490 likes | 937 Views
Liczbowe aberracje chromosomowe. Poliploidalność - obecność dodatkowego kompletnego zestawu chromosomów, letalne Triploidia – 69, XXX Tetraploidia – 92, XXXX Aneuploidie Monosomie 2n-1 Trisomie 2n+1. TRIPLOIDIE.
E N D
Liczbowe aberracje chromosomowe • Poliploidalność - obecność dodatkowego kompletnego zestawu chromosomów, letalne • Triploidia – 69, XXX • Tetraploidia – 92, XXXX • Aneuploidie • Monosomie 2n-1 • Trisomie 2n+1
TRIPLOIDIE • Spowodowana polispermią (2 plemniki), bądź błędami w oogenezie (komórka jajowa łączy się z ciałkiem kierunkowym i następuje zapłodnienie przez plemnik) • Częstość występowania 1/10.000 żywych urodzeń • Dodatkowe chromosomy ( błąd mejotyczny) kodują dużą liczbę dodatkowych produktów genowych, powodując liczne anomalie: wady serca i ośrodkowego układu nerwowego • Większość nie przeżywa miesiąca (liczne wady) • 15% poronień związanych z triploidią TETRAPLOIDIE • rzadsze niż triploidie • Spowodowane błędami mitotycznymi (w cytokinezie) lub połączeniem 2 diploidalnych zygot • 5% poronień
Aneuploidia • Aneuploidia autosomów należy do najważniejszych klinicznie nieprawidłowości chromosomowych; prawie zawsze prowadzą do śmierci płodów • Przyczyną aneuploidii jest brak prawidłowego rozdzielenia się nondysjunkcja* chromosomów podczas mejozy I lub II. Powstałe w ten sposób gamety tworzą zygotę monosomiczną lub trisomiczną • Nullisomia 2n-2 i tetrasomia 2n+2 są letalne * Powstałe reanżacje chromosomów skutkują niezrównoważoną aberracją, których efektem jest letalność lub określone zaburzenia rozwojowe. Autosomalne monosomie prawie zawsze doprowadzają do śmieci płodu zaś trisomie mają mniej poważne konsekwencje niż monosomie.
Zespół Downa • Trisomia 21; 47,XX,+21; 47,XY,+21 • Translokacja niezrównoważona 46,XX,der(14;21)(q10;q10),+21 • Fuzje centryczne(14;21), (15;21) i (21;22) • Kariotyp mozaikowy 46,XY/ 47XY, +21 • 1/800 urodzeń
Zespół Downa Geny, wobec których istnieje duże prawdopodobieństwo, że mogą wpływać na poszczególne cechy zespołu Downa to: • MX1 (myxovirus resistance 1, mouse homolog of; interferon-induced protein p78) – locus 21q22.3 Jest związany z opóźnieniem umysłowym; Cechami morfologicznymi takimi jak: skośne szpary powiekowe, płaski nos, pobrużdżony język, szerokie dłonie, klinodaktylia 5 palca, hipotonia mięśniowa, niski wzrost, plamki Brunshfielda • RCAN1 (regulator kalcyneuryny 1; inaczej krytyczny region zespołu Downa jeden (DSCR1) – odpowiedzialny za defekty sercowe (np. ubytek przegrody przedsionkowo-komorowej(ang. AVSD) oraz opóźnienie umysłowe • GATA1 –Gata-binding protein mutacje w tych genach powodują ostrą białaczkę megakarioblastyczną (AMKL) • SOD1 (skrót od ang. „Superoxide Dismutase”) – „ nadekspresja” tego genu może powodować przedwczesne starzenie się oraz osłabienie odpowiedzi odpornościowej • COL6A1 - „ nadekspresja” tego genu może powodować choroby serca • DYRK - „ nadekspresja” tego genu może powodować opóźnienie umysłowe • APP – Amyloid Precursor Protein gene (wczesna choroba Alzheimera, problemy poznawcze)
Charakterystyczne cech zespołu Downa • Skośne ustawienie szpar powiekowych • Zmniejszone napięcie mięśniowe (hipotonia) • Opuszczone kąciki ust • Na karku pogrubiały fałd skórny u noworodków • U 50% tzw. poprzeczna bruzda • Płaska twarz, płaska potylica • Zapadnięty grzbiet nosa • Dłonie i stopy krótkie i szerokie • Duży pobrużdżony język • Plamki Brushfielda na tęczówce
Zespół Downa • Częste zakażenia układu oddechowego • 15-20x większe prawdopodobieństwo zachorowania na ostrą białaczkę (1%) • 40% cierpi na wady serca • Upośledzenie umysłowe • U dzieci przewodzeniowa a czasami nerwowa utrata słuchu, niedoczynność tarczycy, nieprawidłowości gałki ocznej • Mężczyźni są bezpłodni
Trisomia18 (zespół Edwardsa) • 1/6000 urodzeń, często występuje u martwych płodów • Niska waga urodzeniowa • Dysmorfia i wrodzone wady rozwojowe • Zachodzące na siebie palce • Zaciśnięte piąstki • Deformacja lewej stopy • Małe usta które często ciężko otworzyć • Nerka podkowiasta • Otwarte szwy czaszkowe • Szerokie rozstawienie gałek ocznych
Zespół Edwardsa • Wrodzone wady serca • Przepuklina pierścienia pępkowego • Tylny rozszczep kręgosłupa • Bardzo wysoka śmiertelność do 12 miesiąca przeżywa tylko 10%
Trisomia 13 (Zespół Patau) • Translokacja niezrównoważona z udziałem chromosomu 13 • Kariotyp mozaikowy z linią disomiczną chromosomu 13 i trisomiczną (46,XX/47,XX,+13) • Częstość 1/10.000 urodzeń • Anomalie oczne ( brak jednej gałki) • Rozszczep wargi i podniebienia • Polidaktylia • Defekt skóry na głowie • Torbielowatość nerek • Wydatne pięty • Wnętrostwo u chłopców (niezstąpienie jąder) • Małe nieprawidłowo rozwinięte oczy
Zespół Patau Przyczyny prowadzące do trisomii chromosomu 13: • Nierozejście się chromosomów w trakcie tworzenia się gamet, podczas I lub II podziału mejotycznego - możliwość ta dotyczy obojga rodziców • Obecność translokacji zrównoważonej u jednego z rodziców • Nondysjunkcja chromosomowa w trakcie podziałów komórkowych rozwijającego się zarodka.
Zespół Patau • Wady rozwojowe ośrodkowego układu nerwowego • 90% nie przeżywa do I roku życia
Monosomia Chromosomu X(zespół Turnera) • Monosomia chromosomuX (45,X) • Mozaika 45, X/46,XX • Izochromosom ramienia długiego X 46,X i (Xq) • Delecja ramienia krótkiego i długiego • Chromosom pierścieniowy [r(X)] • Częstotliwość występowania 1/2500 żywych urodzeń • Niski wzrost i otyłość • Niedorozwój umysłowy • Zwężenie aorty, defekt przegrody przedsionkowej • daltonizm • szyja płetwista • Klatka piersiowa beczkowata • Obrzęk dłoni i stóp w skutek niedrożności naczyń chłonnych
Zespół Turnera • Wiele pacjentek wykazuje wrodzone wady nerek • Infantylizm płciowy, brak drugorzędowych cech płciowych • 80% błędy mejotyczne u ojca, dostaje X od matki a brak chromosomu płciowego od ojca
Zespół Klinefeltera (47,XXY) • Częstotliwość występowania 1/800 urodzeń • Mężczyźni wysocy z nieproporcjonalnie długimi ramionami i nogami • Małe jądra • W większości niepłodni w wyniku atrofii kanalików nasiennych (azoospermia) • U 1/3 ginekomastia (rozwój gruczołów piersiowych – zwiększone ryzyko raka piersi) • Sylwetka ciała eunuchoidalna • Obecność chromatyny płciowej X • Skóra gładka, słabo owłosiona
Strukturalne aberracje chromosomów • Delecje - ubytek większej ilości materiału genetycznego * • Zespół cridu chat • Zespół Wolfa-Hirschorna Mikrodelecje – ubytek materiału genetycznego który można wykryć za pomocą FISH lub czasami HRT (2-3 Milionów par zasad) • Zespół Pradera-Willego • Zespół Angelmana • Zespół Williamsa • Zespół di George * Delecje terminalne dotyczą dużych segmentów, co przekłada się na istotne objawy kliniczne , zaś duplikacje wywołują mniej poważne konsekwencje od delacji (utrata materiału genetycznego w postaci jednego z alleli jest groźniejsza niż jego nadmiar).
Zespół cridu chat (46,5p-) • Monosomia 5p, delecja terminalna 5p z krytycznym miejscem w regionie 5p15; 46,XX, del(5)(p15) • Częstość występowania 1/50.000 • Charakterystyczny płacz (rozszczep podniebienia) • Upośledzenie umysłowe (małomózgowie) • Hipotonia mięśniowa • Zniekształcone małżowiny uszne • Niedorozwój żuchwy • Bruzda poprzeczna • Okrągła twarz, skośne szpary po- wiekowe ku dołowi
Zespół Cridu chat • Delecja w tym zespole dotyczy krótkiego ramienia od 5p15.2 do jego końca, a geny ulegające delecji wpływają na fenotyp, gdyż kodują białka biorące udział w rozwoju mózgu. Są to między innymi: semaforyna F, CTNND2-delta–katenina i TERT-telomeraza
Zespół Wolfa-Hirschorna • Delecja terminalna części krótkiego ramienia chromosomu 4 (4p16.3) lub mikrodelacja 46,XY, del(4)(p16.3); może być też translokacja, delecja interstycjalna ramienia krótkiego oraz chromosom pierścieniowy • Częstość występowania 1/50.000 • Upośledzenie rozwoju somatycznego • Małogłowie, upośledzenie umysłowe • Twarz o kształcie „hełmu greckiego wojownika”, duże małżowiny uszne • Hiperteloryzm – większa odległość między źrenicami • Szeroka nasada nosa • Rozszczep podniebienia, niedorozwój żuchwy • zez • Często wady serca, napady padaczkowe
Zespół Wolfa- Hirschhorna • WHSC1 (Wolf-Hirschhorn Candidate Gene 1) – typowy dla tego zespołu wygląd twarzy • LETM1 – odpowiedzialny za ataki, napady • MSX1 (HOX7) - agenezja zębów, czasami rozszczep wargi i podniebienia • W patogenezę zespołu może być zaangażowany gen PAX6 wlocus 4p16.1
Piętnowanie określa zjawisko zróżnicowanej ekspresji dla pewnej puli genów rodzicielskich w nowo powstałym organizmie i dotyczy ok. 1% wszystkich genów. • Znakowanie genów nie zmienia ich sekwencji, ale wpływa na ich ekspresję, co powoduje zmianę fenotypu. • Mechanizm piętnowania polega na metylacji w pozycji 5׳ cytozyny sekwencji CpG, która związana jest z regulacją transkrypcji piętnowanych genów.
Nałożenie piętna zachodzi podczas gametogenezy: w oocytach I i II rzędu odbywa się podczas fazy wzrostu -geny ulegające napiętnowaniu : SNRPN, Znfl27, Ndn, Peg3, Igf2r i p57KIP2 W spermatocytach I rzędu w czasie leptotenu i zygotenu- geny napiętnowane: IGF2/H19, RasgrfI, Gtl2 Cykl przeprogramowania komórek zostaje zakończony na wczesnych etapach rozwoju zarodka. Piętno zostaje utrzymane tylko w komórkach somatycznych, w komórkach płciowych zostaje wymazane i wprowadzone nowe, zależnie od płci. W rozwijającym się zarodku niektóre geny matki mają odwrotne działanie niż geny ojca. Np.: Gen IGF2koduje czynnik pobudzający wzrost, a IGF2R koduje receptor dla IGF2, którego zadaniem jest dostarczenie pewnej ilości IGF2 do lizosomów, gdzie zostaje zdegradowany. Produkt genu IGF2R obniża czynność IGF2 i przez to hamuje wzrost zarodka. Gen IGF2 transkrybowany jest tylko z chromosomu ojcowskiego, gen IGF2R tylko z chromosomu matki. W prawidłowo rozwijającym się zarodku pełny materiał genetyczny musi pochodzić od obojga rodziców. W piętnowaniu nie wszystkie geny podlegają pełnej ekspresji.
Piętnowanie genów związanych z AS i PWS wg J.Romer, Endok., Diabet. i Chor. Przem. Mat. Wieku Rozwoj. 2000,6,1 metylacja Ekspresja genu Chromosom matczyny- M Chromosom ojcowski- P AS PWS Mechanizm piętnowania genów
Imprinting genomowy • W obu zespołach AS i PWS część chromosomu 15 wielkości 3-4Mb, która ulega delecji nazywana jest „rejonem krytycznym” • Gen chromosomu 15 związany z zespołem Angelmana koduje białko związane z ubikwitynacją w rozwoju mózgu co odpowiada niepełnosprawnością intelektualną i ataksją ; gen ten jest aktywny tylko na chromosomie dziedziczonym od matki • W powstaniu zespołu Pradera-Willego jest zaangażowanych kilka genów, które są aktywne wyłącznie na chromosomie odziedziczonym od ojca. Jeden z tych genów SNRPN koduje małą jądrową ryboproteinę, która ulega ekspresji w mózgu
Zespół Pradera-Willego (PWS) • Uwarunkowany mikrodelecją w rejonie q11-q13 chromosomu 15, 46,XX,del(15)(q11q13)pat • Delecja interstycjalna ( de novo) (15q11-13) pochodzeniaojcowskiego • Disomia jednorodzicielska matczyna • 1/10.000; 1/25000 • Hipotonia mięśniowa • Wnętrostwo u płci męskiej • Między 2 a 3 rokiem życia nadmierne łaknienie prowadzące do otyłości (hiperfagia) • Łagodne upośledzenie umysłowe • Migdałowate szpary powiekowe • Niski wzrost, małe stopy i dłonie
PWS • Około 70% przypadków ma delecję 3-4Mb chromosomu 15q11-13; brak jest ekspresji genów aktywnych na ojcowskim chromosomie. Co najmniej 6 genów podlegających piętnowaniu jest obecnych na tym odcinku i są transkrybowane. Z układu transkrypcji wynika, że PWS jest spowodowany niedoborem wielu genów. • U ok.. 20% pacjentów z PWS nie wykryto chromosomalnych aberracji, mutacji w piętnowanych genach mimo iż transkrypcja genów jest błędna i wskazuje na brak poprawnego piętnowania. • Mikrodelecje w promotorze genu SNRPN powodują brak transkrypcji nie tylko tego genu ale i wszystkich genów transkrybowanych z ojcowskiego chromosomu. • Mutacje piętnowania powodują błędną metylację promotora SNRPN, co wyłącza wszystkie ojcowskie geny na odcinku 4Mb chromosomu 15. Tylko gen UBE3A jest transkrybowany bo brak odwrotnego RNA UBE3A ( żeńskie piętnowanie) • Zaburzona regulacja homeostazy glukozy przez białko regulatorowe NRF1 lub zaburzonej ekspresji genu MEGEL2 powoduje problem z ssaniem u noworodka oraz nadmiernym apetytem prowadzącym do otyłości. • Ok.. 1%przypadków PWS to mała delecja w rejonie zawierającym centrum imprintingu na chromosomie 15. Jest to sekwencja pomagająca we włączeniu i wyłączeniu samego imprintingu.
Zespół Angelmana (AS) • Mikrodelacje w drugim intronie transkryptów BDuniemożliwiają prawidłowe wycinanie intronów, czyli składanie RNA BD powodując AS • Tylko gen UBE3A z metylowanego odcinka 15q11-13 podlega transkrypcji (specyficzny dla żeńskich gamet). Obecność odwrotnego transkryptu UBE3A, który regulowany jest przez metylację powodując jego inaktywacje pozwala na transkrypcje genu UBE3A. • U pacjentów z AS mutacje transkryptów BD uniemożliwiają wiązanie się żeńskiego specyficznego czynnika i metylazy DNA z promotorem SNRPN, powodując transkrypcje ojcowskich genów i brak transkrypcji genu UBE3A(piętnowanie męskie) • Delecja regionu 15q11,2-13 zawierającego aktywną kopię genu UBE3A występuje w 65-75% • Ojcowska disomia jednorodzicielska (UPD) 5%, w której obie kopie chromosomu 15 są dziedziczone od ojca z piętnem ojcowskim z wyciszoną kopią genu UBE3A jest epigenetyczna przyczyną AS • Mutacje punktowe genu UBE3A 10% prowadzące do utraty funkcji genu, przy jednoczesnej kopii matczynej i zachowanym prawidłowym wzorze piętnowania prowadzą do AS
Chłopiec z zespołem Pradera- Willego(PWS)otyłość centralna, małe dłonie i stopy
Schemat regionu krytycznego 15q11.2 zespołu Pradera–Williegoz uwzględnieniem rodzaju genów(źródło: Expert Reviews in Molecular Medicine, 2005. Cambridge University Press)
W regionie krytycznym PWS 15q11-13 zidentyfikowano grupę genów, podlegających zjawisku rodzicielskiego piętnowania matczynego z monoalleliczną ekspresją ojcowską, a mianowicie: MKRN3 (ang. makorin3), MAGEL2 (ang. mage-like2); NDN (ang. necdin); SNURF-SNRPN (ang. small nuclear ribonucleoprotein polypeptide Noraz small nucleolar RNAs and the UBE3A antisense transcript); to długi transkrypt kodujący polipeptyd N małej rybonukleoproteiny jądrowej oraz szereg jąderkowych RNA i antisense transkrypt UBE3Aoraz genC15ORF2(ang. chromosome 15 open reading frame 2). Ponadto zidentyfikowano w regionie geny z dwualleiczną ekspresją, do których klasyfikują się geny dotyczące receptorów GABAergicznych GABAR(ang. gamma-aminobutyric acid receptor), gen OCA2 (ang. oculocutaneous albinism, type 2), inaczej gen P oraz gen z domeną HECT (ang. homologous to E6-AP C terminus) i domeną RCC1 (ang. regulator of chromosome condensation 1), zwany HERC2(ang. HECT domain and RCC1 domain2), oraz dwa geny z piętnem ojcowskim przy monoalelicznej ekspresji matczynej: UBE3A(ang. ubiquitin-protein ligaseE3A) oraz ATP10C(ang. ATPase, class v, type 10c).
Zespół Angelmana • Uwarunkowany jest mikrodelecją w rejonie q11-q13 chromosomu 15, pochodzenia matczynego46,XX,del(15)(q11q15)mat • Disomia uniparentalna chromosomu 15 pochodzenia ojcowskiego • Defekt imprintingu genowego(3-5%) • Częstość występowania: 1/25.000 • Poważne upośledzenie umysłowe • Ciężkie zaburzenia mowy • Napady padaczkowe, ataksja, drżenie, drgawki • Cechy dysmorfii twarzy • Napady śmiechu – potoczna nazwa zespołu „zespół szczęśliwej kukiełki”
Regulacja ekspresji genów w regionie PWS-AS i efekt mikrodelecji obejmującej AS-SRO w zespole Angelmana
Metoda z wyboru –FISH do oceny mikrodelecji w zespole AS • Z lewej zespół Angelmana wykluczony, z prawej potwierdzony (utrata sygnału na 1 z dwóch chromosomów rodzicielskich
Porównanie zespołu Pradera-Williego i zespołu Angelmana. Rysunek wykonany na podstawie: Eberhard Passarge; "Genetyka. Ilustrowany przewodnik"
Zespół Williamsa • Zaburzenia rozwojowe • Wady serca, nadzastawkowe zwężenie aorty, obwodowe zwężenia tętnicy (objawy związane z błędami w genach elastyny potrzebnej do budowy naczyń krwionośnych) • Zaburzenia układu moczowo-płciowego i endokrynnego • Objawy ze strony układu mięśniowo- szkieletowego • Specyficzne cech zachowania i neurologiczne ( IQ 20-106) • Dysmorfia twarzy, twarz „elfa”, wydatne policzki i usta.
Zespół Williamsa • WS 46,XY del ( 7q11.23) zaliczany jest do wieloukładowych zaburzeń rozwojowych; przyczyna jest mikrodelecja „ genów przyległych” w długim ramieniu chromosomu 7 (7q11.23) • Obejmuje utratę ponad 20 genów o długości > 1.5Mb • Geny, które zostały zmapowane w regionie krytycznym z prawidłowym wariantem allelicznym: ELN (elastin), LIMK1 ( lim kinase1), RTFC2 (replicalion factor C, subunit 2), GTF2I (general transcription factor II, I), STX1A (syntaxin 1A), BAZ1B ( bromodomain adjacent to a leucine zipper1B), CYLN2 ( cytoplasmic linker 2), NCF1 (neutrophil cytosolic factor 1), GTF2IRD1, FZD3 (frizzled 3), WSCR1
Zespół Williamsa • Gen ELN (elastyny) – nieprawidłowości tkankiłącznej, związany jest z układem sercowo-naczyniowym, charakterystyczny fenotyp twarzy • LIMK1 (LIM kinaza), FZD3 i WSCR1wykazują aktywność w mózgu co może wpływać na jego rozwój, z niewłaściwymi umiejętnościami poznawczymi; delacja LIMK1z genem elastyny powoduje trudności w ocenie relacji przestrzennych • RFC2 – brak materiału genetycznego w tym miejscu powoduje niedobór wzrostu i zburzenia rozwojowe
Identyfikacja zespołu Williamsa metodą FISH • Z lewej zespół Williamsa wykluczony, z prawej potwierdzony
Zespół Di George • Mikrodelecja rejonu q11.2 chromosomu 22 46,XX,de(22q11.2) • Występują cechy dysmorficzne twarzoczaszki • Wrodzone wady serca i łuku aorty • Brak grasicy – brak limfocytów T występują częste infekcje wirusowe i grzybicze • Obniżony poziom wapnia we krwi Geny krytyczne w rejonie mikrodelacji to: • TBX1 (T- box 1) – związany z wadami serca, hipoplazją grasicy, rozszczepieniem wargi i podniebienia, utratę słuchu, brak funkcjonowania przytarczyc i niski poziom wapnia • UFD1L, COMT i Hira- nieobecność produktów tych genów powoduje nieprawidłowe różnicowanie się elementów narządu skrzelowego/gardłowego, zaburzenia powstawania naczyń krwionośnych skrzeli
Kobiety XXX • 47,XXX • Nondysjunkcja w I podziale mejotycznym u matki lub w II u ojca • Częstość kariotypu u noworodków 1/1000 • Wtórny brak miesiączki • Kobiety pozbawione urody • Wysoki wzrost • Niski stopień inteligencji • Brak anomalii chromosomowych u potomstwa kobiet XXX • Wraz z wiekiem kobiety wzrasta prawdopodobieństwo wystąpienia u córki dodatkowego X • Dwa ciałka Barra
Mężczyźni XYY • Ojcowska nondysjunkcja w II podziale mejotycznym (84%), • Postzygotyczny błąd mitotyczny (18%) • Częstość występowania kariotypu 47,XYY u noworodków 1/1000 • Wysoki wzrost 180cm • Zwiększona pobudliwość emocjonalna • Zmniejszone panowanie nad emocjami • Agresywne zachowanie • Brak pełnej dojrzałości psychicznej • Prawidłowa męska budowa ciała • Mężczyźni są płodni
Mężczyźni XX • Translokacja terminalna części ramion krótkich chromosomu Y (Yp11,2) z fragmentem regionu pseudoautosomalnego na ramie krótkie chromosomu X (Xp22,3) lub nieuprawniony crossing- over między X i Y z przyległym do regionu pseudoatosomalnego sekwencji z genem SRY ( 46, XXSRY+) • Utrata chromosomu Y we wczesnym okresie rozwoju zarodka z kariotypem 47, XXY • Częstość występowania mężczyzn XX wynosi 1/25000 • Większość mężczyzn o obrazie klinicznym podobnym jak zespół Klinefeltera • Średnia wzrostu jest niższa niż w zespole XXY