UNIVERZITET U TUZLIMedicinski fakultet

SEMINARSKI RAD IZ BIOLOGIJETEMA: NUMERIKE ABERACIJE AUTOSOMA

_______________________________________________

Dr. sc. Rifet Terzi, red. prof. Student: Anis Ljuca

TUZLA, FEBRUAR 2016. GODINESADRAJ:

1.UVOD32. HROMOSOMSKE ABERACIJE42.1. Odreivanje broja hromosoma i numerike hromosomske aberacije43. SINDROMI I PATOLOKA STANJA KAO POSLJEDICA NUMERIKIH ABERACIJA AUTOSOMA73.1. Trisomija 21 Down sindrom_(47,XX,+21 ili 47,XY,+21)73.2. Trisomija 18 Edwards sindrom (47,XX.+18 ili 47,XY,+18)103.3. Trisomija 13 Patau sindrom (47,XX+13 ili 47,XY+13)114. PRENATALNA CITOGENTIKA DIJAGNOSTIKA124.1. Indikacije za prenatalnu citogentiku dijagnostiku124.2. Metode uzimanja uzoraka za prenatalnu gentiku dijagnostiku134.2.1. Amniocenteza134.2.2. Biopsija horionskih resa (chorion frondosum)134.2.3. Placentocenteza134.2.4. Kordocenteza135. ZAKLJUAK146. LITERATURA15

15

1. UVOD

Genetski poremeaji mogu potjecati od nedostatka u genima ili od hromosomskih nenormalnosti. Kod nekih ljudi genetski izbor mogu je prije nego to dobiju dijete, drugi se pokau nosiocima za genetski poremeaj nakon to su dobili dijete ili fetus sa nenormalnou. Genetska nenormalnost moe se dijagnosticirati prije ili nakon roenja, koristei razliite postupke.Genetski poremeaji mogu biti oiti pri roenju (priroeni poremeaji) ali se ne moraju iskazati sve dok ne protekne nekoliko godina. Neki poremeaji mogu prije nastati zbog izlaganja lijekovima, hemikalijama ili drugim tetnim iniocima, poput rtg zraka prije roenja.

Klasina genetika je zaeta eksperimentima (hibridizacija istih varijeteta graka koji se meusobno razlikuju u jednoj ili vie osobina) monaha Gregora Johanna Mendela, na osnovu kojih je 1865. formulirao osnovne principe biolokog nasljeivanja. Mendel je postulirao: svaku osobinu odreuje element (faktor); roditelji sadre par ovakvih elemenata za svaku osobinu; potomci nasljeuju po jedan element od svakog roditelja; segregacija roditeljskih elemenata je sluajna, sa 50% anse da svaki bude naslijeen; jednakost hibrida u prvoj generaciji; nezavisno cijepanje (segregacija) naslijedenih elemenata (i osobina) u njihovu potomstvu; meusobno nezavisno kombiniranje elemenata koji odreuju dvije ili vie osobina. Mendelove elemente je Johannsen 1909. nazvao genima, prema imenu nauke o nasljeivanju (genetika) koje je dao Bateson 1906. Kao i mnogi drugi velikani, Mendel nije doivio da njegova otkria budu prihvaena u iroj javnosti. Tek u 1900. Hugo de Vries u Amsterdamu (Holandija), Carl Correns u Tubingenu (Njemaka) i Erich von Tchermak u Beu (Austrija), nezavisno jedan od drugog, ponovno otkrili Mendelov rad; oni su u svojim istraivanjima doi do istih zakljuaka kao i Mendel. U ast utemeljitelja (oca) nauke o nasljeivanju, ova oblast genetike je po njemu nazvana Mendelijanska genetika.

2. HROMOSOMSKE ABERACIJEPromjene u koliini (viak, manjak) i/ili rasporedu nasljednog materijala koje predstavljaju odstupanje od za vrstu karakteristinog broja i strukture hromosoma nazivaju se hromosomskim mutacijama, odnosno aberacijama (poremeajima). S obzirom na to da li je izmijenjen broj ili struktura hromosoma, razlikuju se numerike i strukturne hromosomske aberacije. Ako je aberacijom zahvaen neki od autosoma, onda su to autosomne aberacije. Analogno tome, ako je aberacijom zahvaen neki od spolnih hromosoma (gonosoma, heterosoma), onda razlikujemo numerike i strukturne aberacije spolnih hromosoma, odnosno gonosoma.2.1. Odreivanje broja hromosoma i numerike hromosomske aberacijePromjene odstupanja od kariotipa koje se odnose na broj hromosoma su numerike hromosomske mutacije. Broj hromosoma je karakteristian za vrstu.Euploidija oznaava normalan hromosomski broj karakteristian za odreenu vrstu. Tjelesne (somatske) elije ovjeka su euploidne (diploidne) ako sadre 46 hromosoma (23 para), od kojih su 44 (22 para) autosomi i 2 (jedan par) spolni hromosomi (gonosomi), a spolne elije (gameti) ako sadre 23 hromosoma od kojih su 22 autosomi i jedan spolni hromosom. Osnovni broj hromosoma moe biti konstitucijski izmijenjen zbog adicije ili gubitka hromosoma u gametogenezi, fertilizaciji ili embriogenezi. Svako odstupanje od euploidije je numerika hromosomska aberacija koja se moe ispoljiti kao aneuploidija ili poliploidija.Promjena u broju hromosoma koja se odnosi na viak ili manjak pojedinih parova u setu zove se aneuploidija. Ukoliko od oekivanog diploidnog broja hromosoma nedostaje jedan par, to se naziva nulisomik, ali ako u tom paru nedostaje samo po jedan hromosom onda je on monosomik. Moe i da nedostaje po jedan hromosom u dva para, pa je to dupli monosomik. Postoje i trisomije kada je neki lan jednog para u viku, takoe i tetrasomije i dvostruke tetrasomije. Dakle, ne zahvata viak ili manjak hromosoma svaki par u setu, nego pojedinani parovi u setu. Aneuploidije mogu nastati i usljed nepravilnog razdvajanja, odnosno nerazdvajanja hromosoma tokom mejoze 1 i 2.

Slika 3: Nepravilno razdvajanje tokom Mejoze I ili Mejoze IIGubitak ili viak hromosoma uzrokuje genski debalans (manjak ili viak genetikog materijala), odnosno neravnoteu u hromosomskom komplementu, te u pravilu ima tetne posljedice i uzrokuje spontane pobaaje ili naruava normalni razvoj praen nizom malformacija, to rezultira abnormalnim fenotipom. Stupanj abnormalnosti ovisi o tome koji je hromosom u viku ili manjku. U principu, nedostatak hromosoma je tetniji od vika jer omoguava fenotipsko ispoljavanje abnormalnosti determisanih recesivnim alelima. Monosomije autosoma u humanoj populaciji nisu kompatibilne sa ivotom i zavravaju spontanim pobaajem. Kliniki je trisomija najea aneuploidija. Autosomne trisomije imaju mnogo tetnije posljedice po fenotip od gonosomnih trisomija. Kontistucijske varijacije broja hromosoma se kreu od 45 do 49. Broj hromosoma moe biti promijenjen u odreenoj elijskoj liniji, to rezultira razliitim brojem hromosoma u elijskim linijama istog organizma, a oznaava se kao mozaicizam ili miksoploidija. Stepen mozaicizma zavisi o stadiju razvoja u kojem je dolo do nastanka numerike hromosomske aberacije. Ako aberacija nastane ubrzo nakon fertilizacije (oplodnje), vei broj tkiva e biti aficiran mozaicizmom. Iz navedenih razloga ponekad je, kada se sumnja na mozaicizam, potrebno analizirati elije razliitog porijekla (odnosno elije razliitih tkiva).

Slika 4: Vrste aneuploidija

3. SINDROMI I PATOLOKA STANJA KAO POSLJEDICA NUMERIKIH ABERACIJA AUTOSOMAHipodiploidije autosoma su letalne, te su ivoroena djeca aneuploidnog kariotipa hiperdiploidna, najee trisomina za hromosome 21, 13 i 18, a izuzetno rijetko za hromosome 7, 8, 9, 14 i 22. Preko 90% aneuploidnih plodova biva odbaeno u prvom trimestru trudnoe, a kod ivoroene djece je ispoljen visok stepen mentalne retardacije i poremeaji u razvoju i rastu.3.1. Trisomija 21 Down sindrom_(47,XX,+21 ili 47,XY,+21)Klinike karaktetistike ovog sindroma opisap je dr John Langdon Down 1866. godine, a Lejeune i saradnici (1959) su ustanovili uzrok ovom sindromu: jedan prekobrojni hromosom 21 (trisomija 21). U 92-95% sluajeva Down sindrom (DS) uzrokovan je regularnom trisomijom 21; kariotip tih osoba je, zavisno od spola, 47,XX+21 ili 47,XY,+21. U 85-90% sluajeva prekobrojni hromosom je maternalnog porijekla (kao posljedica nerazdvajanja hromosoma/hromatida u mejozi oogeneze). 12% djece s Down sindromom su mozaici, s dvije elijske linije: jedna s 47 hromosoma i trisomijom 21, a druga normalnog kariotipa (mozaii kariotip: 46/47,+21). Ovakve mozaine (miksoploidne) elijske linije nastaju kao posljedica postzigotnog nerazdvajanja. U ovim sluajevima klinika slika je blaa, a njena teina ovisi o tome koja elijska linija prevladava. Translokacija hromosoma 21 (translokacijski tip DS) na neki drugi, najee akrocentrini hromosom (Robertsonova translokacija), uzrok je ovom sindromu u 3-5% sluajeva (od toga su 75% de novo i 25% obiteljske translokacije). Osobe s translokacijskim tipom DS u svojim elijama sadre 46 hromosoma, ali uz dva hromosoma 21 postoji jo i trei translociran na jedan od ostalih akrocentrinih hromosoma, najee hromosom 14; t(14q/21q), ili je uz jedan hromosom 21 jo jedan izohromosom 21.Rizik ponovnog raanja djeteta s trisomijom 21 od roditelja normalnog kariotipa je manji od 1% (i direktno zavisi od starosti majke), a ako je DS posljedica de novo Robertsonove translokacije, onda je rizik 23%. U sluaju tzv. obiteljskog tipa Robertsonove translokacije rizik za potomstvo zavisi od spola roditelja, mirnog nosioca Robertsonove translokacije i tipa hromosoma na koji je translociran hromosom 21:

a) ako je majka rob(Dq;2lq) rizik je 10-11%, a ako je ista translokacija kod oca, onda je rizik 2,4%;

b) ako je kod majke translokacija rob(2 lq;22q) rizik je 14%, a ako je kod oca, ondaje rizik 1-2%;

c) ako je jedan od roditelja nosilac translokacije tipa rob(21q;21q) ili izohromosoma 21, onda je rizik za potomstvo 100%.

Primjenom savremenih molekularno-citogenetikih tehnika ustanovljeno je da su geni odgovorni za veinu karakteristinih, klinikih manifestacija DS locirani na dugom kraku hromosoma 21, na regijama 21q22.1-q22.3. Oko 60% DS plodova biva spontano pobaeno, a 20% je mrtvoroenih. DS je najei autosomni numeriki poremeaj kod ivoroene djece, ee kod djeaka nego kod djevojica (3:2). Incidenca se odrava godinama u intervalu blagih oscilacija, a to je 1:650800 ivoroene djece bez obzira na geografsku, socijalnu ili rasnu pripadnost. Uestalost raanja djece s Down sindromom ovisi o ivotnoj dobi majke pri zaeu: ene starosti 20 godina 1:1.500 poroda; 24 godine 1:1.350; 30 godina 1:900; 35 godina 1:380; 37 godina 1:240; 39 godina 1:150, 40 godina 1:85; 45 godina 1:45 poroda.lako su jedini pouzdani naini postavijanja dijagnoze Down sindroma analiza kariotipa i/ili interfazni FISH, DS je prema fenotipskim karakteristikama prepoznatljiv ve pri porodu djeteta. Izraena je hipotonija, zglobovi su hiperfleksibilni i ekstenzibilni. Velika i mala fontanela iroko su otvorene, avovi kostiju glave obino su razmaknuti. Glava je okrugla,na zatiljku pljosnata, nos malen, sedlast. Mongoloidno postavljene (ukoene) oi, na unutranjem onom kutu postoji nabor koe, uz obod arenice bijele Brushfild-ove pjege kod 80% djece. Zbog slabije razvijenih vilica, usna upljina je malena, te nesrazmjerno velik jezik viri izvan nje. Na dlanu izraena brazda 4 prsta (tzv. majmunska brazda) u 50% sluajeva, a noni palac je iroko razmaknut od ostalih prstiju. Kod 40 60% su izraene anomalije srca koje su i najei uzrok rane smrtnosti djece s DS. Leukemije su 20 puta ee kod osoba s DS u odnosu na ostalu populaciju. Down sindrom je u djeijoj patologiji najee prepoznati uzrok mentalne retardacije. Kod veine osoba s DS koeficijent inteligencije je 3050, iznimno kod mozainih sluajeva 7080. Kod enske djece s DS spolne su karakteristike slabije izraene, aliu postoji mogunost da su fertilne (15-30%); iako je rizik raanja djeteta s DS 50%, meu opisanim sluajevima veina njih rodi zdravo dijete. Mukarci nemaju seksualnih poriva i samo je u jednom sluaju dokazano da je mukarac s DS otac. ivotni vijek osoba s DS uglavnom ovisi o tipu i stepenu uroenih i prateih (steenih) anomalija, te o ivotnim uvjetima. Oko 50% djece koja preive prvu godinu ivota doivi stariju dob (5060 godina). No u posljednjih nekoliko godina, u nizu laboratorija otkriveni su vani ciljevi za lijekove kojima bi se u mozgu mogli obnoviti onesposobljeni hemijski putovi. Trenutano se u svijetu na ljudima provode klinika testiranja najmanje dvaju takvih lijekova.Amerika je ekipa pokuala obnoviti funkcije cerebelluma mieva kod kojih je genetskom modifikacijom izazvan sindrom. Cerebellum, odnosno mali mozak, nalazi se u bazi mozga, a kontrolira motorike funkcije, motoriko uenje te ravnoteu. Kod mieva i ljudi s Downovim sindromom on je za 40% manji. Reeves je mievima ubrizgao kemikaliju koja stimulira rast vanog razvojnog puta, koji, meu ostalim, kontrolira rast cerebelluma. Time su znaajno poboljane sposobnosti uenja i pamenja ljudi sa ovim Down sindromom, to je od velike vanosti.

Slika 5: Osoba sa Down sindromom3.2. Trisomija 18 Edwards sindrom (47,XX.+18 ili 47,XY,+18) Sindrom je opisao John Hilton Edwards 1960. godine. U 85% sluajeva uzrok Edwards sindroma (ES) je regularna trisomija 18, najee (preko 90%) kao posljedica primarnog nerazdvajanja u mejozi oogeneze; 10% su mozaici (46/47,+18), dok je 5% rezultat razliitih translokacionih aranmana u koje je ukljuen hromosom 18 (odnosno odgovarajue regije hromosoma 18, rezultira parcijalnom trisomijom 18). Geni odgovorni za ispoljavanje karakteristinih klinikih simptoma ES su locirani na dva regiona hromosoma 18: jedan na proksimalnom (18q12-q21), a drugi na distalnom (18q22.3-qter) dijelu dugog kraka. Priblino 95% plodova s ES biva spontano pobaeno. Incidenca raanja je 1 na 6.000-8.000 novoroenadi, ee u djevojica nego u djeaka (4:1). Samo 5-10% ivoroenih preivi prvu godinu to je razumljivo budui da su srane mane (u 95% sluajeva ispoljene malformacije veine vitalnih organa. Kod novoroenadi se uoavaju sljedee fenotipske karakteristike: poloaj ake (drugi preko treeg, peti preko etvrtog prsta), duboke brazde na dlanovima, nokti su hipoplastini, iaenje kukova, izboena peta,

Slika 6: Edwards sindrom

3.3. Trisomija 13 Patau sindrom (47,XX+13 ili 47,XY+13)Kliniku sliku ovog sindroma jo u predcitogenetikoj eri (1882) opisali patolozi i neurolozi. Citogenetiar Patau je 1960. godine uoio povezanost izmeu opisane klinike slike i jednog prekobrojnog hromosoma iz grupe D, a Yunis sa saradnicima dokazuje da je taj prekobrojni hromosom 13. Incidenca raanja djece s ovim sindromom je 1:10.000 do 12.000 poroda, preteno majki starijih od 35 godina. U 75% sluajeva Patau sindrom (PS) uzrokovan je regularnom trisomijom 13, a prekobrojni hromosom je najee (90%) naslijeen od majke; u 20% PS uzrok je nebalansirana translokacija (tzv. translokacijski tip PS), najee izmeu akrocentrika 13/14 i naslijeena je od majke, mirnog nosioca translokacije (nosioci balansirane translokacije 13/13 su infertilni); 5% su mozaici (46/47,+13). Rizik ponovnog roenja djeteta s PS zavisi od tipa hromosomske aberacije kod ve roenog djeteta s PS: ako je s trisomijom 13, de novo translokacijom ili mozaicizmom, rizik je priblino 1:4.000, dok je u sluaju obiteljske translokacije rizik 5 15%. Preko 95% plodova biva spontano pobaeno; oko 50% ivoroenih umire u prvom mjesecu, est mjeseci doivi tek 30%, dok prvu godinu preivi njih 15%. Osnovni simptomi koji prate PS su rascjep usne i nepca, mikroftalmija i heksadaktilija. Osim toga, prisutne su multiple anomalije unutranjih i vanjskih organa, prekobrojne slezene, prekobrojni jetreni i pluni lobusi, prekobrojne lijezde (pankreas npr.).

Slika 7: Patau sindrom4. PRENATALNA CITOGENTIKA DIJAGNOSTIKAPrenatalna (inatrauterina) dijagnostika je process utvrivanja eventualnih oboljenja fetusa. Tokom trudnoe mogue je detektovati razliite abnormalnosti. Neke su posljedica hromosomskih abnormalnosti ( npr. Down sindrom), a neke nepravilnosti unutar jednog gena (npr. cistina fibroza, ili srpasta anemija). Ove abnormalnosti mogu biti dijagnosticirane prouavanjem fetalnih elija uzrokovanih amniocentezom ili biopsijom horionskih upica. Spol fetusa, takoer, moe biti odreen prenatalno.4.1. Indikacije za prenatalnu citogentiku dijagnostikuPrenatalna dijagnostika se pimjenjuje kada na osnovu porodine historije, starosti trudnice, ili drugog znaajnog faktora rizika, postije indikacije ili sumnja na abnormalnosti. Indikacije za prenatalnu dijagnostiku su:a) Starost trudnice najea je indikacija za prenatalnu analizu hromosoma. Rizika za hromosomske abnormalnosti, Down sindrom i druge aneuploidije, poveava se to su trudnice starije. Uglavnom se prenatalna citogenetika dijagnostika sugerie enama starijim od 34 godine.b) Abnormalni rezultati screening testova u serumu majke alfa feto protein (AFP), humani horionski gonadotropin (hCG), nekonjugirani estriol (uE3) su neki od screening testova koji su dostupni trudnicama. Abnormalne vrijednosti ovih pokazatelja upuuju na poveani rizik za sindrom Down kod fetusa, dok nizak nivo poveavaja rizik za fetalnu trisomiju 18.c) Abnormalan ultrazvuni nalaz moe biti indikacija za analizu hromosoma fetusa jer su mnoge fetalne abnormalnosti povezane sa poveanim rizikom za hromosomske abnormalnosti.d) Hromosomske abnormalnosti u ranijim trudnoama par koji je imao dijete ili fetus sa trisomijom 21 ima povean rizik od oko 1% za zaee drugog djeteta sa trisomijom ili drugom hromosomskom aberacijom.e) Roditelj nosilac balansiranog hromosomskog rearanmana iako uglavnom fenotipski normalan, ima velike anse za produkciju nebalansiranog gameta, to rezultira zaeem ploda sa hromosomskom abnormalnou koji moe biti spontano abortiran.4.2. Metode uzimanja uzoraka za prenatalnu gentiku dijagnostiku4.2.1. AmniocentezaTransabdominalna amniocenteza obino se izvodi u 15. ili 16. sedmici gestacijskog perioda. Amniocenteza u period od 11. do 14. sedmice se oznaava kao rana, a mogue ju je primijeniti i kasnije tokom trudnoe, zavisno od okolnosti genetikog testiranja i potreba pacijentice. Proces je ultrazvuno kontrolisan, pa su rizici za majku i plod minimalni. Rizik za gubitak ploda do tri sedmice nakon zahvata iznosi 0.5%, uz optimalne uslove rada i iskusno medicinsko osoblje.4.2.2. Biopsija horionskih resa (chorion frondosum)Biopsija horionskih resa (trofoblasti) obino se vri izmeu 10. i 12. gestacijske sedmice, transcervikalno ili transabdominalno, uz ultrazvunu kontrolu. Mjesto sa kojeg se uzima uzorak oznaava se kao chorion frondosum. Takoer, u ovoj fazi amnion i horion su meusobno odvojeni, a od uterusa su odvojeni tankim slojem maternalne decidue. Poznavanje ovih anatomskih karakteristika je vano da bi se shvatilozato se uzrokovanje moe vriti samo u ovom periodu, kao i zato je kontaminacija majinskim elijama est problem u citogenetikoj analizi.4.2.3. PlacentocentezaZa citogenetiku analizu koristi se i aspirirano tkivo ploda koje se kultivira direktno ili tokom 24 sata. Ovom metodom dobiju se hromosomi nezadovoljavajueg kvaliteta, na kojima se nakon pruganja ne uoavaju strukturne aberacije. Osim toga, to je vei staij trudnoe, vea je vjerovatnoa analize majinih stanica i dobijanja lanih rezultata.4.2.4. KordocentezaUzrokovanje krvi ploda iz pupanika, uz ultrazvunu kontrolu, oznaava se kao kordocenteza. Obino se izvodi u 18. sedmici gestacije. Ova metoda se primjenjuje kada je potrebna dodatna analiza zbog mozaicizma utvrenog nakon amniocenteze ili biopsije horionskih upica. Citogenetiku analizu je mogue vriti na kratkotrajnim kulturama (48 do 72 sata) fitohemaglutininom stimulisanih limfocita. Rizik ove metode, u pogledu mogunosti pobaaja i krvarenja, vei je u odnosu na amniocentezu i biopsiju horionskih upica.5. ZAKLJUAKU ovoj temi sam obradio numerike aberacije autosoma koje se javljaju kod ljudi. Radom sam elio objasniti neke probleme i njihove uzroke, te razjasniti zato dolazi do takvih bolesti. Naalost, medicina kao znanost se jo nije dovoljno razvila da bismo izlijeili ili barem pravovremeno zaustavili te mutacije, te trenutno jedini mogui nain za postupanje s oboljelima je pruanje njege i ljubavi koja im je itekako potrebna u njihovom ivotnom putu. Saznali smo koliko se ranije moe saznati hoe li novoroene biti zdravo, naine na koje emo to saznati, te da li moemo poduzeti ita da barem smanjimo postotak mogunosti da se bolest pojavi. Saznali smo zbog kojih se promjena dogaaju neke bolesti, ali ipak nismo uspjeli saznati zato dolazi do tih promjena. Stoga se nadam da e u slijedeem stoljeu medicina ipak dovoljno se razviti da otklonimo i jo jedan spektar bolesti od kojih trenutno nemamo obrane.

6. LITERATURABajrovi K., auevi A., Hadiselimovi R.; editori (2005) Uvod u genetiko inenjerstvo i biotehnologiju. Institut za genetiko inenjerstvo i biotehnologiju, Sarajevo.

Bari I., Stavljeni-Rukavina A. (2005) Racionalna dijgnostika nasljednih i priroenih bolesti. Medicinska naklada, Zagreb.

Lewis R. (2005) Human Genetics Concepts and Applications. McGraw-Hill, New York.

Petkovi I. (2005) Molekularna citogenetika u dijagnostici mikrodelecijskih sindroma. Paediatria Croatica 48

Spasojevi VS. (1978) Citogenetika.Nauna knjiga, Beograd.

Zergollern Lj et al. (1994): Humana genetika. Medicinska naklada, Zagreb.

Zergollern Lj et al. (1994): Humana genetika II. kolska knjiga, Zagreb.