Biologie pro bakaláře - Cytogenetika I

Cytogenetika I.

Jak geneticky podmíněná onemocnění vyšetřujeme?

rodinagenealogické

vyšetření

chromozomy

cytogenetické vyšetření

DNAmolekulárně-

biologické vyšetření

pacient

Rozlišujeme

• Základní („klasická“) cytogenetická vyšetření – k identifikaci chromozomů a jejich změn využívají

zpravidla barvicích metod (Giemsa, Wright, fluorescenční barviva)

– až na výjimky je třeba získat chromozomy z metafázních buněk

• Molekulárně cytogenetická vyšetření– Identifikují změny chromozomů molekulárně

biologickými metodami– hybridizace in situ, PRINS, PCR in situ, fluorescenční

kvantitativní PCR, MLPA, MAPH– K vyšetření většinou postačí jádra interfázních buněk

Vyšetření v klinické cytogenetice

• Preimplantační– Pólová tělíska oocytů

– Buňky embrya po IVF

• Prenatální– Choriové klky (CVS od 11. t.t.)

– Amniocyty (amniocentéza od 16. t.t.)

– Krev z vena umbilicalis (kordocentéza od 20. t.t.)

– Fibroblasty z kožní biopsie plodu

– Fetální buňky v krvi matky

• Postnatální

Vzorky tkání pro postnatální vyšetření

• Periferní krev

• Fibroblasty z kožní biopsie

• Kostní dřeň (hemoblastózy)

• Nádor

• Sekční materiál (v případě

úmrtí pacienta)

• Buňky z bukálního stěru ústní

sliznice (jen výjimečně – při

stanovení sex chromatinu,

popř. analýze FISH na

interfázních buňkách)

V případě, že chceme získat chromozomový preparát, odebíráme

krev do zkumavky s lithium-heparinem, kůži desinfikujeme

alkoholem.

Morfologie chromozomů.

Chromozom je nukleohistonový komplex

Histony obsahují pozitivně nabité (bázické) aminokyseliny.

Ty se vážou k negativně nabitým vláknům DNA, která

mají kyselý charakter.

Methylace, acetylace a fosforylace histonů mají vztah ke genové expresi a

ke změnám chromatinové struktury

Methylace histonů (popř. DNA) většinou vypíná transkripci genů.

Acetylace histonů transkripci genů většinou spouští.

Fosforylace – význam není jasný (kondenzace chromatinu?,

aktivace genů?, tvorba nukleozomu?).

Acetylace – lysin, methylace – arginin, lysin, threonin, fosforylace – serin

Chromatinové vlákno

Nukleosomy v lidové tvořivosti

Chromatinové vlákno vytváří chromozom

Kondenzace nukleo-

histonového vlákna

Euchromatin a heterochromatin

HC

HC

ECHC

sex chromatin (Barrovo tělísko)

jaderný obal

vyšší transkripční aktivita nižší transkripční aktivita

Morfologie

chromozomů,

karyotyp

Chromozom

krátké (p-) raménko

dlouhé (q-) raménko

centromera

chromatida

telomera

telomera

repetitivní (satelitní) sekvence

DNA

repetitivní sekvence

(TTAGGG)n

repetitivní sekvence

(TTAGGG)n

DNA

Centromera

Lidské chromozomy označené tzv.

pancentromerickou sondou.

Kolik má chromozom chromatid?

syntéza (replikace)

DNA

DNA

chromozom

1 chromatida = 1 molekula DNA

Typy chromozomů

metacentrický

(mediocentrický)

submetacentrický

(submediocentrický)

akrocentrický telocentrický

Satelity neboli organizátory

jadérka – NOR(nesměšovat se satelitní DNA)

Chromozomové složení buňky udává karyotyp

Karyotyp lidské somatické buňky

Idiogram lidských chromozomů

Lidská somatická buňka obsahuje:

• 23 párů, tj. 46 chromozomů

– 22 párů autozomů

– 1 pár gonozomů (XX nebo XY)

• 7 velikostně a morfologicky odlišných

skupin chromozomů (A, B, C, D, E, F, G)

Základní morfologické skupiny chromozomů

6 – 12

13 – 15

19 – 20 21 – 22

4 – 5

A BC

D EF G

Zápis karyotypu podle mezinárodní cytogenetické nomenklatury

• Muž … 46,XY

• Žena … 46,XX

• Udáváme celkový počet všech

chromozomů a pak konstituci gonozomů

Buněčný cyklus

interfáze

M

Buněčný cyklus

G1G2

S

M

Buněčný cyklus

syntéza DNA

S

G2

G1

M

G0 - fáze

Kontrolní body buněčného cyklu

M-fáze

• = jaderné dělení:

– Mitóza (dělení somatických buněk)

– Meióza (vznik pohlavních buněk)

Mitóza

• Jaderné dělení

– Profáze

– (Prometafáze)

– Metafáze

– Anafáze

– Telofáze

• Buněčné dělení

– Cytokineze

Mitóza u nádorových buněkPorucha regulace buněčného cyklu vede ke vzniku

nádorových buněk. Ty se zpravidla vyznačují vysokou mitotickou aktivitou, která může mít za následek poruchy

rozchodu (nondisjunkce) chromozomů.

1. meiotické dělení

2. meiotické dělení

2n

n n

n nn n

gamety

Meióza

Meióza

1. meiotické dělení

(redukční)

2. meiotické dělení

(ekvační)

1 diploidní buňka

4 haploidní buňky

2n

nn

nnnn

Crossing-over (v profázi 1.meiotického dělení)

párování homologických chromozomů

(bivalent)

crossing-overchromozomy s

rekombinovanými chromatidami

Crossing-over

Meióza

1. meiotické dělení

(redukční)

2. meiotické dělení

(ekvační)

1 diploidní buňka

4 haploidní buňky

2n

nn

nnnn

Crossing-over (v profázi 1.meiotického dělení)

n n

1. meiotické dělení

2. meiotické dělení

n n

primární spermatocyt

sekundární spermatocyty

spermie

n n

2nSpermatogeneze

1 primární spermatocyt

4 spermie

n n

1. meiotické dělení

2. meiotické dělení

primární oocyt

sekundární oocyt

zralý oocyt (vajíčko)

nn

2n

druhé pólové tělísko

první pólové tělísko

Oogeneze1 primární

oocyt

1 vajíčko

Chromozomové aberace

Chromozomové aberace

• Změny struktury nebo počtu chromozomů

• Rozlišujeme:– Numerické aberace– Strukturní aberace

• Od aberací často odlišujeme chromozomové varianty (chromozomové polymorfismy), které jsou projevem variability a nemají patologické následky.

Numerické chromozomové aberace

• Polyploidie – znásobení celé haploidní chromozomové sady– Triploidie 3n– Tetraploidie 4n

• Aneuploidie – počet chromozomů není celým násobkem haploidní chromozomové sady– u somatických buněk

• Trizomie 2n+1• Monozomie 2n – 1• Tetrazomie 2n + 2

– u gamet• Nulizomie n – 1• Dizomie n + 1

Normální karyotyp

Triploidie

Trizomie

Monozomie

Aneuploidie

Polyploidie

Polyploidie

Triploidie 69,XXY

Parciální hydatidiformní mola

Vznik triploidie

2n

n

n

2n

n

nn

splynutí diploidní a haploidní gametynejčastější

případ: dispermie

Aneuploidie

Aneuploidie vznikají chybným rozchodem chromozomů neboli nondisjunkcí

Nondisjukce:

• Meiotická

• Mitotická

vznik mozaiky

Příkladem aneuploidie je Downův syndrom –

trizomie chromozomu 21

Downův syndrom (trizomie chromozomu 21)

Zápis trizomie 21 podle cytogenetické nomenklatury

47,XX,+21(dívka s D.s.)

47,XY,+21(chlapec s D.s.)

Downův syndrom

Downův syndrom

Epikantus „Opičí“ rýha

Fenotypové znaky Downova syndromu

Trizomie 21 u plodu

Riziko narození dítěte s Downovým syndromem je závislé na věku matky

45

Indikace prenatálního

vyšetření

Mozaika• Přítomnost dvou a více buněčných linií o

rozdílném karyotypu (genotypu) v jednom organismu.

• U Downova syndromu nacházíme vzácně mozaiku s normálních a trizomických buněk

• Příklad zápisu podle ISCN:– 47,XY,+21[20]/46,XX[60]– V hranatých závorkách uvádíme počet

vyšetřených buněk s daným karyotypem.

Na shledanou!