Lidský genom

1) Lidé patří mezi DNA organismy

2) Genom je předáván z buňky na buňku v průběhu buněčného

dělení z generace na generaci v průběhu reprodukce

3) Genom obsahuje 20 000 až 35 000 genů

4) Geny jsou v jádře organizovány do chromozómů

5) Chromozóm je tvořen chromatinem

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

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

Dynamický proces kondenzace lidského chromatinu

Kondenzovaný chromozóm č. 1 má délku 50 μm

Kondenzován 10 000x

1) Interfázní chromatin = dekondenzované 10-nm chromatinové vlákno

2) 30-nm chromatinové vlákno

3) Chromatin v mitotické fázi

= mitotické chromozómy

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

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

Nukleozómový řetězec 10nm chromatinové vlákno jeho jednotlivé články tvoří jádra

nukleozómu spojená dlouhou lineární molekulou dsDNA

pozorovatelný mikroskopem

- H1

+ H1

30nm chromatinové vlákno

vzniká kondenzací nukleozómového řetězce za účasti histonu H1

váže se k proteinovému lešení (proteiny nehistonové povahy, např. topoizomeráza II)

H1

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

TOPO II TOPO II TOPO II

DNA proteinové lešení připojovací oblast

ATATATAT

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

Cytogenetika

* 1956, Tjio a Levan – 46 lidských chromozómů

Studium chromozómů, jejich struktury a dědičnosti

Klinická diagnóza na základě analýzy chromozómů Mapování genů – HUGO Nádorová cytogenetika Prenatální diagnostika

Lidský chromozóm

nejlépe hodnotitelné jsou kondenzované chromozómy v prometafázi nebo metafázi

sesterské chromatidy

Centromera = primární konstrikce

telomery

krátké rameno p (petit = malý)

dlouhé rameno q

(queue = dlouhý konec)

Dědičnost lidských chromozómů

Meiotické redukční dělení

Mitotické dělení

Výsledným produktem jsou gamety s haploidní (haploos = jednoduchý) sadou chromozómů, tj. n = 23

Somatické buňky s diploidní (diploos = dvojitý) sadou chromozómů, tj. 2n = 46

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

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)

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

Nomenklatura chromozómů - I

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, …

ISCN – International System for Human Cytogenetic Nomenclature

Nomenklatura chromozómů - II

Nomenklatura chromozómů - III

relativní vzdálenost od centroméry se popisuje slovy proximální a distální

Proximální Xq – označení segmentu dlouhého ramene chromozómu X, která je nejbližší centroméře

Distální 2p – segment krátkého ramene nejvzdálenější centroméře, resp. nejbližší teloméře

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

Příklad označení lokusu

HSA 6 p21.23

Lidský chromozóm č. 6

Krátké rameno

Oblast 2 od centroméry

Pruh 2-1

Podpruh 2

Podpodpruh 3

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

Lidské chromozómy

Autozómy se číslují od největšího k nejmenšímu

Somatické buňky obsahují 46 chromozómů = 22 párů autozómů a 1 pár pohlavních chromozómů