómov u

- aberácie gonozómo

chlapcov

chlap

0,25 %

0,25

- aberácie gonozómov u

- aberácie gonozómo

dievčat

dievč

0,15 %

0,15

Incidencia chromozómových aberácií – pokr.

Zvýšený vek matky pri počatí je významným faktorom

Zvýšený vek matky pri počatí je významným fakt

zvyšujúcim riziko chromozómovej aberácie u

zvyšujúcim riziko chromozómovej aberácie

potomka. (Je to dôsledok ovogenézy – dlhá doba medzi

(Je to dôsledok ovogenézy – dlhá doba medzi

1. a 2. meiotickým delením)

1. a 2. meiotickým delením

vek matky (r.)

vek matky (r

incidencia triz.

incidencia t

21

vek matky (r.)

vek matky (r

incidencia triz.

incidencia t

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,

Downov sy.- 47,XX/X

+21
incidencia

incidenc - 1 : 700

- 1 : 7

prvá identifikovaná chr. a.

prvá identifikovaná chr.

(1959)

(195

cytogenetika:

cyto

–

voľná trizómia – 90 %

voľná trizómia – 90

–

translokačná tr. – 3 – 5 %

translokačná tr. –

–

v mozaike – 3 – 6 %

v mozaike – 3 – 6

Klasické chromozómové aberácie -

autozómy

Patauov sy. - 47,XX/XY,

Patauov sy. - 47,XX/

+13
incidencia

incidenc - 1 : 4 000 – 10

- 1 : 4 000

000
cytogenetika:

cyto

–

voľná trizómia – 90 %

voľná trizómia – 90

–

nebalansovaná prest. – 5

nebalansovaná prest.

%

–

v mozaike – 5 %

v mozaik

Klasické chromozómové aberácie -

autozómy

Edwardsov sy. - 47,XX/XY,

Edwardsov sy. - 47,XX/X

+18
incidencia

incidenc - 1 : 7 500

- 1 : 7

–

4x častejšie u žien ako u

4x častejšie u žien a

mužov

m

cytogenetika:

cyto

–

voľná trizómia – 90 %

voľná trizómia – 90

–

nebalansovaná prest. – 5 %

nebalansovaná prest.

–

v mozaike – 5 %

v mozaik

Klasické chromozómové aberácie -

autozómy

„cri du chat“ sy. –

„cri du chat

46,XX/XY,5p-

46,XX/X

incidencia

incidenc - 1 : 50 100 000

- 1 : 50 100 00

cytogenetika:

cyto

Klasické chromozómové aberácie -

gonozómy

Turnerov sy. – 45,X0

Turnerov sy. – 45,X

incidencia

incidenc - 1 : 4 000 dievčat

- 1 : 4 000 dievč

–

cca 99 % počatí sa potratí

cca 99 % počatí sa po

80 % X maternálneho

80 % X maternálneh

pôvodu

pôvod

–

väčšina nondisjunkcií u

väčšina no

otca

otc

20 % mozaika 45,X0/46,XX

20 % mozaika 45,X0

Klasické chromozómové aberácie -

gonozómy

Klinefelterov sy. – 47,XXY

Klinefelterov sy. – 47,X

incidencia

incidenc - 1 : 1 000

- 1 : 1 0

chlapcov

chlap

80 % prípadov XXY

80 % prípadov XX

–

nadpočetný X väčšinou

nadpočetný X väčšino

od matky

od m

20 % mozaikové formy

20 % mozaikové form

Klasické chromozómové aberácie - gonozómy

XXX ženy

–

incidencia 1 : 1 000

incidencia 1 : 1 00

–

väčšinou bez morfologických abnormalít

väčšinou bez morfologických abnorm

–

znížený intelekt o 10 – 20 bodov

znížený intelekt o 10 – 20 b

–

nadpočetný X v 95 % príp. maternálneho pôvodu

nadpočetný X v 95 % príp. maternálneho pôvo

XYY muži

XYY m

–

incidencia 1 : 1 000

incidencia 1 : 1 00

–

vyššia postava

vyššia po

–

znížený intelekt, sklon k agresivite

znížený intelekt, sklon k agre

–

fertilita normálna

fertilita norm

sy. fragilného X chromozómu

sy. fragilného X chromozóm

–

incidencia 1 : 1 250

incidencia 1 : 1 25

–

stredná až ťažká mentálna retardácia,

stredná až ťažká mentálna retardá

IQ 35 - 70

IQ 35 - 7

Sy. spontánnej instability chromozómov

základnou schopnosťou organizmu je zachovanie

základnou schopnosťou organizmu je zac

štruktúrnej integrity DNA

štruktúrn

–

odstraňovať zmeny vyvolané „mutagénmi“ vnútorného prostredia

odstraňovať zmeny vyvolané „mutagénmi“ vnútorného pro

•

vek je významným faktorom zvyšovania chr. aberácií v

vek je významným faktorom zvyšovania chr. aberácií

somatických bunkách (

somatických bunkác

> zvýšené riziko nádorov)

zvýšené rizik

–

odstraňovať zmeny vyvolané vonkajšími faktormi

odstraňovať zmeny vyvolané vonkajšími faktorm

•

najvýznamnejšie:

najvýznamnejš

ionizujúce a ultrafialové žiarenie,

ionizujúce a ultrafialové žiaren

chemické mutagény, vírusové infekcie

chemické mutagény, vírusové infekci

–

charakter zmien:

charakter zmien zlomy a trhliny s následnou prestavbou

zlomy a trhliny s následnou prestavb

chromozómov, translokácie, nadpočetné chr. ...

chromozómov, translokácie, nadpočetné chr.

porucha schopnosti reparácie:

porucha schopno

syndrómy spontánnej

syndrómy spontá

instability chromozómov

instability c

charakteristický zvýšený výskyt malignít u

charakteristický zvýšený výskyt maligní

postihnutých

Sy. spontánnej instability chromozómov – pokr.

sú zapríčinené poruchami génov zúčastnených na

sú zapríčinené poruchami génov zúčast

reparačných mechanizmoch
sú autozomálne recesívne dedičné ochorenia
najznámejšie ochorenia:

najzná

–

xeroderma pigmentosum

xeroderma pigmentosu

- precitlivenosť na slnečné svetlo

- precitlivenosť na slnečné

•

zatiaľ známych najmenej 9 zodpovedných génov

zatiaľ známych najmenej 9 zodpovedných g

–

Fanconiho anémia

Fanconiho aném

– veľmi variabilný fenotyp vývinových anom.

– veľmi variabilný fenotyp vývinových anom

•

doteraz známych 8 komplementačných skupín (

doteraz známych 8 komplementačných skupí

> 8 génov)

géno

–

ataxia teleangiectasia

ataxia teleangiectasi – precitlivnosť na ionizačné žiarenie

– precitlivnosť na ionizačné žiaren

•

zodpovedný gén:

zodpovedný

ATM

AT

(11q23.1)

(11q2

–

Bloomov sy.

Bloomov sy –

•

porucha génu pre DNA-ligázu 1 (15q26.1)

porucha génu pre DNA-ligázu 1 (15q26

•

cytogenetika: vysoký výskyt výmien sesterských chromatíd

cytogenetika: vysoký výskyt výmien sesterských chrom

–

Cockayneov sy.

Cockayneov sy. – fotosenzitivita

– fotosenzitiv

–

Nijmegenský sy. chromozómových zlomov

Nijmegenský sy. chromozómových zlom

Xeroderma pigmentosum

Sy. spontánnej instability chromozómov – pokr.

Sy. spontánnej instability chromozómov – pokr.

Chromozómy a karcinogenéza

častejší výskyt chromozómových aberácií pri nádoroch

častejší výskyt chromozómových aberácií pri nádor

v podstate sa vyskytujú na všetkých chromozómoch

v podstate sa vyskytujú na všetkých chromozóm

niektoré sú špecifické pre určité nádory

niektoré sú špecifické pre určité nádo > markery

mar

otázka:

otáz

1.

predstavujú spúšťače onkogénneho procesu ?

predstavujú spúšťače onkogénneho proc

2.

vznikajú sekundárne ako prejav chromozómovej instability ?

vznikajú sekundárne ako prejav chromozómovej instabilit

odpoveď:

odpov

aj – aj

aj

1.

spúšťače onkogénneho procesu

spúšťače onkogénneho proc

chromozómová aberácia

chromozómová aber

inaktivuje tumor-supresorový gén

inaktivuje tumor-supresorový g

Wilmsov tumor –

Wilmsov tum

del(11)(q13)

del(11)(q

retinoblastóm

retinoblastó – del(13)(q14)

– del(13)(q1

LOH

LO (loss of heterozygosity) – strata heterozygotnosti:

(loss of heterozygosity) – strata heterozygotno

strata alel na jednom chr. v dôsledku delécie, pre ktoré je

strata alel na jednom chr. v dôsledku delécie, pre ktoré

jedinec konštitučne heterozygotom (

jedinec konštitučne heterozygoto

> druhý zásah

druhý zá

)

TSG a strata heterozygozity ( Loss of heterozygosity -

LOH)

LOH: veľmi častý jav pri TSG, pomáha pri mapovaní TSG

N – DNA z
normálnych buniek

T - DNA z buniek
nádoru (toho istého
pacienta)

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

13

N – DNA z
normálnych
buniek

T – DNA z
nádoru (toho
istého pacienta)

Chromozómy a karcinogenéza – pokr.

chromozómová aberácia

chromozómová abe

aktivuje protoonkogén

aktivuje prot

chronická myeloidné leukémia - CML

chronická myeloidné leukémia - CM

prvé malígne ochorenie so zistenou špecifickou

prvé malígne ochorenie so zistenou špecifi

chromozómovou aberáciou

chromozómovou aberác

filadelfský chr. (Ph

filadelfský chr.

1

) – recipročná translokácia medzi

recipročná translokácia me

dĺhými ramenami chr. 9 a 22

dĺhými ramenami chr. 9 a

> hybridný gén

hybridný

BCR-ABL

BCR

vyskytuje sa u cca 90 % prípadov adultnej aj juvenilnej

vyskytuje sa u cca 90 % prípadov adultnej aj juvenilne

CML

CM

Burkitov lymfóm

Burkitov lym

90 % prípadov translokácia 8/14, u ostatných 2/8 alebo

90 % prípadov translokácia 8/14, u ostatných 2/8 aleb

8/22

u chr. 8 zlom je v prúžku 8q24

u chr. 8 zlom je v prúžku 8

v tomto lokuse sa nachádza protoonkogén

v tomto lokuse sa nachádza protoonko

MYC

ďalšie nenáhodné chr. aberácie, špecifické pre

ďalšie nenáhodné chr. aberácie, špecifické p

hematologické malignity

hematologické malign

akútna promyeloidná leukémia – t(15

akútna promyeloidná leukémia – t(1 ;17)(q22;q12)

;17)(q22;q

podtypy non

podty

-Hodgkinov

Hodgkino ých lymf. –

ých lym

t(14;18), t(8;14),

t(14;18), t(8

t(11;14)

t(11;14

Filadelfský chromozóm u CML

Aktivácia onkogénu chromozómovou

translokáciou

Chromozómy a karcinogenéza – pokr.

2. vznikajúce sekundárne

vznikajúce sekundárn

–

genómová nestabilita je

genómová nestabilita

takmer univerzálnou vlastnosťou

takmer univerzálnou vlastno

nádorov

nádo

–

široká škála rôznych typov aberácií: trizómie, monozómie,

široká škála rôznych typov aberácií: trizómie, monozóm

rôzne štruktúrové prestavby

rôzne štruktúrové presta

Cytogenetické metódy testovania

mutagénneho účinku

mutagény zvyšujú frekvenciu chr. aberácií v bunkách

mutagény zvyšujú frekvenciu chr. aberácií v bunká

(spôsobujú zlomy

(spôsobujú zlom > klastogénny efekt

klastogénny efe )

testy na chr. a. – jeden z 3 povinných testov mutagenicity

testy na chr. a. – jeden z 3 povinných testov mutagen

metódy:

metó

–

in vitro

in

– periférne lymfocyty pestované v prítomnosti

– periférne lymfocyty pestované v prítomno

testovaného faktoru

testovaného fakto

–

in vivo

in v

– experimentálne živočíchy (kostná dreň)

– experimentálne živočíchy (kostná dr

–

monitorovanie profesionálne exponované pop.

monitorovanie profesionálne exponované po

hodnotí sa počet zlomov na bunku resp. % buniek s chr. a.

hodnotí sa počet zlomov na bunku resp. % buniek s chr

–

norma: 0,5 - 2,0 % buniek s chr. a.

norma: 0,5 - 2,0 % buniek s chr

–

zvýšenie

zvýše

: až na 10 – 20 % (napr. cytostatiká)

: až na 10 – 20 % (napr. cytostatik

SCE – norma 5 – 7 SCE na bunku

SCE – norma 5 – 7 SCE na bu

―

zvýšenie

zvýše

: až 10 x

: až 1

SCE – výmena seterských chromatíd