Cytogenetika človeka II

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 predovšetkýmúchylkami 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 aleboq) 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

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)

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 : 4 000 – 10 000 • 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 : 50 100 000 • cytogenetika:

28. Klasické chromozómové aberácie - gonozómy Turnerov sy. – 45,X0 • incidencia - 1 : 4 000 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 : 1 000 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 • incidencia 1 : 1 000 • vyššia postava • znížený intelekt, sklon k agresivite • fertilita normálna • sy. fragilného X chromozómu • incidencia 1 : 1 250 • stredná až ťažká mentálna retardácia, IQ 35 - 70

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 aberáciainaktivuje 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. 13 13 delécia môže vyradiť aj blízko ležiace polymorfizmy RB1 gén delécia submikroskopickú deléciu možno detekovať pomocou polymorfizmov DNA, tesne viazaných s RB1 génom pacienti s Rb majú občas (~20%) mikroskopicky viditeľnú deléciu 13q14 TSG a strata heterozygozity ( Loss of heterozygosity - LOH) 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 aberáciaaktivuje 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