UVOD U MEDICINSKU GENETIKU

Dejan Mirčić

Standardizacija humanog kariotipa

Tijo i Levan (1956), dokazano prisustvo 46 hromozoma u komplementu čoveka u kulturi fibroblasta.

Denver (1960), Održana prva konferencija na kojoj je izvršena klasifikacija humanih hromozoma prema dužini, indeksu krakova, centromernom regionu. Hromozomi obeleženi brojevima

London (1963), hromozomi podeljeni po grupama A-G i polne hromozome

Čikago (1966), konačna standardizacija humanog kariotipa

A grupa

Tri najveća para hromozoma Par broj 1, najveći

metacentrični hromozomi, p krak- 2 jaka benda, q krak- sekundarna konstrikcija, 3 benda

Par 2, submetacentrični, p krak- bend iznad centromere, jedan terminalno i dva u sredini; q krak- 2 benda (nekad u bloku) a zatim jos 2+3 benda

Par 3, metacentrični, p krak- tanji bend, q krak- 2 terminalna ili subterminalna simetrična benda

B grupa

4 i 5 par submetacentrični, jako izduženi q krakovi.

Hromozom 4, p krak- jak bend na sredini, q krak- subcentromerni jak bend, zatim euhromatin, pa 3 benda (nekad u bloku), euhromatin pa još jedan bend terminalno.

Hromozom 5, p krak- bend na sredini, q krak- euhromatin, heterohromatinski blok na sredini, pa terminalno još jedan bend.

5p monozomija “cri du chat”

C grupa, submetacentrični

Hromozom 6, izražena centromera, p krak- euhromatin, bend, euhromatin, q krak- euhromatin, bend, euhromatin, i heterohromatinski blok (od 3 benda).

Hromozom 7, p krak- jak terminalni bend i dva subterminalna koji se vide kao blok, q krak- dva jaka benda po sredini i jedan slab terminalni.

Hromozom 8, p krak- dva slaba benda, q krak- dva jaka benda i izraženi euhromatin na kraju.

Hromozom 9, p krak- bend na sredini, q krak- sekundarna konstrikcija, dva jaka benda, donji bend nekad udvojen.

Hromozom 10, p krak- euhromatinski, retko se vidi jedan bend, q krak- subcentromerni bend i dva terminalno

Hromozom 11, p krak- jasan bend na sredini, q krak- jako izražen bend na sredini kraka.

Hromozom 12, p krak- bend na sredini, q krak- bend na sredini. Razlikujemo 11 i 12 po tome što je kod 11 bend na q kraku distalnije nego kod 12.

D grupa

Hromozom 13, akrocentrik, trizomija Patau sy., Retinoblastom (monozomija 13q21), Satelitni region varijabilan, q krak- terminalno dva benda i nekada se vidi slab proksimalni.

Hromozom 14, akrocentričan, često u translokaciji sa hr.13 i 21, Satelitni region varijabilan, q krak- jedan terminalni i jedan proksimalni bend (utisak kvadrata kao i kod hr.18 i 11.

Hromozom 15, akrocentričan, polimorfizam satelitnih regiona, q krak- bend koji odvaja euhromatin, gornji tamniji i donji svetliji

E GRUPA

Hromozom 16, metacentričan, p krak- euhromatičan ili sa slabim bendom, q krak- dva slaba benda koji su nekada u bloku, sekundarna konstrikcija.

Hromozom 17, submetacentrik, čest u malignim hemopatijama, jak bend q terminalno, p krak euhromatičan sa slabim bendom na sredini.

Hromozom 18, submetacentrik, čest u patologijama, 2 benda q terminalno i subcentromerno, p krak euhromatičan.

F grupa

Hromozom 19, metacentrik, po dva benda na p i q kraku, liči na leptir mašnu

Hromozom 20, metacentričan, centromera slabije izražena a euhromatin manje intenzivan

G grupa

Hromozom 21, akrocentrik, polimorfni sateliti, na q kraku subcentromerni heterohromatin

Hromozom 22, akrocentrik, euhromatinski q krak i slab bend na sredini

Polni hromozomi

X hromozom, submetacentričan, C grupa, za njega vezano oko 150 sindroma, na p i q kraku po jedan bend jednako udaljeni od centromere, još jedan bend na q kraku.

Y hromozom,akrocentrik, G grupa, brojne strukturne i numeričke promene, polimorfan q krak specifičan za osobu, prenosi se sa oca na sina

Tehnike bojenja hromozoma

Tehnika G traka, Marina Searbright, standardizacija humanog kariotipa urađena prema ovom bendu (Pariz, 1971). Hromozomi podeljeni na p i q krake, na regione i subregione.

Junis i sar. (1976), svaka G traka razložena na više bendova. Služi za dobijanje prometafaznih hromozoma.

Q tehnika, fluorescentna tehnika, tamni regioni u G bendingu ovde fluoresciraju

R tehnika, reverzni bend, služi za bojenje telomernih regiona i otkrivanje delecija u ovom regionu. Obojenost je suprotna od G bendinga.

C tehnika, selektivna tehnika bojenja za razlikovanje centromernih regiona, sekundarnih konstrikcija (hr.1, 9, 16), heterohromatina (Y hromozom)

NOR tehnika, za bojenje satelitnih regiona

Nasleđivanje vezano za polne hromozome

Prvi eksperimentalni nalaz X vezanog nasleđivanja pružio je Morgan 1910. godine, prateći nasleđivanje boje očiju kod Drosophile.

Ženka iz F1 (Xw +/ Xw) polovina njenog muškog potomstva imala je crvene oči (Xw+/Y) dok je druga polovina mužjaka imala bele oči (Xw/ Y). Jednaka proporcija mužjaka sa belim i crvenim očima u F2 generaciji se objašnjava segregacijom X hromozoma u gametogenezi njihovih heterozigotnih majki.

Otkriće barovog tela

Barr i Bertrame (1949), nalaze u jedrima nervnih ćelija mačke, uz samu nuklearnu membranu jednu bazofilnu masu, veličine oko 1 mikrona koju nazivaju “polni hromatin” ili Barovo telo.

Moor i Barr (1955) nalaze istu strukturu i u ćelijama žena. Najvidiljivije je u interfazi somatskih ćelija Autoradiografijom je utvrđeno da se jedan od X hromozoma

asihrono deli u odnosu na svoj parnjak, za razliku od drugih homologih hromozoma.

Morchima i sar. (1962) zaključuju da Barovo telo čini heterohromatičan X hromozom, koji je genetički neaktivan i prisutan u somatičkim ćelijama žena od 12-18 dana embrionalnog razvića.

Russel i Bangham (1959-61) rade eksperimente sa translokacijom gena na X hromozom. Zaključak: kod ženki sisara samo jedan X hromozom je aktivan genetički.

Marry Lyon (1962)

Potvrdila hipotezu Russela i Banghama, redeći na sojevima miševa

Ispitivana aktivnost G6PD, HGPRT. U ćelijama fibroblasta uspela da izoluje 14 pojedinačnih ćelija, razmnoži u kulturi i dokaže elektroforetski da je u jednom klonu ćelija bila aktivna G6PDa a u drugom G6PDb što je išlo u prilog hipotezi o inaktivaciji jednog X hromozoma.

Boja krzna kod miševa heterozigota, braon i albino boja

Osnovne postavke hipoteze

1. U somatskim ćelijama sisara genetički je aktivan samo jedan X hromozom

2. Do inaktivacije jednog X hromozoma kod ženki sisara dolazi rano tokom embrionalnog razvića

3. X hromozom se inaktivira po principu slučajnosti

4. Isti X hromozom je inaktivan u svim ćelijama potomcima, ireverzibilan proces

5. Geni na inaktiviranom X hromozomu su inaktivni, mada ne svi

Mehanizam koji dovodi do inaktivacije je još uvek nepoznat.

Šta je inaktivacioni impuls? Moguća je metilacija, fosforilacija ili imprinting

Mogući Mehanizmi inaktivacije

Eksperiment sa sojevima miševa koji su heterozigoti za enzim OCT (ornitil karbamil transferazu). Primer t (4;X) kod miševa. Translocirani delovi X hromozoma na hromozom 4 su ostali aktivni. Inaktivira se obično onaj X koji nosi mutaciju.

Postojanje inaktivacionih centara (1 ili više gena) Lyon (1964), Russel (1964) koji sintetišu protein koji dovodi do inaktivacije.

Spreding efekat- širenje impulsa inaktivacije duž X hromozoma Inprinting, svaki hromozomski set je različito inprintovan pri prolasku

kroz gametogenezu roditelja, u smislu karakterističnih rasporeda euhromatinskih i heterohromatinskih regiona.

Kod torbarskih sisara, inaktiviran je uvek X hromozom koji se nasleđuje od oca, dok se kod Eutheria parentalna inaktivacija dešava na stupnju morule ali se definitivna inaktivacija dešava kasnije kod fetusa.

To je dovelo do revidiranja stava da je inaktivacija ireverzibilan proces.

Revizija Lyon hipoteze

Evoluciona hipoteza o mehanizmima dozne kompenzacije

Kod marsupijalnih i placentalnih sisara polni hromozomi se jasno razlikuju.

X i Y hromozomi su u početku bili jednaki, ali se tokom evolucije deo q kraka Y hromozoma translocirao na X hromozom.

Dokaz je činjenica da na periferiji p kraka X hromozoma postoje geni koji ne podležu inaktivaciji na inaktiviranom X hromozomu, i u tom delu se dešava sparivanje hromatida sa Y hromozomom tokom pahitena mejoze I u spermatogenezi.

Polnost kod ljudi

Karakteristike polnosti kod ljudi:

1. Genetička konstitucija (genetički pol)

2. Hromozomska konstitucija (hromozomski pol)

3. Jedarna konstitucija (jedarni pol)

4. Struktura gonada (gonadalni pol)

5. Hormonski status (endokrinološki pol)

6. Morfologija spoljašnjih genitalija (spoljni genitalni pol)

7. Diferencijacija unutrašnjih genitalija

8. Socijalni pol

9. Psihološki pol

Gonadalne disgeneze

Hermafroditizam se otkriva u pubertetu, najčešće tek hiruškim putem.

Primer fenotipskog dečaka sa kariotipom 46, XX Kod ljudi hermafroditi najčešće nisu mozaici (46XX, 46, XY) Fenotipski muškarci sa kariotipom 46, XX, zbog prisustva Y gena

na X hromozomu Uzrok, spermatogeneza oca (prelazak Tdf ili Hy gena na X

hromozom), prisustvo ili odsustvo gena za testikularnu diferencijaciju.

X,+Tdf + JĆ= 46, XX, muški fenotip; Y- Tdf +JĆ= 46, XY, ženski fenotip X, +Hy + JĆ= 46, XX, muški fenotip; Y- Hy + JĆ= 46, XY, ženski fenotip X, +Tdf, +Hy + JĆ= 46, XX muški fenotip; Y- Tdf, - Hy + Jć= 46, XY,

ženski fenotip Pseudohermafroditizam, gonade jednog pola a fenotipske karakteristike

drugog

Testikularna feminizacija

Citogenetski muškarci, 46, XY, ali imaju sve ženske polne karakteristike

Najlepše žene sveta Mutacija Tf gena na X hromozomu (Xq11-q12), gena

za sintezu citosolnog receptora za androgene hormone. Testosteron se aktivira vezujući se za njega odakle odlazi do ciljnih organa i uzrokuje razvoj sekundarnih polnih karakteristika.

Mutirani Tf receptor menja konformaciju što onemogućava vezivanje i aktivaciju testosterona

Danas moguća prenatalna dijagnostika pomoću genskih proba

Kongenitalna adrenalna hiperplazija

Citogenetske, 46, XX devojčice razvijaju sekundarne polne karakteristike muškaraca

Mutacija gena na hromozomu 6, koji je odgovoran za sintezu enzima alfa 21- hidroksilaze (prevodi predstupnjeve kortizola u kortizol u kori nadbubrega)

Aktivnost ACTH dovodi do toga da se akumuliraju predstupnjevi kortizola bez dalje sinteze kortizola (androgeni hormoni) i ispoljavanja sekundarnih polnih karakteristika muškarca

Primenjuje se supstituciona terapija Ring X/Y

Nasleđivanje pod uticajem pola i ograničeno polom

Aktivnost gena koji kontrolišu važne fiziološke funkcija dolazi do izražaja samo kod jednog od polova.

Za gene čije je ispoljavanje ograničeno na jedinke jednog pola kaže se da manifestuju tip nasleđivanja koje je “ograničeno” polom

Postoje geni (aleli) na čiju ekspresivnost može da utiče pol jedinki, aleli se različito ponašaju kod jedinki dva pola.

Dorset i Suffolk rase ovaca, gen koji se ponaša dominantno kod mužjaka a recesivno kod ženki.

Dominantna mutacija koja determiniše ćelavost, puna ekspresija samo kod muškaraca.

Lučenje mleka i mlečne žlezde Još jedan primer nasleđivanja

ograničeno polom – raskošno perje kod ptica

P: Dor (h+h+)×Suff (hh) (oba rogati) (oba bezrogi)

F1:h+h(m rogati, ž bezroge)

F2:m (h+h+)(h+h)(h+h)(hh) ž (h+h+)(h+h)(h+h)(hh)

rogati (3/4) : bezrogi(1/4)rogate (1/4) :

bezroge(3/4)