Lidský genom

1. 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

2. 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

3. Heterochromatin Konstitutivní • 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

4. 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

5. Složky chromatinu 1) Histony • 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

6. 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

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

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

9. 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

10. 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

11. 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

12. 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

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

14. 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

15. 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)

16. 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

17. 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, …

18. Nomenklatura chromozómů - II

19. 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

20. 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

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

22. 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

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