Upload
trinhminh
View
214
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
CYTOGENETIKA
V této kapitole se budeme zabývat genetickým materiálem lokalizovaným v buněčném jádře
v útvarech zvaných chromosomy. Morfologie chromosomů se dynamicky mění během
buněčného dělení; v interfázi jsou patrná vlákna chromatinu, během dělení buněk
rozeznáváme jednotlivé chromosomy. Seznámíme se s karyotypem člověka, tzn. s počtem a
charakteristickou strukturou chromosomů v somatické buňce. Karyotyp představuje soubor
chromosomů somatické buňky, respektive organismu. Je charakteristický pro každý živočišný
druh. Během dělení somatických buněk může docházet k poškození struktury nebo změnám
počtu chromosomů v jednotlivých buňkách. Pokud k chromosomální mutaci (viz Mutace)
došlo v zárodečné buňce, je odchylka ve všech buňkách organismu.
Chromosomy v jádře eukaryotních buněk jsou spirálovitě stočené struktury, které obsahují
DNA, zásadité (basické) proteiny histony a kyselé proteiny nehistonového typu.
Z proteinů interagujících s DNA popíšeme podrobněji úlohu histonů, což jsou jednoduché
basické proteiny. Na formaci chromatinu (chromosomální materiál obsahující DNA) se podílí
pět typů histonů. Čtyři typy histonů spolu s DNA tvoří základní jednotku chromatinu -
nukleosom. Každý nukleosom se skládá z osmi histonů [2x (H2A, H2B, H3 a H4)]. Ty tvoří
proteinový střed, kolem kterého se ovíjí DNA (přibližně 146 párů bází). Nukleosomy jsou
pravidelně se opakující jednotky spojené vláknem DNA a pátým histonem - H1. Histon H1
je větší než histony tvořící střed nukleosomu. Podílí se při další spiralizaci (závitnicovém
stáčení) vlákna DNA. Histony se mohou účastnit na regulaci aktivity DNA.
Schéma kondenzace DNA:
TentoTento dokument
dokument slou
sloužžíí se so
uhlasem autora jako
se souhlasem autora jako
dodoplplňňkovýkový stu
dijnstu
dijníí materimateriáá
l l
ke studiu obor
ke studiu oborůů
VysokVysokéé šškoly ch
emicko
koly chemick
o--technologic
technologickkéé
v Praze.
v Praze.
Jeho pou
Jeho použžititíík jin
ým
k jiným úúčč
elelůům a dal
m a dalšíší šíšířřeneníí
bez souhlasu autora je zak
bez souhlasu autora je zakáázzáánono
TentoTento dokument
dokument slou
sloužžíí se so
uhlasem autora jako
se souhlasem autora jako
dodoplplňňkovýkový stu
dijnstu
dijníí materimateriáá
l l
ke studiu obor
ke studiu oborůů
VysokVysokéé šškoly ch
emicko
koly chemick
o--technologic
technologickkéé
v Praze.
v Praze.
Jeho pou
Jeho použžititíík jin
ým
k jiným úúčč
elelůům a dal
m a dalšíší šíšířřeneníí
bez souhlasu autora je zak
bez souhlasu autora je zakáázzáánono
Převzato z otevřené encyklopedie Wikipedia
Legenda
(1) DNA; (2) chromatinové vlákno (DNA + histony); (3) chromatin v interfázi (jedna molekula DNA, červeně
je vyznačena centromera); (4) kondenzovaný chromatin v profázi mitózy (dvě molekuly DNA); (5) chromatin
v metafázi (vysoký stupeň spiralizace).
Nukleoproteinový komplex tvořený DNA vázánou na histony, a další bílkoviny, se nazývá
chromatin. Existují dvě formy chromatinu: (i) euchromatin, kde probíhá transkripce a (ii)
heterochromatin, který je transkripčně převážně neaktivní. Vlákna chromatinu jsou v jádře
buňky v interfázi patrná po obarvení zásaditými barvivy. Jemné rozdíly ve struktuře
chromatinu nejsou při běžném pozorování zjevné. V průběhu dělení buňky (jak během
mitózy, tak při meióze) chromatin kondenzuje a vytváří mikroskopicky rozlišitelné
chromosomy.
Každý biologický druh charakterizuje typická sada chromosomů; změna jejich tvaru
nebo počtu indikuje genetickou odchylku. V somatických buňkách se chromosomy vyskytují
v homologních párech (2n). Homologní pár chromosomů vzniká po splynutí haploidních
gamet. Gamety (pohlavní buňky) mají na rozdíl od somatických buněk haploidní (n) počet
chromosomů, tzn. že je přítomen pouze jeden chromosom každého páru. Ke snížení počtu
chromosomů na polovinu dochází během I. meiotického dělení (viz Buněčné dělení).
Homologní chromosomy obsahují identické genetické lokusy s možnými rozdíly ve formě
genetického zápisu (viz Monogenní dědičnost; Molekulární genetika: alely, polymorfismus).
Každý chromosom homologního páru nese jeden gen a tyto párové geny tvoří dvojici alel
daného lokusu. Výjimkou je heterologní pár chromosomů X a Y, u kterých je z větší části
genetická výbava rozdílná. Páry genů na homologních chromosomech mají shodnou funkci.
Tato shoda ale není absolutní pro konkrétní podobu projevu znaku (viz alely dominantní,
recesivní; např. barva nebo tvar semen hrachu – Mendelovy zákony).
Gen je tedy chápán jako úsek DNA se specifickou funkcí. Během buněčného cyklu vytváří
své vlastní identické kopie (viz Replikace), které se přenášejí do dalších generací. Na jednom
chromosomu vytvářejí geny vazebné skupiny (viz Vazba genů).
Genom je kompletní sekvence DNA jedné sady chromosomů. V užším pojetí je to úplný
výčet veškeré jaderné DNA i DNA mitochondrií (viz molekulární genetika).
Mitotický chromosom TentoTento dokument
dokument slou
sloužžíí se so
uhlasem autora jako
se souhlasem autora jako
dodoplplňňkovýkový stu
dijnstu
dijníí materimateriáá
l l
ke studiu obor
ke studiu oborůů
VysokVysokéé šškoly ch
emicko
koly chemick
o--technologic
technologickkéé
v Praze.
v Praze.
Jeho pou
Jeho použžititíík jin
ým
k jiným úúčč
elelůům a dal
m a dalšíší šíšířřeneníí
bez souhlasu autora je zak
bez souhlasu autora je zakáázzáánono
TentoTento dokument
dokument slou
sloužžíí se so
uhlasem autora jako
se souhlasem autora jako
dodoplplňňkovýkový stu
dijnstu
dijníí materimateriáá
l l
ke studiu obor
ke studiu oborůů
VysokVysokéé šškoly ch
emicko
koly chemick
o--technologic
technologickkéé
v Praze.
v Praze.
Jeho pou
Jeho použžititíík jin
ým
k jiným úúčč
elelůům a dal
m a dalšíší šíšířřeneníí
bez souhlasu autora je zak
bez souhlasu autora je zakáázzáánono
Chromosom je tvořen dvěma identickými sesterskými chromatidami. Každá sesterská
chromatida obsahuje identickou molekulu DNA. Chromatidy k sobě podélně přiléhají
v profázi, v metafázi se oddalují, ale stále jsou spojeny v oblasti centromery. Centromera má
nezastupitelný význam při rozchodu sesterských chromatid do dceřinných buněk během
anafáze. K centromeře se připojují mikrotubuly dělícího vřeténka pomocí specializované
struktury, kinetochoru. Centromery obsahují charakteristické repetitivní sekvence DNA (viz
Molekulární genetika).
Centromera dělí chromosom na dvě části - raménka. Krátké raménko se označuje
p (z francouzského petit), dlouhé raménko je značeno q (následující písmeno abecedy po p).
Konce chromosomů se nazývají telomery. Jsou to koncové oblasti DNA obsahující
telomerické repetitivní sekvence (viz Molekulární genetika). Zajišťují stabilitu chromosomů
při buněčném dělení. Stárnutí buněk je provázeno jejich zkracováním.
Chromosomy podle polohy centromery dělíme na
1) metacentrické, kdy je centromera lokalizována ve středu chromosomu; p a q raménka jsou přibližně stejně dlouhá
2) submetacentrické, kdy centromera rozděluje chromosom na různě dlouhá raménka p a q
3) akrocentrické, kdy centromera leží blízko konce chromosomu; p raménka jsou velmi krátká
4) telocentrické chromosomy mají centromeru lokalizovanou na konci chromosomu. U lidí tento typ chromosomů neexistuje.
Pro krátká raménka akrocentrických chromosomů jsou typické repetitivní sekvence, které
Chromosom: a) metacentrický b) submetacentrický c) akrocentrický
a b c
satelity
TentoTento dokument
dokument slou
sloužžíí se so
uhlasem autora jako
se souhlasem autora jako
dodoplplňňkovýkový stu
dijnstu
dijníí materimateriáá
l l
ke studiu obor
ke studiu oborůů
VysokVysokéé šškoly ch
emicko
koly chemick
o--technologic
technologickkéé
v Praze.
v Praze.
Jeho pou
Jeho použžititíík jin
ým
k jiným úúčč
elelůům a dal
m a dalšíší šíšířřeneníí
bez souhlasu autora je zak
bez souhlasu autora je zakáázzáánono
TentoTento dokument
dokument slou
sloužžíí se so
uhlasem autora jako
se souhlasem autora jako
dodoplplňňkovýkový stu
dijnstu
dijníí materimateriáá
l l
ke studiu obor
ke studiu oborůů
VysokVysokéé šškoly ch
emicko
koly chemick
o--technologic
technologickkéé
v Praze.
v Praze.
Jeho pou
Jeho použžititíík jin
ým
k jiným úúčč
elelůům a dal
m a dalšíší šíšířřeneníí
bez souhlasu autora je zak
bez souhlasu autora je zakáázzáánono
tvoří útvary zvané satelity neboli NORy (nukleolární organizátor, viz Molekulární genetika),
nesoucí tandemově uložené kopie genů pro rRNA.
Karyotyp
Karyotyp představuje sadu chromosomů jedince, nebo v užším smyslu buňky. Chromosomy
jsou v karyotypu řazeny podle dohodnutých, mezinárodně platných kritérií. Idiogram
poskytuje schéma pro identifikaci jednotlivých chromosomů např. po G-pruhování (viz dále).
Normální lidský karyotyp obsahuje 46 chromosomů (diploidní počet - 2n). 22 párů jsou páry
homologních autosomů, jeden pár jsou pohlavní chromosomy (heterochromosomy); ženy
mají pár XX chromosomů, muži jeden X chromosom a jeden Y chromosom.
Zápis karyotypu má svá pravidla; karyotyp ženy - 46,XX, muže - 46,XY. Páry autosomů
jsou řazeny do sedmi skupin (A-G) se stabilním počtem homologních párů.
Idiogram:
TentoTento dokument
dokument slou
sloužžíí se so
uhlasem autora jako
se souhlasem autora jako
dodoplplňňkovýkový stu
dijnstu
dijníí materimateriáá
l l
ke studiu obor
ke studiu oborůů
VysokVysokéé šškoly ch
emicko
koly chemick
o--technologic
technologickkéé
v Praze.
v Praze.
Jeho pou
Jeho použžititíík jin
ým
k jiným úúčč
elelůům a dal
m a dalšíší šíšířřeneníí
bez souhlasu autora je zak
bez souhlasu autora je zakáázzáánono
TentoTento dokument
dokument slou
sloužžíí se so
uhlasem autora jako
se souhlasem autora jako
dodoplplňňkovýkový stu
dijnstu
dijníí materimateriáá
l l
ke studiu obor
ke studiu oborůů
VysokVysokéé šškoly ch
emicko
koly chemick
o--technologic
technologickkéé
v Praze.
v Praze.
Jeho pou
Jeho použžititíík jin
ým
k jiným úúčč
elelůům a dal
m a dalšíší šíšířřeneníí
bez souhlasu autora je zak
bez souhlasu autora je zakáázzáánono
Karyotyp muže, G-pruhování
Identifikace chromosomů byla nejprve založena na jejich velikosti a tvaru. Nyní je možné
rozlišit jednotlivé chromosomy podle specifického pruhování, kterého lze docílit různými
barvícími technikami.
Metody zpracování a barvení chromosomů
Cytogenetické vyšetření
Pro klasické cytogenetické vyšetření je potřeba získat jaderné, dělící se buňky. Běžně se
získávají z periferní krve (bílé krvinky). Heparinizovaná krev (zábrana srážení) se krátkodobě
kultivuje při 37 oC. Během kultivace se stimuluje fytohemaglutininem mitotická aktivita. Po
72 hodinách je přidán mitotický jed kolchicin, který ruší funkci dělícího vřeténka. Tím je
docíleno kumulace mitóz v metafázi (c-metafáze, c = colchicine). Další zpracování vyžaduje
přidání hypotonického roztoku k sedimentu buněk a fixaci směsí metanolu a kyseliny octové.
Nakapáním upraveného sedimentu na podložní sklíčka je připraven materiál pro barvení a
následné hodnocení mitóz.
Cytogenetické vyšetření se provádí také z kultivovaných buněk plodové vody, choriových
klků nebo fetální krve (viz Prenatální prevence) a buněk dalších tkání, například fibroblastů
nebo nádorových buněk.
Vysoce mitoticky aktivní buňky kostní dřeně je možné vyšetřit i bez předchozí kultivace. TentoTento dokument
dokument slou
sloužžíí se so
uhlasem autora jako
se souhlasem autora jako
dodoplplňňkovýkový stu
dijnstu
dijníí materimateriáá
l l
ke studiu obor
ke studiu oborůů
VysokVysokéé šškoly ch
emicko
koly chemick
o--technologic
technologickkéé
v Praze.
v Praze.
Jeho pou
Jeho použžititíík jin
ým
k jiným úúčč
elelůům a dal
m a dalšíší šíšířřeneníí
bez souhlasu autora je zak
bez souhlasu autora je zakáázzáánono
TentoTento dokument
dokument slou
sloužžíí se so
uhlasem autora jako
se souhlasem autora jako
dodoplplňňkovýkový stu
dijnstu
dijníí materimateriáá
l l
ke studiu obor
ke studiu oborůů
VysokVysokéé šškoly ch
emicko
koly chemick
o--technologic
technologickkéé
v Praze.
v Praze.
Jeho pou
Jeho použžititíík jin
ým
k jiným úúčč
elelůům a dal
m a dalšíší šíšířřeneníí
bez souhlasu autora je zak
bez souhlasu autora je zakáázzáánono
Barvící techniky
Obarvení chromosomů se dosahuje různými způsoby. Klasické (konvenční) barvení je
barvení jedním, nejčastěji Giemsovým barvivem. Chromosomy jsou homogenně zbarvené.
Toto barvení se zejména používá při hodnocení získaných odchylek v celkovém počtu
chromosomů a při hodnocení chromosomových nebo chromatinových zlomů. Je například
používáno při sledování vlivu mutagenů, které vyvolávají zlomy chromatid (např. záření).
Mezi diferenciační barvicí techniky patří pruhování, kdy po natrávení trypsinem a
následném barvení Giemsovým barvivem dochází ke střídání světlých a tmavých proužků po
celé délce chromosomů; tzv. G–pruhování. Pruhování vzniká v důsledku heterogenity
chromatinu. Heterochromatin je zbarven tmavě, oblast obsahující euchromatin je světlá.
Heterochromatin (oblast chromosomu s malým počtem nebo žádnými aktivními geny) se
nachází např. v oblasti centromery, a tvoří větší část chromosomu Y.
Euchromatin tvoří méně kondenzované smyčky DNA.
Při R-pruhování (reverzní způsob barvení ve srovnání s G-pruhováním) je pruhování
docíleno zahřátím vzorků před barvením Giemsovým barvivem.
Barvení specifických oblastí chromosomů je například C-pruhování, které barví
centromery nebo barvení Ag-NORů, které selektivně barví satelity akrocentrických
chromosomů.
Pruhy jsou viditelné ve světelným mikroskopu. Pruhovací techniky umožňují identifikovat
jednotlivé chromosomy, párovat homologní chromosomy a stanovit cytogenetické odchylky.
Při hodnocení karyotypu se v současnosti využívá počítačová technika. Speciální kamery
snímají obraz v mikroskopu a v digitalizované formě jej převádějí do počítače. Příslušný
program pak umožňuje roztřídění jednotlivých chromosomů a následné sestavení karyotypu.
Metoda FISH
Fluorescenční in situ hybridizace (FISH) spojuje postupy klasické cytogenetiky
a technologie molekulární genetiky. FISH je založena na schopnosti jednovláknové
(denaturované) sondy DNA se vázat (hybridizovat) k cílové sekvenci denaturované DNA na
základě komplementarity purinových a pyrimidinových basí (viz Molekulární genetika). DNA
sonda je předem označena některým fluorescenčním barvivem a výsledný signál se analyzuje
pomocí fluorescenčního mikroskopu. FISH metoda se používá pro vyšetření chromosomů
v mitóze nebo v interfázi. V praxi je možné použít několik typů sond - centromerické, lokus-
specifické, malovací. Konkrétní sondu volíme podle typu vyšetření.
TentoTento dokument
dokument slou
sloužžíí se so
uhlasem autora jako
se souhlasem autora jako
dodoplplňňkovýkový stu
dijnstu
dijníí materimateriáá
l l
ke studiu obor
ke studiu oborůů
VysokVysokéé šškoly ch
emicko
koly chemick
o--technologic
technologickkéé
v Praze.
v Praze.
Jeho pou
Jeho použžititíík jin
ým
k jiným úúčč
elelůům a dal
m a dalšíší šíšířřeneníí
bez souhlasu autora je zak
bez souhlasu autora je zakáázzáánono
TentoTento dokument
dokument slou
sloužžíí se so
uhlasem autora jako
se souhlasem autora jako
dodoplplňňkovýkový stu
dijnstu
dijníí materimateriáá
l l
ke studiu obor
ke studiu oborůů
VysokVysokéé šškoly ch
emicko
koly chemick
o--technologic
technologickkéé
v Praze.
v Praze.
Jeho pou
Jeho použžititíík jin
ým
k jiným úúčč
elelůům a dal
m a dalšíší šíšířřeneníí
bez souhlasu autora je zak
bez souhlasu autora je zakáázzáánono
Centromerické sondy jsou tvořeny alfa-satelitními sekvencemi repetitivní DNA přítomné
v oblasti centromery. Dovolují rychlou detekci numerických aberací, zejména v nedělících se
buňkách.
Lokus-specifické sondy se váží se specifickým lokusem na chromosomu. Umožňují
stanovení některých strukturálních změn, specifické chromosomální přestavby u některých
nádorů atp.
Celochromosomové sondy (malovací) jsou připravené jako směs fragmentů DNA
konkrétního chromosomu. Po jejich aplikaci dojde k ”obarvení” celého chromosomu.
Používají se pro určení některých strukturálních aberací, jako jsou translokace, inserce nebo
komplexní přestavby (hlavně v buňkách nádorů), a dále pro stanovení původu strukturních
přestaveb chromosomů. Tyto sondy vyžadují, aby chromosomy byly v metafázi buněčného
cyklu, pro interfázní jádra je nelze použít.
Obrázek představuje komplexní přestavby v buňce nádoru plic za použití celochromosomové
sondy
Komparativní genomová hybridizace (CGH) slouží k zjišťování odchylek v množství
genetického materiálu mezi různými genomy. Pro vyšetření je např. použita izolovaná DNA
zdravého jedince a DNA pacienta s nádorovým onemocněním. CGH je zejména využívaná při
vyšetření odchylek u buněk solidních nádorů, kde ostatní postupy vyšetření chromosomů
často selhávají. CGH metoda znamená současnou hybridizaci dvou rozdílně značených DNA
[vyšetřované (zelený fluorochom) a kontrolní (červený fluorochom)] v poměru 1:1
s chromosomy v metafázi, které byly získané od zdravého dárce. V oblasti zmnožení nebo
ztráty DNA je detekována změna poměru intenzity signálů obou fluorochromů.
TentoTento dokument
dokument slou
sloužžíí se so
uhlasem autora jako
se souhlasem autora jako
dodoplplňňkovýkový stu
dijnstu
dijníí materimateriáá
l l
ke studiu obor
ke studiu oborůů
VysokVysokéé šškoly ch
emicko
koly chemick
o--technologic
technologickkéé
v Praze.
v Praze.
Jeho pou
Jeho použžititíík jin
ým
k jiným úúčč
elelůům a dal
m a dalšíší šíšířřeneníí
bez souhlasu autora je zak
bez souhlasu autora je zakáázzáánono
TentoTento dokument
dokument slou
sloužžíí se so
uhlasem autora jako
se souhlasem autora jako
dodoplplňňkovýkový stu
dijnstu
dijníí materimateriáá
l l
ke studiu obor
ke studiu oborůů
VysokVysokéé šškoly ch
emicko
koly chemick
o--technologic
technologickkéé
v Praze.
v Praze.
Jeho pou
Jeho použžititíík jin
ým
k jiným úúčč
elelůům a dal
m a dalšíší šíšířřeneníí
bez souhlasu autora je zak
bez souhlasu autora je zakáázzáánono
Legenda
Legenda
Slabá červená a zelená svislá čára vymezuje hranice normálního signálu. Přesah vlevo
znamená ztrátu genetického materiálu (označeno červeně – silně); přesah vpravo znamená
multiplikaci genetického materiálu (označeno zeleně – silně).
Čísla pod chromosomy: pořadí chromosomu v karyotypu / počet vyšetřených mitóz
(respektive v nich hodnotitelných chromosomů).
Odchylky ve struktuře nebo počtu chromosomů
Změny struktury chromosomů (strukturní aberace)
Strukturní odchylky chromosomů vznikají nejčastěji jako důsledek chromosomálních zlomů.
Mohou též nastat po chybném průběhu rekombinace (crossing-overu).
K chromosomálním zlomům dochází po působení různých mutagenů (viz Mutace).
K mutagenním účinkům, jako jsou záření, chemické látky nebo i biologické faktory, jsou
vnímavější buňky, které se dělí, než buňky v interfázi. V interfázi se po proběhlé mitóze
uplatňují reparační mechanismy, které vzniklé chyby opravují. Reparační enzymy napojují
přerušené úseky DNA na základě komplementarity terminálních sekvencí. Někdy však dojde
k napojení nesprávných úseků porušených chromosomů. Tím tak může dojít k různým
strukturním přestavbám. Pokud je zachována centromera a telomery, vzniká stabilní strukturní TentoTento dokument
dokument slou
sloužžíí se so
uhlasem autora jako
se souhlasem autora jako
dodoplplňňkovýkový stu
dijnstu
dijníí materimateriáá
l l
ke studiu obor
ke studiu oborůů
VysokVysokéé šškoly ch
emicko
koly chemick
o--technologic
technologickkéé
v Praze.
v Praze.
Jeho pou
Jeho použžititíík jin
ým
k jiným úúčč
elelůům a dal
m a dalšíší šíšířřeneníí
bez souhlasu autora je zak
bez souhlasu autora je zakáázzáánono
TentoTento dokument
dokument slou
sloužžíí se so
uhlasem autora jako
se souhlasem autora jako
dodoplplňňkovýkový stu
dijnstu
dijníí materimateriáá
l l
ke studiu obor
ke studiu oborůů
VysokVysokéé šškoly ch
emicko
koly chemick
o--technologic
technologickkéé
v Praze.
v Praze.
Jeho pou
Jeho použžititíík jin
ým
k jiným úúčč
elelůům a dal
m a dalšíší šíšířřeneníí
bez souhlasu autora je zak
bez souhlasu autora je zakáázzáánono
přestavba, která může být předávána do dalších generací. Ztráta centromery a telomer vede
k nestabilním přestavbám. To znamená, že fragment chromosomu je v následující mitóze
eliminován nebo dojde k dalším změnám ve struktuře chromosomu.
Strukturní přestavby postihující jeden chromosom jsou: delece, duplikace, inverze,
isochromosom.
Delece znamená ztrátu části chromosomu. Delece může zahrnovat koncovou oblast
chromosomu (terminální) nebo může být vmezeřená (intersticiální).
Inverze je přestavba, kdy úsek chromosomu je přetočen o 180o. Nositelé inverze obvykle
nemají žádné fenotypové projevy.
Inverse vede k poruchám párování homologních chromosomů v meióze a při následném
crossing-overu může dojít k dalším přestavbám. V důsledku toho vznikají gamety
s nerovnoměrně rozděleným genetickým materiálem.
Duplikace znamená přítomnost dvou kopií segmentu chromosomu. Duplikace, až
multiplikace, (např. tandemové duplikace, viz Imunogenetika) sehrály důležitou úlohu během
evoluce.
Isochromosom je chromosom obsahující buď obě raménka krátká nebo obě dlouhá raménka
téhož chromosomu. Vzniká např. příčným rozdělením centromery v meióze II nebo
translokací ramének homologního chromosomu v oblasti centromery.
Strukturní přestavby mezi více chromosomy: translokace.
Nereciproká translokace je přenos úseku jednoho chromosomu na jiný chromosom.
Reciproká translokace je vzájemná výměna částí nehomologních chromosomů.
Nereciproká i reciproké translokace nemění počet chromosomů. Jsou to tedy změny
balancované (zpravidla bez fenotypových projevů), mohou však být pro nositele příčinou
reprodukčních problémů. Jsou často diagnostikovány u manželských dvojic s opakovanými
potraty nebo po narození dítěte s vrozenou vadou, způsobenou chromosomální aberací.
Translokace se vyskytuje jako typická chromosomální přestavba u některých typů leukémií.
Projevuje se tzv. efektem pozice. Gen (geny) na přemístěném segmentu se mohou dostat pod
kontrolu jiných regulačních mechanismů anebo fúzovat s genem v místě translokace. V prvém
případě dojde ke zvýšení nebo snížení transkripce, ve druhém případě vzniká chimérický gen
a i jeho produkt (viz Onkogenetika). TentoTento dokument
dokument slou
sloužžíí se so
uhlasem autora jako
se souhlasem autora jako
dodoplplňňkovýkový stu
dijnstu
dijníí materimateriáá
l l
ke studiu obor
ke studiu oborůů
VysokVysokéé šškoly ch
emicko
koly chemick
o--technologic
technologickkéé
v Praze.
v Praze.
Jeho pou
Jeho použžititíík jin
ým
k jiným úúčč
elelůům a dal
m a dalšíší šíšířřeneníí
bez souhlasu autora je zak
bez souhlasu autora je zakáázzáánono
TentoTento dokument
dokument slou
sloužžíí se so
uhlasem autora jako
se souhlasem autora jako
dodoplplňňkovýkový stu
dijnstu
dijníí materimateriáá
l l
ke studiu obor
ke studiu oborůů
VysokVysokéé šškoly ch
emicko
koly chemick
o--technologic
technologickkéé
v Praze.
v Praze.
Jeho pou
Jeho použžititíík jin
ým
k jiným úúčč
elelůům a dal
m a dalšíší šíšířřeneníí
bez souhlasu autora je zak
bez souhlasu autora je zakáázzáánono
Speciální druh translokace je Robertsonova translokace (fúze), kdy dojde ke spojení dvou
akrocentrických chromosomů v oblasti centromery.
Robertsonova translokace se může vyskytnout v karyotypu zdravého jedince; jedinec je nosič
balancované translokace. Genetický materiál zůstává zachován i když v karyotypu je celkový
počet chromosomů 45. Během gametogeneze však část gamet při náhodné segregaci
chromosomů získá díky fúzi dvou chromosomů nadpočetné (nebalancované) zastoupení např.
chromosomu 21. Vysvětlíme si tento jev na konkrétní situaci.
Translokační forma Downova syndromu
Syndrom je soubor příznaků charakterizující určité postižení.
Downův syndrom se vyskytuje buď jako prostá trisomie u 95% pacientů, (viz Numerické
odchylky) nebo u necelých 5% pacientů jako nebalancovaná Robertsonova translokace.
Klinické projevy jsou shodné u obou forem chromosomálních odchylek. Jsou popsány
u frekventovanější prosté trisomie.
Akrocentrický chromosom 21 může fúzovat s jiným akrocentrickým chromosomem skupiny
D (13, 14 nebo 15) nebo G (chromosomem 22) a nebo homologním chromosomem 21.
Příklad: nosič balancované translokace, např. otec s karyotypem 45,XX,der(14;21), je zdráv.
Zápis der(14;21) znamená fúzi akrocentrických chromosomů 14 a 21. Jeho dítě však může být
postiženo translokační formou Downova syndromu. Teoretické riziko je 33,3%. Např.
karyotyp chlapce s translokační formou Downova syndromu je pak 46,XY,der(14;21),+21.
Na následujícím obrázku je znázorněna segregace chromosomů 14 a 21 a derivovaného
chromosomu der(14;21) [Robertsonova fúze] v anafázi meiózy I. Homologní chromosomy
v profázi I. meiotického dělení k sobě přiléhají (viz Meióza) a tak v případě fúze chromosomů
14 a 21 vzniká trivalent, který obsahuje derivovaný chromosom (14;21), volný chromosom
14 a chromosom 21. Rozchod této trojice chromosomů v anafázi prvního meiotického dělení
je náhodný děj. Vzhledem k tomu, že jde o rozchod tří chromosomů, vzniká při jejich
segregaci šest různých kombinací. Tyto kombinace chromosomů jsou zachovány v gametách.
Ze tří typů gamet po splynutí s haploidní gametou partnera vznikají zygoty s chromosomální
výbavou, která není slučitelná s vývojem embrya. Z dalších dvou typů gamet se vyvíjejí
zdraví jedinci (polovina má normální karyotyp, polovina balancovanou translokaci). Poslední
kombinace chromosomů v zygotě vede k vývoji jedince s translokační formou Downova
syndromu. TentoTento dokument
dokument slou
sloužžíí se so
uhlasem autora jako
se souhlasem autora jako
dodoplplňňkovýkový stu
dijnstu
dijníí materimateriáá
l l
ke studiu obor
ke studiu oborůů
VysokVysokéé šškoly ch
emicko
koly chemick
o--technologic
technologickkéé
v Praze.
v Praze.
Jeho pou
Jeho použžititíík jin
ým
k jiným úúčč
elelůům a dal
m a dalšíší šíšířřeneníí
bez souhlasu autora je zak
bez souhlasu autora je zakáázzáánono
TentoTento dokument
dokument slou
sloužžíí se so
uhlasem autora jako
se souhlasem autora jako
dodoplplňňkovýkový stu
dijnstu
dijníí materimateriáá
l l
ke studiu obor
ke studiu oborůů
VysokVysokéé šškoly ch
emicko
koly chemick
o--technologic
technologickkéé
v Praze.
v Praze.
Jeho pou
Jeho použžititíík jin
ým
k jiným úúčč
elelůům a dal
m a dalšíší šíšířřeneníí
bez souhlasu autora je zak
bez souhlasu autora je zakáázzáánono
Teoretické riziko narození dítěte s Downovým syndromem je 33,3% ve všech případech, kdy
je chromosom 21 translokován na kterýkoliv chromosom skupiny D nebo chromosom 22.
Empirické riziko (stanovené podle zkušenosti) je nižší a závisí na pohlaví nosiče balancované
translokace: 5 – 7% u mužů nosičů; okolo 15% u žen nosiček.
45,XY,der(14;21)
2114
14 21 14
21
21
21
14 14 14 14
21
21
46,XX NORMA M.DOWN33,3%
LET Á LN Í BALANCOVANÁTRANSLOKACE
14 21
45,XY,der(14;21)
2114
14 21 14
21
21
21
14 14 14 14
21
2114 21 14
21
21
21
14 14 14 14
21
21
46,XX NORMA M.DOWN33,3%
LET Á LN Í BALANCOVANÁTRANSLOKACE
14 21
V případě Robertsonovy fúze mezi chromosomy 21 u nosiče balancované translokace
45,XX,der(21;21) nebo 45,XY,der(21;21) vznikají pouze dva typy gamet. V 50% gamet je
přítomen chromosom 21 v dvojnásobné dávce (der21;21), u 50% gamet chybí. V prvním
případě vzniká zygota s nebalancovanou translokací chromosomu 21 [46,XX,der(21;21),+21
nebo 46,XY,der(21;21),+21]; ve druhém případě s monosomií chromosomu 21. Přítomnost
pouze jednoho chromosomu 21 není slučitelná s vývojem zygoty. Teoretické i empirické
riziko vzniku Downova syndromu pro děti nosiče balancované translokace [45,XX,der(21;21)
nebo 45,XY,der(21;21)] je vždy 100% .
TentoTento dokument
dokument slou
sloužžíí se so
uhlasem autora jako
se souhlasem autora jako
dodoplplňňkovýkový stu
dijnstu
dijníí materimateriáá
l l
ke studiu obor
ke studiu oborůů
VysokVysokéé šškoly ch
emicko
koly chemick
o--technologic
technologickkéé
v Praze.
v Praze.
Jeho pou
Jeho použžititíík jin
ým
k jiným úúčč
elelůům a dal
m a dalšíší šíšířřeneníí
bez souhlasu autora je zak
bez souhlasu autora je zakáázzáánono
TentoTento dokument
dokument slou
sloužžíí se so
uhlasem autora jako
se souhlasem autora jako
dodoplplňňkovýkový stu
dijnstu
dijníí materimateriáá
l l
ke studiu obor
ke studiu oborůů
VysokVysokéé šškoly ch
emicko
koly chemick
o--technologic
technologickkéé
v Praze.
v Praze.
Jeho pou
Jeho použžititíík jin
ým
k jiným úúčč
elelůům a dal
m a dalšíší šíšířřeneníí
bez souhlasu autora je zak
bez souhlasu autora je zakáázzáánono
Vznik translokační formy Downova syndromu 46,XX,der(21;21)+21 nebo 46,XY,der(21;21)+21
Další vybrané příklady syndromů podmíněných strukturními odchylkami chromosomů
(strukturní aberace):
Delece koncové části krátkého raménka chromosomu 5 podmiňuje syndrom Cri du chat
(syndrom kočičího křiku). Jsou to děti s mentálním postižením, s vrozenými vývojovými
vadami, mikrocefalií a v důsledku anomálií vývoje hlasivek, s charakteristickým pláčem,
připomínajícím kočičí mňoukání. Postižena mohou být obě pohlaví. Karyotyp je
46,XY,del(5p) nebo 46,XX,del(5p).
Delece krátkých ramének chromosomu X mohou být příčinou Turnerova syndromu (viz
popis syndromu dále). Klinické projevy jsou variabilní, závisí na rozsahu delece.
Odchylky v počtu chromosomů: aneuploidie a polyploidie
Polyploidie
Polyploidie znamená zmnožení (násobek) celé sady chromosomů; např. 3n – triploidie (69
chromosomů), 4n – tetraploidie (92 chromosomů).
U člověka je možný vznik triploidní zygoty např. po oplození vajíčka dvěma spermiemi nebo
poruchou v průběhu I. nebo II. meiotického dělení vajíčka. Triploidie není slučitelná
s přežitím plodu. Těhotenství končí potratem. TentoTento dokument
dokument slou
sloužžíí se so
uhlasem autora jako
se souhlasem autora jako
dodoplplňňkovýkový stu
dijnstu
dijníí materimateriáá
l l
ke studiu obor
ke studiu oborůů
VysokVysokéé šškoly ch
emicko
koly chemick
o--technologic
technologickkéé
v Praze.
v Praze.
Jeho pou
Jeho použžititíík jin
ým
k jiným úúčč
elelůům a dal
m a dalšíší šíšířřeneníí
bez souhlasu autora je zak
bez souhlasu autora je zakáázzáánono
TentoTento dokument
dokument slou
sloužžíí se so
uhlasem autora jako
se souhlasem autora jako
dodoplplňňkovýkový stu
dijnstu
dijníí materimateriáá
l l
ke studiu obor
ke studiu oborůů
VysokVysokéé šškoly ch
emicko
koly chemick
o--technologic
technologickkéé
v Praze.
v Praze.
Jeho pou
Jeho použžititíík jin
ým
k jiným úúčč
elelůům a dal
m a dalšíší šíšířřeneníí
bez souhlasu autora je zak
bez souhlasu autora je zakáázzáánono
Skupiny polyploidních buněk se mohou u člověka však vyskytovat v některých tkáních.
V kostní dřeni mají megakaryocyty 8 - 16ti násobek haploidního počtu chromosomů.
V regenerujících se játrech, a i v jiných regenerujících se tkáních, se vyskytují tetraploidní
buňky. Vznikají endomitózou; chromosomy se dělí dvakrát a buňky jen jednou.
Aneuploidie
Aneuploidie je změna počtu jednotlivých homologních chromosomů, např. trisomie: 2n + 1,
monosomie 2n - 1 atp.
Ke vzniku aneuploidií může dojít během I. i II. meiózy při nesprávném transportu
chromosomů nebo chromatid k pólům buňky (nondisjunkce) nebo i během mitotického
dělení. Meiotická nondisjunkce má za následek aneuploidii ve všech buňkách organismu.
Chyba v rozchodu chromatid při mitotickém dělení vede ke vzniku klonů aneuploidních
buněk – k tzv. mozaice. Pokud například dojde k mitotické nondisjunkci chromosomu 21
v časném postzygotickém období, vzniká Downův syndrom s rozsahem klinických příznaků,
které odpovídají poměru buněk s normálním karyotypem a s trisomií.
Vybrané příklady syndromů podmíněných numerickými odchylkami chromosomů
Syndromy podmíněné numerickými odchylkami autosomů
Downův syndrom (též morbus Down) - trisomie chromosomu 21
Karyotyp jedince s Downovým syndromem podmíněným prostou trisomií je 47,XX,+21
nebo 47,XY,+21. Downův syndrom se v naší republice vyskytuje přibližně s frekvencí 1/800
narozených dětí.
Charakteristickým klinickým příznakem je zpomalení vývoje, mentální retardace (duševní
zaostalost), krátké široké ruce, dlaň s "opičí rýhou", malá postava, hyperflexibilita kloubů,
široká plochá tvář, ploché záhlaví, otevřená ústa se zbrázděným velkým jazykem, oční řasa
(epikantus), vrozené vývojové vady (VVV) srdce i jiných orgánů. Postižení jedinci mají
poruchy funkce imunitního systému; jsou náchylní k infekcím a nádorovým onemocněním
(zejména leukémie). Dožívají se v průměru 50ti let.
Geny, které mohou souviset s předčasným stárnutím u postižených Downovým syndromem
jsou: gen kódující superoxiddismutasu - zvýšená exprese může být příčinou předčasného
stárnutí a snížení funkcí imunitního systému; CAF1A (Chromatin Assembly Factor I) -
zvýšená exprese narušuje syntézu DNA; Cystation-beta-syntasa (CBS) - zvýšená exprese
narušuje metabolismus a reparaci DNA; GART (Glycinamidfosforibosylsyntasa) - zvýšená TentoTento dokument
dokument slou
sloužžíí se so
uhlasem autora jako
se souhlasem autora jako
dodoplplňňkovýkový stu
dijnstu
dijníí materimateriáá
l l
ke studiu obor
ke studiu oborůů
VysokVysokéé šškoly ch
emicko
koly chemick
o--technologic
technologickkéé
v Praze.
v Praze.
Jeho pou
Jeho použžititíík jin
ým
k jiným úúčč
elelůům a dal
m a dalšíší šíšířřeneníí
bez souhlasu autora je zak
bez souhlasu autora je zakáázzáánono
TentoTento dokument
dokument slou
sloužžíí se so
uhlasem autora jako
se souhlasem autora jako
dodoplplňňkovýkový stu
dijnstu
dijníí materimateriáá
l l
ke studiu obor
ke studiu oborůů
VysokVysokéé šškoly ch
emicko
koly chemick
o--technologic
technologickkéé
v Praze.
v Praze.
Jeho pou
Jeho použžititíík jin
ým
k jiným úúčč
elelůům a dal
m a dalšíší šíšířřeneníí
bez souhlasu autora je zak
bez souhlasu autora je zakáázzáánono
exprese poškozuje syntézu DNA a reparační procesy; IFNAR (Interferon Alfa Receptor) -
exprese genu ovlivňuje funkci imunitního systému (viz Ontogeneza).
Patauův syndrom - trisomie chromosomu 13
U jedinců s Patauovým syndromem nalézáme karyotyp 47,XX,+13 nebo 47,XY,+13. Výskyt
je 1/10 000 narozených dětí.
Klinické příznaky u tohoto syndromu jsou mentální postižení, hluchota, rozštěp rtu/patra,
polydaktylie, anomálie vývoje srdce, ledvin a pohlavních orgánů. Postižení umírají většinou
do prvního měsíce života.
Edwardsův syndrom - trisomie chromosomu 18
Edwardsův syndrom je podmíněn karyotypem 47,XX,+18 nebo 47,XY,+18. Výskyt je
1/5000 narozených dětí.
Edwardsův syndrom provázejí malformace mnoha orgánů. U postižených jedinců bývají
například zdvojené ledviny. Jedinci s Edwardsovým syndromem mají dozadu ubíhající
mandibulu, malá ústa a nos, deformity prstů, "koňskou nohu". Obdobně jako u dvou výše
popsaných syndromů jsou nízko posazené malformované uši. Postižení jsou duševně zaostalí.
90% jedinců postižených Edwardsovým syndromem umírá během prvních šesti měsíců po
narození.
Syndromy podmíněné numerickými odchylkami heterochromosomů
Turnerův syndrom - monosomie chromosomu X
Karyotyp 45,X podmiňuje Turnerův syndrom. Výskyt je variabilní; 1/2500-1/4000
narozených dívek. Jsou to ženy s narušeným sexuálním vývojem. Chybí jim sekundární
pohlavní znaky, obyčejně jsou sterilní (nevyvinuté vaječníky) a nemenstruují. Vyznačují se
malou postavou. Po stranách krku mají patrné kožní řasy (pterygium colli), vlasová hranice je
nízká. Mají štítovitý hrudník.
Klinefelterův syndrom - trisomie XXY
Klinefelterův syndrom je podmíněn karyotypem 47,XXY, ale i 48,XXXY; 49,XXXXY.
Výskyt je 1/1000 narozených chlapců.
Postižení chlapci většinou nemají zvláštní problémy až do dospívání. Muži jsou neplodní. Pro
Klinefelterův syndrom jsou charakteristická malá a tuhá testes (bez tvorby spermií), někdy
zvětšená prsa (gynekomastie), dlouhé končetiny, ochlupení je variabilní (ženský typ). TentoTento dokument
dokument slou
sloužžíí se so
uhlasem autora jako
se souhlasem autora jako
dodoplplňňkovýkový stu
dijnstu
dijníí materimateriáá
l l
ke studiu obor
ke studiu oborůů
VysokVysokéé šškoly ch
emicko
koly chemick
o--technologic
technologickkéé
v Praze.
v Praze.
Jeho pou
Jeho použžititíík jin
ým
k jiným úúčč
elelůům a dal
m a dalšíší šíšířřeneníí
bez souhlasu autora je zak
bez souhlasu autora je zakáázzáánono
TentoTento dokument
dokument slou
sloužžíí se so
uhlasem autora jako
se souhlasem autora jako
dodoplplňňkovýkový stu
dijnstu
dijníí materimateriáá
l l
ke studiu obor
ke studiu oborůů
VysokVysokéé šškoly ch
emicko
koly chemick
o--technologic
technologickkéé
v Praze.
v Praze.
Jeho pou
Jeho použžititíík jin
ým
k jiným úúčč
elelůům a dal
m a dalšíší šíšířřeneníí
bez souhlasu autora je zak
bez souhlasu autora je zakáázzáánono
Syndrom tří X (Superfemale)
Syndrom tří X je trisomie 47,XXX s výskytem 1/1000 žen. Tyto ženy mají omezenou fertilitu
(častější potraty). Může být zaznamenána mírná mentální retardace.
Syndrom dvou Y (Supermale)
Jedinci mají karyotyp 47,XYY. Výskyt syndromu dvou YY je 1/1000 mužů. Muži jsou bez
klinických příznaků. Většinou jde o náhodné nálezy.
Obecně platí, že počet dětí s numerickými chromosomálními odchylkami se zvyšuje
v závislosti na věku matky (viz Prenatální vývoj). Tato závislost platí zejména u Downova
syndromu podmíněného prostou trisomií chromosomu 21.
V naší republice je, vzhledem k této skutečnosti, umožněno bezplatné cytogenetické vyšetření
plodu ženám, které dovrší v době porodu 35 let.
Prenatální diagnostika, s možností ukončení těhotenství na základě přání rodičů při nálezu
chromosomální odchylky u plodu, snížila např. incidenci jedinců s Downovým syndromem
v ČR o 1/3 nižší ve srovnání s minulým stoletím.
TentoTento dokument
dokument slou
sloužžíí se so
uhlasem autora jako
se souhlasem autora jako
dodoplplňňkovýkový stu
dijnstu
dijníí materimateriáá
l l
ke studiu obor
ke studiu oborůů
VysokVysokéé šškoly ch
emicko
koly chemick
o--technologic
technologickkéé
v Praze.
v Praze.
Jeho pou
Jeho použžititíík jin
ým
k jiným úúčč
elelůům a dal
m a dalšíší šíšířřeneníí
bez souhlasu autora je zak
bez souhlasu autora je zakáázzáánono
TentoTento dokument
dokument slou
sloužžíí se so
uhlasem autora jako
se souhlasem autora jako
dodoplplňňkovýkový stu
dijnstu
dijníí materimateriáá
l l
ke studiu obor
ke studiu oborůů
VysokVysokéé šškoly ch
emicko
koly chemick
o--technologic
technologickkéé
v Praze.
v Praze.
Jeho pou
Jeho použžititíík jin
ým
k jiným úúčč
elelůům a dal
m a dalšíší šíšířřeneníí
bez souhlasu autora je zak
bez souhlasu autora je zakáázzáánono