Struktura i funkcja kwasów nukleinowych. Ekspresja i regulacja funkcji genów u Pro- i Eukaryota
Budowa DNA -DNA zbudowany jest z trzech podstawowych związków chemicznych: zasady azotowej (purynowej: adeniny lub guaniny oraz pirymidynowej: tyminy lub cytozyny), cukru pięciowęglowego (dezokyryboza), reszty kwasu fosforowego
WŁAŚCIWOŚCI DNA wg Chargraffa (1950r)
1. Stosunki ilościowe adeniny do tyminy i guaniny do cytozyny sa bliskie 1.0 dla wszystkich badanych cząsteczek DNA. Ilość reszt purynowych równa jest ilości reszt pirymidynowych.
2. Stosunek A/T i G/C jest typowy i stały dla DNA danego organizmu.
3. Jeżeli DNA zawiera większy procent par A/T to organizm jest bardziej wrażliwy na działanie promieni UV
4. Promieniowanie jonizujące wywiera efekt na DNA bogate w pary G/C
5. Zasób informacji zakodowany w DNA jest największy przy 41% par G/C. Zwiększenie i zmniejszenie procentowe zawartości tych par obniża możliwość kodowania przez DNA informacji.
DWUNICIOWA BUDOWA HELISY DNA
wg Watsona i Cricka 1953 r.
1.Dwa helikalne łańcuchy polinukleotydowe zwijają się dookoła wpólnej osi. Łańcuchy sa antyrównoległe - biegną w przeciwnych kierunkach.
2. Zasady purynowe i pirymidynowe znajdują się wewnątrz, a fosforany i dezoksyrybozy na zewnątrz helisy. Płaszczyzny zasad są prostopadłe do osi helisy, a płaszczyzny pierścieni cukrów są prawie prostopadle ułożone względem zasad
3.Średnica helisy wynosi 2.0 nm.Odległość miedzysąsiednimi zasadami mierzona wzdłuż osi wynosi 0.34 nm. Zasady są skręcone względem siebie pod kątem 36º. Na całkowity skręt spirali przypada po 10 nukleotydów w każdym łańcuchu, co daje okres powtarzalności 3,4 nm.
4. Dwa łańcuchy łącza się między sobą wiązaniami wodorowymi między parami zasad (A/T, G/C)
5. Kolejność zasad w łańcuchu polinukleotydowym nie jest w żaden sposób ograniczona. Ściśle określona sekwencja zasad niesie informacja genetyczną.
Replikacja - polega na rozwinięciu helisy DNA na krótkim odcinku i syntezie na matrycy obu nici, nici komplementarnych. Jest to proces semikonserwatywny (półzachowawczy) co oznacza, że powstała cząsteczka zawiera jedną nić matczyną, a drugą potomną. Powstają dwie identyczne dwuniciowe kopie pierwotnej cząsteczki wyjściowej DNA.
Przebieg replikacji u Prokaryota
INICJACJA - rozpoczyna się w miejscu origin (ori) gdzie syntetyzowany jest odcinek RNA - starter o długości około 10 do 60 nukleotydów
ELONGACJA - na nici o polarności 3` do 5` nowo syntetyzowany łańcuch może wydłużać się w sposób ciągły, a na nici o przeciwnej polarności w postaci fragmentów Okazaki (około 1000 - 2000 nukleotydów)
TERMINACJA - replikacja kończy się po przejściu widełek replikacyjnych wzdłuż całej kolistej cząsteczki chromosomu przy udziale sekwencji terminacyjnych Ter E, D, A, C, B i F
Przebieg replikacji u Eukaryota
INICJACJA - rozpoczyna się w w kilku miejscach chromosomu jednocześnie (wiele miejsc ori), w każdym z nich syntetyzowany jest odcinek RNA tzw. starter o długości około 10 nukleotydów. ELONGACJA - synteza DNA przy udziale polimerazy zachodzi na obu niciach w sposób nieciągły ( ze względu na wiele miejsc inicjacji). TERMINACJA - zakończenie replikacji ma miejsce w momencie fizycznego zetknięcia się widełek podążających ku sobie z przeciwnych kierunków
Enzymy replikacji
Helikazy - rozdzielają nić DNA, rozcinają wiązania wodorowe, Białka SSB - zapobiegają zwijaniu się pojedynczych nici DNA, Topoizomerazy - rozluźniają superskręty w cząsteczce DNA, przecinają wiązania fosfodiestrowe w łańcuchu polinukleotydowym, Ligazy - łączą fragmenty DNA (fragmenty Okazaki, fragmenty po wycięciu starterów), Polimerazy - przeprowadzają syntezę DNA
Bakteryjne polimerazy DNAPolimeraza DNA I, Polimeraza DNA II, Polimeraza DNA III
Eukariotyczne polimerazy DNA Polimerazy α, Polimerazy β, Polimerazy γ, Polimerazy δ, Polimerazy ε
DNA a RNA
W RNA zamiast dezoksyrybozy występuje ryboza (posiadająca dodatkowy atom tlenu przy drugim atomie węgla)
W RNA zamiast tyminy występuje uracyl (tworzy komplementarna parę z adeniną)
RNA jest cząsteczką jednoniciową
W RNA mogą występować zmodyfikowane zasady (np. dihydrourydyna, inozyna itp.)
KWAS RYBONUKLEINOWY (RNA) : mRNA - matrycowy (informacyjny) RNA, tRNA - transportujący RNA, rRNA - rybosomalny RNA, snRNA - mały jądrowy RNA, hnRNA - heterogenny RNA
Ekspresja genów - wytwarzanie produktu genu w postaci białka zakodowanego w określonej sekwencji nukleotydów
Transkrypcja - przepisywanie informacji genetycznej z DNA na mRNA
Translacja - tłumaczenie informacji genetycznej z mRNA na białko
KOD GENETYCZNY
Kod genetyczny :współzależność między sekwencją zasad w DNA (lub mRNA stanowiącym jego transkrypt), a sekwencja aminokwasów w białku.
Cechy kodu genetycznego:
Trójkowy - jeden aminokwas koduje grupa trzech zasad (kodon)
Nienakładający się - każda grupa trzech zasad określa tylko jeden aminokwas
Bezprzecinkowy - sekwencja zasad jest odczytywana kolejno od określonego punktu startowego
Uniwersalny - taki sam in vivo i in vitro i dla wszystkich żywych organizmów
Zdegenerowany (wieloznaczny) - większość aminokwasów kodowana jest przez więcej niż jeden triplet
KOD GENETYCZNY
Kodony określające ten sam aminokwas nazywamy synonomami. Większość synonimów różni się tylko trzecią zasadą tripletu. 61 kodonów określa aminokwasy, 3 nie kodują aminokwasów, lecz są rozpoznawane jako miejsca zakończenia syntezy łańcucha polipeptydowego.
Są to: UAG - amber (N-1) rozpoznawany przez czynnik RF-1, UAA - ochre (N-2) rozpoznawany przez RF-1 i RF-2, UGA - opal (N-3) rozpoznawany przez RF-2
W mitochondriach niektórych organizmów UGA koduje tryptofan
TRANSKRYPCJA
ENZYMATYCZNA POLIMERYZACJA ZAKTYWOWANYCH MONORYBONUKLEOTYDÓW, PRZEBIEGAJĄCA W UPORZĄDKOWANEJ KOEJNOŚCI, OKREŚLONEJ PRZEZ PEŁNIĄCY ROLĘ MATRYCY DNA
TRANSKRYPCJA:*inicjacja, *elongacja ,*terminacja
Do przeprowadzenia transkrypcji konieczne są:
Matryca - dwuniciowy lub jednoniciowy DNA
Aktywowane prekursory: ATP, GTP, UTP, CTP
Dwuwartościowe jony metali MG+2 i Mn+2
Polimeraza RNA zależna od DNA
Cechy charakterystyczne transkrypcji
- Transkrypcja przebiega w kierunku 3' 5'
- Polega na ataku grupy 3' OH rosnącego łańcucha na fosforan nadchodzącego trójfosforanu nukleozydu
-Polimeraza nie wymaga startera
- Synteza RNA na matrycy DNA jest konserwatywna
- Polimerazy RNA nie maja właściwości nukleolitycznych
- Wszystkie rodzaje RNA są syntetyzowane przez jedną polimerazę u Prokaryota i trzy polimerazy u Eukaryota
- Nowo powstałe RNA jest komplementarne i antyrównoległe do DNA matrycowego
- Transkrypcja zachodzi tylko na jednej nici w określonym regionie genomu
ENZYMY TRANSKRYPCJI U PROKARYOTA
Proces transkrypcji zachodzi w cytoplazmie i uczestniczy w nim tylko jeden typ polimerazy RNA
-35 -10 +1
ENZYMY TRANSKRYPCJI U EUKARYOTA
Polimeraza RNA I - w jąderku, transkrypcja
rDNA (genów kodujących rRNA)
Polimeraza RNA II - w nukleoplazmie, transkrypcja
mRNA (pre - mRNA)
Polimeraza RNA III - nukleoplazma, transkrypcja
pre-tRNA,5S rRNA
-75 -25 +1
TRANSLACJA
INICJACJA
ELONGACJA
TERMINACJA
Rybosomy charakteryzują się specyficznymi stałymi sedymentacji
Prokaryota - podjednostki 30S i 50S - rybosom 70S
Eukaryota - podjednostki 40S i 60S - rybosom
80S
WPŁYW ANTYBIOTYKÓW I LEKÓW BAKTERIOBÓJCZYCH NA KWASY NUKLEINOWE
Aktynomycyna D - hamuje replikację i transkrypcję, wiąże się silnie z dwuniciowym DNA
Daunomycyna - hamuje replikację i transkrypcję, blokuje matrycową aktywność DNA
Mitomycyna C - hamuje syntezę kwasów nukleinowych
Chinolony - hamują replikację i transkrypcję, inhibitory topoizomerazy II
Rifampycyny - hamują replikację i transkrypcję, inhibitory polimerazy RNA
Nitrofurany - są odpowiedzialne za rozerwanie jednej lub obu nici DNA w komórkach prokariotycznych
ANTYBIOTYKI I TOKSYNY HAMUJĄCE SYNTEZĘ BIAŁKA
Streptomycyna - hamuje wiązanie się formylometionylo- tRNA z rybosomami
Tetracykliny - wiążą się z podjednostką 30S
Chloramfenikol - hamuje aktywność peptydylotransferazy
Erytromycyna - hamuje translokację tRNA z miejsca A na P
Puromycyna - kończy przedwcześnie syntezę łańcucha polipeptydowego
Alfa sarcyna - rozbija dużą podjednostkę rybosomów
Rycyna - prowadzi do inaktywacji rybosomów
Penicylina - nie działa ani na syntezę kwasów nukleinowych, ani na syntezę białka. Łączy się swoiście z enzymem bakteryjnym hamując powstawanie składników ściany komórek bakterii Gram+
Regulacja ekspresji genów
-Istnieje ścisłe powiązanie między aparatem genetycznym komórki a jej stanem czynnościowym
-Produkty kodowane przez różne geny są wytwarzane w ilościach określonych właściwościami strukturalnymi i funkcjonalnymi danej komórki
-Regulacja tego systemu odbywa się przez włączanie i wyłączanie odpowiednich genów
Regulacja ekspresji genów
-Regulacja ekspresji genów dotyczy zarówno organizmów prokariotycznych jak i eukariotycznych
-W pojedynczej komórce eukariotycznej tylko około 15% genów ulega ekspresji; przy czym w różnych typach komórek aktywowane są różne geny
Regulacja ekspresji genów u Prokaryota
U Prokaryota ekspresja genów
regulowana jest na dwóch poziomach:
-TRANSKRYPCJI - przez regulację liczby tworzonych cząsteczek mRNA
-TRANSLACJI - przez regulację liczby kopii polipeptydów powstałych na matrycy konkretnej cząsteczki mRNA
Rodzaje operonów bakteryjnych
-INDUKOWANE (KATABOLICZNE)- produkcja enzymów jeśli substrat obecny w środowisku
-ULEGAJĄCE REPRESJI (ANABOLICZNE)- produkcja enzymów jeśli substancja syntetyzowana nie istnieje w komórce
-PODLEGAJĄCE REGULACJI POZYTYWNEJ - transkrypcja w obecności induktora
-PODLEGAJĄCE REGULACJI NEGATYWNEJ - blokowanie transkrypcji przez wolny represor
Dziedziczenie mendlowskie prawidłowych i patologicznych cech człowieka
- O sposobie dziedziczenia wielu cech jednogenowych można wnioskować analizując dane z wywiadu rodzinnego.
- Szczegóły uzyskane z wywiadu rodzinnego można przedstawić graficznie w postaci rodowodu. Poszczególne osoby są przedstawione w rodowodzie z uwzględnieniem płci, pokolenia i ich biologicznego stosunku do pozostałych członków rodziny.
Ponad połowa opisanych dotychczas cech jest dziedziczona dominująco; około 1/3 recesywnie, a 1/10 jako cechy sprzężone z chromosomem X.
Pojęcie choroby dziedziczonej dominująco oznacza, że pojedynczy allel danej choroby (jak u heterozygoty) wystarcza do ujawnienia się jej objawów.
Ogólne cechy dziedziczenia autosomalnego dominującego u ludzi
- Cecha (choroba) jest przekazywana z pokolenia na pokolenie „pionowo”.
- Niektóre choroby monogenowe ujawniają się w późnym wieku , np. choroba Huntingtona.
- Występowanie chorób autosomalnych dominujących może być wynikiem mutacji de novo o czym decyduje głównie wiek ojca.
-Choroba występuje z tą samą częstością u obu płci.
- Nasilenie objawów choroby (zmienność cechy) może zależeć od płci chorego rodzica przekazującego cechę.
Obecność lub brak cech klinicznych oraz ich nasilenie zależy od:
- stopnia penetracji patologicznego genu (pełna penetracja - 100% lub 1; niepełna penetracja - poniżej 100 % lub <1),
- zmiennej ekspresji genu (chorzy w tej samej rodzinie wykazują różne nasilenie objawów choroby),
- wieku probanda (penetracja zależna od wieku).
Geny dominujące wykazują czasem niepełną penetrację, stąd zjawisko wyciszania typowych objawów choroby aż do ich zupełnego zaniku. W wyniku tego zjawiska może dojść do dziedziczenia z przeskokiem pokoleniowym. Chorują np. dziadkowie i wnuki, podczas gdy rodzice są zdrowi.
W przypadku kiedy dany gen w populacji osobników o tym samym genotypie przejawia się w ten sposób, że badana cecha wykształca się z różnym nasileniem w fenotypie, to mówi się o nim, że wykazuje niepełną ekspresywność.
Jeżeli wśród osobników o tym genotypie tylko część wykazuje cechę wywołaną posiadanym genem, a pozostałe osobniki mimo posiadania tego genu nie przejawiają efektu fenotypowego, to mówi się, że gen wykazuje niepełną penetrację.
Jeden gen może wpływać jednocześnie na powstanie bardzo różnych cech organizmu. Zjawisko to określamy jako plejotropowe działanie genu.
Przykłady chorób dziedziczących się autosomalnie dominująco
Achondroplazja (chondrodystrofia, karłowatość chondrodystroficzna)
- Mała zmienność ekspresji, pełna penetracja
- Częstość występowania 1 : 15 000 i 1:77 000
- Gen - locus 4p 16.3
- Gen receptora czynnika wzrostu fibroblastów (Fibroblast Growth Factor Receptor 3 - FGFR3) -- Mutacja w nukleotydzie 1138 genu FGFR3: tranzycja G A lub transwersja G C Achondroplazja Objawy: niski wzrost, skrócenie kończyn, mikromelia, szpotawe kolana, nadmierna lordoza lędźwiowa, duża głowa z wypukłym czołem i zapadniętą nasadą nosa,
Zespół Marfana (arachnodaktylia)
- Częstość występowania 1: 10 000
- Gen FBN1 (gen fibrylliny) - locus 15q21.1
- Wysoki stopień penetracji i zmienna ekspresja
Zespół Marfana Objawy: smukła sylwetka, wysoki wzrost, nadmiernie długie palce rąk i stóp, „kurza” lub „lejkowata” klatka piersiowa, nadmiernie elastyczna skóra, wady wrodzone serca, tętniaki aorty, wypadanie zastawki mitralnej, krótkowzroczność,
Fibryllina - białko o masie 350 kD, jest głównym składnikiem zewnątrzkomórkowych mikrofibrylli. Jest to defekt tkanki mezenchymalnej powodujący zmiany w układzie kostno-stawowym, w układzie krążenia i w gałkach ocznych
Nerwiakowłókniakowatość (Neurofibromatosis - NF, choroba Recklinghausena)
- Dwie postaci choroby: NF-1 i NF-2
- Gen NF-1 (locus - 17q11.2) - pełna penetracja, zmienna ekspresja
- Produkt genu - białko neurofibromina (obniżony poziom sprzyja rozwojowi nowotworów)
- Częstość 1:3500
- Gen NF-2 (locus - 22q12.2) - pełna penetracja
- Produkt genu - merlina (białko cytoszkieletu)
- Częstość 1:35 000 - 1:40 000
Nerwiakowłókniakowatość
Objawy: mutacja genu NF-1:
- zmiany barwnikowe na skórze (café au lait) - we wczesnym dzieciństwie
- w okresie dojrzewania rozwijają się liczne guzki wywodzące się z nerwów obwodowych (włókniaki, nerwiakowłókniaki, glejaki nerwu wzrokowego - zwykle łagodne),
- często niedorozwój umysłowy i padaczka,
mutacja genu NF-2:
- nerwiaki nerwu słuchowego,
- oponiaki rdzenia,
- zmętnienie soczewek,
- pierwsze objawy w okresie dojrzewania lub w drugiej dekadzie życia,
Autosomalna dominująca wielotorbielowatość nerek (ADWN)
- Częstość: 1 : 1000 żywych urodzeń,
-Jedną z przyczyn występowania są mutacje genu PKD1 (16p 13.3) oraz genu PKD2 (4q 13-q23),
-PKD (Polycystic Kidney Disease),
-Białko - policystyna - 4303 aminokwasy
-Mutacja genu powoduje syntezę białka krótszego, złożonego z 4086 aminokwasów o zmienionych właściwościach fizykochemicznych.
-Objawy kliniczne pojawiają się w 3-4 dekadzie życia.
-Mutacje w genie PKD1 prowadzą do skrajnej niewydolności nerek w wieku 55-60 lat a u chorych z mutacją PKD2 w 7 dekadzie życia.
ADWN Objawy: - kamica nerkowa,- krwiomocz,- nadciśnienie tętnicze,- bóle brzucha i niewydolność nerek,- liczne torbiele w nerkach (u 50% chorych również w wątrobie),
ARWN (autosomalna recesywna wielotorbielowatość nerek)
-Przyczyna genetyczna nie jest znana.
-Częstość: 1: 6000-55000,
Objawy: - przewlekłe, ropne zapalenia dróg moczowych,
- liczne torbiele w korze i rdzeniu nerek oraz w wątrobie, -75 % dzieci z ARWN umiera w ciągu kilku godzin po urodzeniu a z tych, które przeżyją, 50% - 80% ma szanse dożycia 15 lat,
Siatkówczak (Retinoblastoma)
- Nowotwór gałki ocznej
-Postać sporadyczna i dziedziczna (rodzinna)
-Częstość występowania 1:20 000
-Gen Rb - locus 13q 14.1
-Przyczyną choroby jest mikrodelecja regionu 13q 14.1 lub mutacja genu Rb zlokalizowanego w tym regionie.
-Gen Rb wykazuje właściwości supresorowe, kodowane przez niego białko wiąże czynnik transkrypcyjny , odgrywający rolę w cyklu komórkowym.
Choroba Huntingtona (Huntington Disease HD)
-Częstość występowania 4 -7 : 100 000
-Pełna zależna od wieku penetracja
-Gen HD - locus 4p 16.3
-Białko - huntingtina
-Mutacja dynamiczna: niestabilność trójnukleotydowych sekwencji powtarzalnych - (CAG)n na końcu 5' genu kodującego huntingtinę
-Osoby zdrowe: 10 -20 powtórzeń CAG
-30 - 35 powtórzeń stan przedmutacyjny
-Osoby chore: >36 powtórzeń
-Antycypacja - ostrzejszy przebieg choroby w następujących po sobie pokoleniach oraz występowanie choroby w coraz młodszym wieku
-Antycypacja w HD jest mocniej wyrażona, jeżeli zmutowany gen przekazywany jest przez ojca.
Choroba Huntingtona
Objawy: początek choroby zwykle w czwartej dekadzie życia, zmiany neuropatologiczne - selektywne obumieranie komórek jądra ogoniastego, zaburzenia hiperkinetyczne (przypominające taniec), zaburzenia mowy, postępująca utrata aktywności umysłowej, charłactwo fizyczne,
Ogólne cechy dziedziczenia autosomalnego recesywnego u ludzi:
- Choroby o tym typie dziedziczenia występują głównie u rodzeństwa (poziome przekazywanie cechy).
- Cecha (choroba) ujawnia się tylko u homozygot recesywnych (rodzice są heterozygotami pod względem zmutowanego genu).
- Częstość występowania chorób autosomalnych recesywnych (w tym rzadkich) jest zwiększona w małżeństwach spokrewnionych.
Choroby dziedziczone autosomalnie recesywnie najczęściej są wynikiem mutacji genów strukturalnych, kontrolujących syntezę białek enzymatycznych, co prowadzi do zaburzeń metabolicznych ustroju, a przez to do zaburzeń jego procesów życiowych. Większość bloków metabolicznych dziedziczy się autosomalnie recesywnie.
Fenyloketonuria
-Częstość występowania w populacjach europejskich średnio 1: 10 000
-Locus genu - 12q 24.1
-Brak hydroksylazy fenyloalaninowej (4-monooksygenazy fenyloalaninowej)
- Wykrywanie : test Guthriego - wykrywanie we krwi zwiększonego stężenia fenyloalaniny, - test z FeCl3 - wykrywanie w moczu kwasu fenylopirogronowego,- oznaczanie poziomu fenyloalaniny i tyrozyny w surowicy krwi i ich metabolitów w moczu - metody enzymatyczne, chromatograficzne i fluorymetryczne.
Fenyloketonuria Objawy: jasne włosy i jasna karnacja, uporczywe wymioty, „mysi” zapach moczu, wzrost napięcia mięśniowego, kiwanie tułowia, upośledzenie umysłowe,
Zastosowanie diety pozbawionej fenyloalaniny umożliwia rozwój intelektualny zbliżony do normalnego.
Albinizm (bielactwo uogólnione)
- częstość średnio 1: 10 000
- blok metaboliczny przemiany tyrozyny
- mutacja genu kontrolującego syntezę monooksygenazy monofenolowej i oksydazy katecholowej (tyrozynaza)
- zahamowanie syntezy melanin w melanocytach naskórka, cebulek włosowych, tęczówce i siatkówce
Albinizm Objawy: skóra różowoczerwona, włosy białe, tęczówki niebieskie lub różowe („czerwone źrenice”), światłowstręt, zmniejszona ostrość wzroku,
Alkaptonuria
- częstość 1 : 200 000
- brak 1,2-dioksygenazy homogentyzynianowej
- kwas homogentyzynowy wydalany z moczem
Objawy:- ochronoza - ciemnienie chrząstek, ścięgien i więzadeł, - zmiany zapalne i zwyrodnieniowe stawów, - ciemnienie moczu po zetknięciu z powietrzem,
Lipidozy
Choroba Gauchera
niedobór beta - glukozydazy, rozkładającej glukocerebrozyd do glukozy i ceramidu
Choroba Niemanna-Picka (sfingomielinoza)
niedobór sfingomielinazy, rozkładającej sfingomielinę do ceramidu i fosfocholiny
Choroba Tay-Sachsa
niedobór N-acetyloheksozaminidazy, odszczepiającej N-acetylogalaktozaminę od glikolipidu
Mukowiscydoza (zwłóknienie torbielowate trzustki, cystic fibrosis - CF)
Mucus - śluz, viscid - lepki (łac.)
Częstość :
- Europa 1 :2500
- rasa czarna 1 : 17 000
- rasa żółta 1 : 90 000
Gen CFTR (Cystic Fibrosis Transmembrane Regulator gene) - locus 7q 31-q32
Wielkość genu 250 kb, 27 eksonów
Mukowiscydoza
- Zidentyfikowano ponad 500 różnych mutacji w genie CFTR
- Białko CFTR - błonowy regulator przewodnictwa specyficzny dla mukowiscydozy
-Charakterystyczny objaw: słony pot
-Podwyższone stężenie Na+ i Cl- w pocie
-Na+ > 60 mmol/l (n. 20-25mmol/l)
-Cl- >70 mmol/l (n. 16-19 mmol/l)
Mukowiscydoza Objawy:- słony pot,- u noworodków : niedrożność smółkowa, powiększenie brzucha, wymioty, brak smółki,- nawracające infekcje dróg oddechowych, przewlekły kaszel, - zmiany oskrzelowo-płucne (w 90% przypadków są przyczyną śmierci) - zaburzenia procesów trawienia, - mały przyrost wagi i wzrostu,- dysfunkcja gruczołów wydzielniczych, - polipy nosa,- wrodzony brak nasieniowodów,
Niedokrwistość sierpowatokrwinkowa
-Gen HBB - locus 11p 15.15, koduje beta-globinę
- Hemoglobina S (HbS)
- Mutacja punktowa w genie HBB - zamiana tripletu GAG (kwas glutaminowy) na GUG (walina)
- Heterozygoty HbS/HbA - większa odporność na zarażenie zarodźcem malarii
- Homozygoty (HbS/HbS) - ciężka postać niedokrwistości hemolitycznej
Niedokrwistość sierpowato krwinkowa Objawy: sierpowaty kształt erytrocytów,- krwinki łatwiej ulegają hemolizie,- podwyższona lepkość krwi, skłonność do tworzenia zakrzepów,- niewydolność krążenia, uszkodzenie wielu organów,
Ogólne cechy dziedziczenia dominującego sprzężonego z chromosomem X
Dominujący tor dziedziczenia chorób sprzężonych z chromosomem X należy do rzadkości i można go podejrzewać gdy:
-chory mężczyzna ma wyłącznie chore córki i wyłącznie zdrowych synów,
-chore kobiety heterozygoty przekazują cechę 50% swego potomstwa, niezależnie od płci,
-chore kobiety homozygoty przekazują cechę wszystkim swoim dzieciom,
-w potomstwie chorej kobiety (heterozygoty) i zdrowego mężczyzny 50% synów i 50% córek będzie chorych.
Wrodzona hipoplazja skóry (Incontinentia pigmenti - zespół Blocha i Sulzbergera)
-Częstość 1: 75 000
-Locus genu - Xq 27-q28
-Chorują głównie dziewczęta
-Dla płodów męskich - zespół letalny
Wrodzona hipoplazja skóry Objawy:- dla płodów męskich - zespół letalny,- po urodzeniu na skórze dziecka pojawiają się plamy rumieniowe, zawierające małe pęcherzyki,- naturalny tatuaż skóry,- zez,- wady układu kostnego i serca, - u 50% chorych - niedorozwój umysłowy, porażenia, napady drgawek,
Zespół Retta
-Częstość :Europa 1: 15 000, USA 1 : 20 000
-Locus genu - Xp 21.3
-Dla płci męskiej - letalny
Zespół Retta Objawy:- zaburzenia psychoruchowe - pojawiają się miedzy 6 a 18 miesiącem życia,- głębokie upośledzenie umysłowe,- zaburzenia neurologiczne (padaczka, spastyczność),- liczne zaburzenia w rozwoju fizycznym,
Zespół łamliwego chromosomu X
- (s. Zespół Martina-Bella, fragile X syndrom)
-Częstość:Mężczyźni - 1: 1250,Kobiety - 1 : 2000
-Uszkodzenie funkcji genu FMR1 (Fragile X Mental Retardation)
-Locus genu - Xq 27.3 (37kb, 17 eksonów)
-Niestabilne sekwencje (CGG)n
-Osoby zdrowe 6 - 52 powtórzeń CGG
-Nosiciele bezobjawowi 52 - 200
-Osoby chore 230 - 1500 (pełna mutacja)
-Produkt genu FMR1 - białko FMRP - 64 aminokwasy, należy do białek wiążących RNA.
-Kobiety z pełna mutacją - upośledzenie umysłowe w stopniu lekkim (20-30%) lub umiarkowanym (1-2%)
-Mężczyźni z pełną mutacją ciężki stopień upośledzenia (max. IQ = 31)
Zespół łamliwego chromosomu X Objawy:
-u noworodków i niemowląt płci męskiej:- niska waga urodzeniowa, - mały obwód głowy, - zwiększona objętość jąder,- duże małżowiny uszne,- hipotonia mięśniowa,
-u dzieci:- autyzm, zaburzenia mowy,- opóźnienie rozwoju psychoruchowego,
-u dorosłego mężczyzny:- deformacje twarzoczaszki (wydatne guzy czołowe, duże i odstające małżowiny uszne, duża żuchwa, wysokie podniebienie, hiperteloryzm),- powiększenie jąder, bladoniebieskie tęczówki, zniekształcenia kręgosłupa, padaczka, encefalopatia,
Zespół łamliwego chromosomu X Objawy- u 1/3 kobiet z pełną mutacją genu FMR1 występują:- zmiany w obrębie twarzoczaszki, upośledzenie umysłowe średniego stopnia ( IQ 24-41),- spowolnienie ruchowe,- trudności wymowy,- problemy z koncentracją,
Ogólne cechy dziedziczenia recesywnego sprzężonego z chromosomem X
O recesywnym sposobie dziedziczenia chorób sprzężonych z chromosomem X mówimy wówczas gdy:
-choroba występuje znacznie częściej u mężczyzn (hemizygota) niż u kobiet,
-kobiety chorują tylko w układzie homozygotycznym dla zmutowanej pary alleli,
-u kobiet heterozygot (nosicielek zmutowanego genu) choroba nie występuje,
-chory mężczyzna nigdy nie przekazuje choroby (cechy) synom, a wszystkie córki chorego mężczyzny są nosicielkami zmutowanego genu,
-istnieje 50% prawdopodobieństwa, że heterozygotyczne kobiety przekażą zmutowany gen zarówno synom, jak i córkom.
Dystrofia mięśniowa Duchenne'a (DMD)
-Częstość u chłopców - 1 : 3500
-Locus genu - Xp 21.2 (2,5 mln par zasad, 79 eksonów)
-Sekwencje niekodujące stanowią 99,4% genu.
-Brak dystrofiny w mięśniach, zgon w drugiej dekadzie życia.
Dystrofina - białko strukturalne zlokalizowane po stronie cytoplazmatycznej błony komórkowej.
-Choroba ujawnia się przed 5 rokiem życia
Dystrofia mięśniowa typu Duchenne'a Objawy:-symetryczny zanik mięśni obręczy miednicy i barkowej,-postępująca utrata tkanki mięśniowej rozpoczyna się we wczesnym dzieciństwie i prowadzi zwykle do śmierci na skutek niedomagań oddechowych lub sercowych,- „kaczy” chód,- trudności przy wchodzeniu po schodach i wstawaniu z pozycji leżącej,- przerost łydek,-zwiększona aktywność w surowicy krwi kinazy kreatynowej, aldolazy i dehydrogenazy mleczanowej,
Dystrofia mięśniowa Beckera (BMD)
-Częstość - 1 : 20 000
-Nie jest letalna.
-Mniejsza ilość dystrofiny (3-10%) lub zmieniona dystrofina w mięśniach.
-DMD i BMD to są alleliczne formy tej samej choroby.
Dystrofia mięśniowa typu Beckera Objawy:-pojawiają się w drugiej dekadzie życia, -zanik mięśni kończyn najpierw dolnych, a potem górnych,-przebieg łagodniejszy, ale prowadzi do inwalidztwa,
Ślepota na barwy
-Choruje od 5 do 9% mężczyzn
-Locus genu - Xq 28
-Protanopia - ślepota na barwę czerwoną
-Deuteranopia - ślepota na barwę zieloną
-Tritanopia - ślepota na barwę niebieską
-Niedowidzenie barw:- protanomali,- deuter anomalia,- tritanomalia
-Gen odpowiedzialny za percepcję barwy niebieskiej znajduje się na chromosomie 7.
Hemofilia A i hemofilia B
-Częstość występowania hemofilii A wynosi od 1 :10 000 do 1 : 20 000
-Locus genu Xq 28 (186 kb)
-Niedobór lub brak VII czynnika krzepnięcia krwi
-Częstość występowania hemofilii B (choroba Christmasa) wynosi 1 : 30 000
-Locus genu - Xq 27.1-q 27.2
-Brak czynnika IX krzepnięcia krwi
Hemofilia Objawy:- w ciężkiej postaci: samoistne wylewy dostawowe prowadzące do inwalidztwa (artropatia dostawowa),- w umiarkowanej postaci: krwawienia występują po urazach, wylewy śródstawowe są mniej ciężkie i występują rzadziej,- w postaci łagodnej wylewy występują tylko po znacznych urazach lub po operacjach,- czas krzepnięcia krwi znacznie wydłużony,
DZIEDZICZENIE GRUPY KRWI
UKŁAD GRUPOWY ABO
- został po raz pierwszy opisany w 1901 roku przez Landsteinera
- zawiera antygeny A i B, zwane substancjami grupowymi, na podstawie których wyróżnia się cztery podstawowe grupy krwi : A, B, AB, O
- antygen A posiada wiele odmian, z których najważniejsze są odmiany A1 , A2 i dlatego wyróżnia się następujące grupy krwi : A1 , A2 , B , A1B , A2B , O
- antygeny znajdują się w błonie erytrocytów, oraz na powierzchni pozostałych komórek z wyjątkiem komórek układu nerwowego
- antygeny pojawiają się w 6 tygodniu życia płodowego , ale do ich pełnej ekspresji dochodzi w 6- 18 miesięcy po urodzeniu
- Przeciwciała skierowane przeciw antygenom A i B stanowią naturalny składnik ludzkiego osocza poza tym obecne są w płynach ustrojowych i wydzielinach.
- Są to tzw. izoaglutyniny - należą do klasy Ig M, a ich wytwarzanie rozpoczyna się zaraz po urodzeniu i do 3 - 6 miesiąca życia ich stężenie jest niskie. Największe miano przeciwciał obserwuje się w 5 - 10 roku życia ( z wiekiem stopniowo maleje ).
- Odpornościowe przeciwciała anty -A i anty - B są wytwarzane głównie w następstwie immunizacji kobiet przez krwinki płodu, które posiadają antygeny nieobecne u matki lub po przetoczeniu niezgodnej grupowo krwi. Należą one do klasy Ig M i Ig G.
- układ ABO uwarunkowany jest trzema allelami, które zajmują to samo locus w ramieniu długim chromosomu 9 (9q34)
- allele IA i IB są dominujące w stosunku do allela I0 (i) i kodominujące względem siebie, co prowadzi do powstania sześciu różnych genotypów
- dziedziczenie układu ABO odbywa się według praw Mendla
Reguły dziedziczenia grup krwi układu AB0
Z praw dziedziczenia głównych grup krwi wynikają pewne prawidłowości pomiędzy fenotypami występującymi u rodziców oraz fenotypami ich potomstwa. Jeżeli:
- oboje rodzice mają grupę krwi A (IAIA lub IA i ), to żadne z ich dzieci nie może mieć grupy krwi B oraz AB; jeżeli oboje rodzice mają grupę krwi B (IBIB lub IB i), to żadne z ich potomstwa nie może mieć grupy krwi A oraz AB;
- jedno z rodziców ma grupę krwi 0 (ii), to żadne z ich dzieci nie może mieć grupy AB;
- jedno z rodziców ma grupę krwi AB (IAIB), to żadne z ich potomstwa nie może mieć grupy krwi 0;
- jedno z rodziców ma grupę krwi A (IA i), a drugie grupę krwi B (IB i), to u ich potomstwa mogą wystąpić wszystkie grupy krwi (A, B, AB i 0).
- Antygeny grupowe układu AB0 mogą występować w 3 różnych postaciach: jako wielocukry, glikoproteiny lub glikolipidy.
Mocz - oligocukry
Płyny biologiczne - dominują glikoproteiny
Błony komórkowe - najczęściej glikolipidy
Powierzchnia krwinek czerwonych - 80% antygenów układu AB0 jest związanych z glikoproteinami, pozostałe 20% występuje w połączeniu z glikolipidami błony erytrocytu.
Geny A i B kodują swoiste transferazy (1,3-N-acetylo-galaktozaminotransferaza i 1,3-galaktozylotransferaza), które przyłączają końcowe cukry do łańcucha polisacharydowego zwanego łańcuchem H lub prekursorowym.
Swoistość antygenu warunkuje cukier zajmujący ostatnią pozycję łańcucha prekursorowego (N - acetylogalaktozamina = antygen A; D - galaktoza = antygen B)
- Łańcuchy prekursorowe są dwóch rodzajów i różnią się tylko wiązaniem między węglem terminalnej galaktozy i węglem przedostatniego cukru, którym jest N-acetyloglukozamina.
- Łańcuchy będące integralnym składnikiem erytrocytów są głównie typu II, podczas gdy łańcuchy obecne w płynach ustrojowych są typu I.
Około 80% osób posiadających grupę krwi A należy do odmiany A1, natomiast pozostałe 20% osób do A2. Transferaza produkowana przez genA2 różni się od produkowanej przez gen A1 niższą efektywnością w przekształcaniu łańcucha H w A. Końcowy cukier w obu odmianach jest ten sam.
NIEZGODNOŚĆ W UKŁADZIE ABO
MIĘDZY MATKĄ A PŁODEM
-matka ma grupę A, a dziecko B
-matka ma grupę B, a dziecko A
-matka ma grupę O, a dziecko A lub B
-Niezgodność występuje zatem, gdy w osoczu matki znajdują się przeciwciała anty - A lub anty - B, natomiast krwinki płodu zawierają odpowiedni antygen odziedziczony po ojcu.
-Istnieje możliwość wystąpienia choroby hemolitycznej noworodków (w pierwszej dobie pojawia się narastająca żółtaczka spowodowana wzrostem poziomu bilirubiny po rozpadzie erytrocytów)
-Niezgodność w układzie ABO dotyczy ok. 20% ciąż
-Naturalne przeciwciała są klasy IgM, nie przechodzą przez łożysko, przechodzą natomiast przeciwciała odpornościowe należące do klasy IgG
-Choroba hemolityczna występuje często u dzieci z pierwszej ciąży
GRUPY KRWI A ZAPADALNOŚĆ NA CHOROBY
- ludzie z grupą krwi A częściej chorują na raka żołądka i dróg rodnych, anemię złośliwą, cukrzycę
- ludzie z grupą krwi O na chorobę wrzodową żołądka i dwunastnicy
-oprócz alleli A i B istnieje gen H nie sprzężony z genami locus ABO
-gen H koduje enzym fukozylotransferazę przenoszący fukozę do „terminalnej” galaktozy (Gal T) substancji prekursorowej, w efekcie tego powstaje substancja grupowa H, która jest prekursorem antygenów A i B
FENOMEN BOMBAJSKI
-Osobnicy z niezwykle rzadką grupą krwi Bombay nie posiadają genu H (locus na chromosomie 19).
-Ich genotyp określa się hh a fenotyp OhA, OhB , OhAB , gdzie litery A, B, AB oznaczają grupę krwi, której ekspresja jest przytłumiona przez genotyp hh
-U homozygoty hh brak jest fukozylotransferazy (przy prawidłowym stężeniu pozostałych transferaz), nie dochodzi do syntezy łańcucha prekursorowego H i antygeny A i B nie mogą być syntetyzowane.
-Gen h jest genem amorficznym.
-Fenotyp hh określa się jako Bombay, bardziej prawidłową nazwą jest 0h lub ABHnull.
-Krwinki osób hh nie są aglutynowane przez żadną z wzorcowych surowic (anty-A, anty-B i anty A+B), natomiast w ich surowicy stwierdza się przeciwciała anty-A, anty-B i anty-H. Te ostatnie aglutynują krwinki grupy 0.
-Antygeny A, B i H mogą być również obecne w płynach ustrojowych. Wydzielanie substancji A, B i H jest kontrolowane przez parę alleli Se i se zwanych genami wydzielania (sekrecji) .
-Możliwe są trzy genotypy SeSe, Sese i sese i dwa fenotypy. Tylko homozygoty recesywne są tzw. niewydzielaczami = gen se jest amorficzny.
-Wydzielacze (SeSe lub Sese) stanowią około 80% osób rasy białej
Rola genu Se
-gen Se kontroluje produkcję fukozylotransferazy, która przyłącza fukozę do łańcucha prekursorowego typu I - powstaje łańcuch H typu I
-geny Se i H to dwa odrębne geny, które kodują różne fukozylotransferazy
-transferaza zależna od genu H używa jako substratu łańcucha prekursorowego typu II.
-Osoby hhsese - brak łańcuchów typu II i typu I. Fenotyp tych osób, to klasyczny Bombay (niewydzielacz Bombay).
-Osoby hhSeSe lub hhSese - łańcuchy H typu I są obecne w ich płynach ustrojowych, brak H dotyczy tylko krwinek czerwonych. Fenotyp to para - Bombay (wydzielacz Bombay).
-W zależności od tego, który z genów - A czy B został odziedziczony, osoby para-Bombay poza substancją H wydzielają substancję A lub B.
Układ grupowy Rh
-Antygeny pojawiają się w 6 tygodniu życia płodowego i występują tylko na krwinkach czerwonych
-Dziedziczy się niezależnie od układu ABO
-Przeciwciała układu Rh mają charakter odpornościowy, należą do klasy IgG i mogą przechodzić przez łożysko
-Przeciwciała powstają w wyniku przetaczania krwi Rh (+) osobom Rh (-) lub w przypadku immunizacji matki Rh(-) antygenem płodu Rh(+)
-W praktyce największe znaczenie ma antygen D, ponieważ odznacza się znaczną mocą pobudzającą do wytwarzania przeciwciał
-Dominacja allelu D nad allelem d jest całkowita, co powoduje, że powstaje tylko antygen D
-Dominacja alleli C i E nad allelami c i e nie jest zupełna - powstają antygeny Cc i Ee
-W zależności od obecności antygenu D na erytrocytach wyróżnia się osoby : z fenotypem Rh(+) i genotypem DD lub Dd, oraz z fenotypem Rh(-) o genotypie dd
KONFLIKT SEROLOGICZNY W UKŁADZIE Rh
-Jest następstwem reakcji immunologicznej jaka zachodzi między antygenami krwinek czerwonych płodu a przeciwciałami anty-Rh organizmu matki
-matka Rh(-), płód Rh(+) - krwinki płodu dostają się do krążenia matki i stymulują powstanie przeciwciał anty-Rh (klasy IgG) - organizm matki jest zdolny do odpowiedzi immunologicznej
- w krążeniu matki jest wysoki poziom przeciwciał anty-Rh, które przechodząc przez łożysko niszczą erytrocyty płodu
-W celu zapobiegania konfliktu serologicznego u noworodków każdej nieuczulonej kobiecie Rh(-), która rodzi dziecko Rh(+) należy podawać gamma-globulinę anty-Rh. Przeciwciała te reagują z erytrocytami płodu które przedostały się do organizmu matki.
-Immunoglobulina anty-RhD powinna być stosowana przed porodem, bowiem mimo prawidłowego podawania jej po porodzie 1-2% Rh ujemnych kobiet uodparnia się.
-Największe znaczenie kliniczne mają układy ABO i Rh, przetaczana krew musi być zgodna w zakresie antygenów układu ABO oraz w zakresie antygenu D układu Rh
-Przed transfuzją wykonuje się próbę krzyżową pomiędzy krwią biorcy i dawcy (aglutynacja wyklucza transfuzję)
-W celu określenia grupy krwi należy u badanego przeprowadzić zarówno reakcję aglutynacji jego krwinek z surowicami wzorcowymi, jak i pomiędzy jego surowicą a krwinkami wzorcowymi
Układ grupowy MNSs
-Nośnikami antygenów M, N, S i s są glikoproteiny. Ponieważ większość cukrów stanowi kwas sjalowy, związki te się określa jako sjaloglikoproteiny.
-Glikoforyna A - jest nośnikiem determinantów M i N; Glikoforyna B - jest nośnikiem determinantów S i s.
-Antygeny oznaczone M i N dziedziczone są niezależnie od antygenów A i B
-W osoczu ludzkim brak jest naturalnych przeciwciał anty-M i anty-N
-Locus alleli M i N - chromosom 4
-Antygeny M i N występują w krwinkach w różnych kombinacjach (trzy typy serologiczne: M, N i MN)
-Dziedziczenie antygenów M i N uwarunkowane jest kodominującą parą alleli LM i LN
-fenotyp M N MN
genotyp LM LM LN LN LMLN
-W 1947 Walsh i Montgomery odkryli antygeny S i s, które warunkują trzy serologiczne grupy krwi: S, Ss i ss
-Antygeny M i N oraz S i s stanowią jeden układ grupowy dziedziczony na zasadzie dwóch par genów allelomorficznych, sprzężonych ze sobą
-Pojawienie się antygenów MNSs warunkują cztery allele LMSLMsLNSLNs
-Każdy allel koduje jednocześnie antygeny z układu MN i Ss
-Przeciwciała odpornościowe anty-M i anty-N należą do klasy IgM. Antygeny tego układu bardzo rzadko powodują immunizację
-Aglutyniny anty-S,s są klasy - IgG
-Badanie antygenów MN stosuje się w antropologii kryminalistyce, w określaniu ojcostwa
UKŁAD GRUPOWY Xg
-W 1962 r odkryto antygen Xg i przeciwciała skierowane przeciwko temu antygenowi
-Gen antygenu Xg zlokalizowany jest na ramieniu krótkim chromosomu X (Xp22.3)
-Dziedziczenie tej cechy jest związane z płcią
-Istnieją dwa typy osobników : Xg(a+) i Xg(a-)
-Para alleli: Xga i Xg
PRAWIDŁOWY KARIOTYP CZŁOWIEKA.
ANOMALIE AUTOSOMÓW i HETEROCHROMOSOMÓW
Kariotyp - suma chromosomów występujących w komórce somatycznej, właściwa organizmowi lub grupie organizmów o charakterystycznej liczbie i morfologii
Kariogram - sfotografowany zestaw chromosomów typowych dla danego organizmu, grupy organizmów lub gatunku, uszeregowany wg umownych zasad.
Chromosomy to najważniejsze składniki jąder komórek roślinnych i zwierzęcych będące siedliskiem czynników dziedzicznych, czyli genów.
Chromosomy zbudowane są z chromatyny, w której skład wchodzą cząsteczki kwasu
dezoksyrybonukleinowego (DNA) oraz białka (głównie histonowe).
- Chromosomy widoczne są po wybarwieniu tylko w czasie podziałów komórki (mitoza, mejoza), kiedy ulegają silnej kondensacji.
-W okresach między podziałami (interfaza) ulegają silnej
despiralizacji i stają się niewidoczne.
-Liczba chromosomów danego gatunku (określana jako podstawowa liczba chromosomów = 2n) jest stała i charakterystyczna i może wynosić od 2 do kilkuset (u niektórych roślin), najczęściej od 10 do 40 (u człowieka 46).
-Każdemu organizmowi odpowiada zespół chromosomów o określonej liczbie (jednakowej we wszystkich jądrach komórkowych) i różniących się między sobą morfologią oraz składem występujących w nich genów.
- w komórkach rozrodczych (gamety) w wyniku podziału komórkowego (mejozy) liczba chromosomów zredukowana jest do połowy
-po połączeniu się dwóch gamet odtwarzana jest dzięki temu liczba chromosomów charakterystyczna dla gatunku.
-Liczba chromosomów, ich wielkość i kształt są dla danego gatunku stałe i charakterystyczne. Tak więc np.: u człowieka występują 23 pary chromosomów z których 22 pary to chromosomy homologiczne, jednakowe (autosomy), oraz 1 para chromosomów płciowych (heterochromosomów), różniących się od siebie.
Prawidłowy kariotyp człowieka zapisujemy jako :
46, XX - KOBIETA
46, XY - MĘŻCZYZNA
KOMÓRKI ANEUPLOIDALNE
Komórki aneuploidalne to takie, w których brakuje jednego chromosomu lub jest obecny dodatkowy jeden, dwa lub rzadziej więcej chromosomów
45,XX - monosomia
47,XX - trisomia X
45,X - monosomia X
47,XXY- polisomia X
KOMÓRKI POLIPLOIDALNE
KOMÓRKA TRIPLOIDALNA ; 69,XXY
KOMÓRKA TETRAPLOIDALNA ; 92,XXXX
Zespół Downa
Jest to trisomia 21 pary chromosomów
Kariotypy:
trisomia 47,XX,+13 i 47, XY, +13
translokacja niezrównoważona
kariotypy mozaikowe 47, XX, +21/46,XX lub 47, XY, +21/46, XY
Prawdopodobieństwo urodzenia dziecka z Zespołem Downa wzrasta z wiekiem (kobieta 35 letnia - 1:300, 45 letnia - 1:22)
Ryzyko wystąpienia zespołu 1:700 żywo urodzonych dzieci
ZESPÓŁ PATAU
Częstość występowania: 1:8000 -10 000 urodzeń.
Przyczyna - dodatkowy chromosom pary 13.
Kariotypy:
trisomia 47,XX,+13 i 47, XY, +13
translokacja niezrównoważona w obrębie pary
chromosomu 13
kariotypy mozaikowe: 47,XX,+13/ 46, XX i 47, XY, +13/ 46, XY
ZEPÓŁ PATAU Cechy zespołu:- mikrocefalia,- wystające czoło, - rozszczep wargi i podniebienia, wady gałek ocznych hipoteloryzm, -nisko osadzone uszy, -anomalie palców (polidaktylia, syndaktylia).-wrodzone wady rozwojowe narządów wewnętrznych,- hipotonia mięśni i głuchota
70% UMIERA W PIERWSZYM PÓŁROCZU ŻYCIA
10% PRZEŻYWA DO 1 ROKU ŻYCIA.
ZESPÓŁ EDWARDSA
-Trisomia chromosomu 18 (47,XX,+18 lub 47,XY,+18)
-Częstość - 1:5000
-Duży wpływ na wystąpienie aberracji ma wiek matki
Cechy :stopa cepowata z wystającą kością piętową, krótkim paluchem i zrostami palców, wrodzone wady rozwojowe serca, nerek przewodu pokarmowego, niedorozwój narządów płciowych u dziewczynek, niezstąpienie jąder u chłopców.
30% - zgon w okresie noworodkowym.
Ok. 10% przeżywa 1 rok.
TRISOMIA CHROMOSOMU 8
47,XX,+8 lub 47,XY,+8, kariotyp mozaikowy 46,XX/47,XX,+8 lub 46,XY/47,XY,+8
Cechy:Zahamowanie wzrostu, zaburzenia w budowie twarzoczaszki, anomalie kostno-stawowe
W obrębie głowy:- wysokie czoło, mała cofnięta żuchwa, małżowiny uszne duże i odstające oraz nisko osadzone, nos duży i zadarty, nieznaczny hiperteloryzm i czasami zez.
Występuje upośledzenia umysłowe niewielkiego stopnia.
ZESPOŁY DELECJI CHROMOSOMOWYCH
ZESPÓŁ WOLFA - HIRSCHHORNA
-Częstość - 1:50 000 żywo urodzonych
-Przyczyna - delecja terminalna części krótkiego ramienia chromosomu 4.
DELECJA KRÓTKICH RAMION CHROMOSOMU 5.
(ZESPÓŁ CRI DU CHAT)
Delecja terminalna części ramion krótkich chromosomu 5
Inaczej „zespół miauczenia kota”
Częstość- 1:50 000 do 1:100 000
Cechy:-u niemowląt małogłowie, okrągła twarz, (księżyc w pełni), gałki oczne szeroko rozstawione, zez zbieżny, małżowiny uszne małe, nisko osadzone, -u starszych dzieci - powiększenia żuchwy, wydłużenie części twarzowej żuchwy, -płacz noworodka przypomina miauczenia kota (zaburzenia budowy krtani),-brak zdolności mówienia
DELECJA DŁUGICH RAMION CHROMOSOMU 13
Częściowa, rzadziej całkowita delecja ramion długich chromosomu 13.
Cechy:Mikrocefalia, zniekształcenia twarzoczaszki, wąskie szpary powiekowe, zmarszczka nakątna, wady tęczówki, zaćma, szeroki grzbiet nosa, duże małżowiny uszne, nisko osadzone, szyja krótka.
Inne wady: zarośnięcie odbytu, wrodzone zwichnięcie stawu biodrowego, stopa końsko-szpotawa, niedorozwój kciuka.
CIAŁKO BARRA
-Ta część chromatyny jądrowej u osobników żeńskich, która zabarwia się ciemno i dyskowato przylega do błony jądroweSą obecne w komórkach niemal wszystkich tkanek
-U człowieka bada się je w rozmazach z nabłonka jamy ustnej i w komórkach płynu owodniowego
-W granulocytach obojętnochłonnych po odpowiednim wybarwieniu chromatyna X uwidacznia się w postaci wyrzuconych poza obręb jądra grudek chromatyny (pałeczki dobosza)
-Ta część chromatyny, która uległa inaktywacji w pierwszych dniach rozwoju zygoty.
Inaktywacja jednego chromosomu X jest mechanizmem, który wyrównuje ilość informacji genetycznej zawartej w dwóch chromosomach X u kobiety w stosunku do jednego chromosomu X u mężczyzny.
Dwie grudki chromatyny występują:
U mężczyzn
47, XXY; 48, XXYY
W kariotypach:
47,XXX; 48,XXXY; 49,XXXXYY
Chromatyna płciowa nie występuje w kariotypach:
45,X; 47,XYY
Teoria Lyon
W komórkach zarodka żeńskiego około 16 dnia życia zarodkowego dochodzi do inaktywacji jednego z chromosomów X (grudka chromatyny płciowej)
Oba chromosomy mogą być inaktywowane z jednakowym prawdopodobieństwem
Raz przebyty proces unieczynnienia chromosomu X w komórce embrionalnej powoduje, że ten sam chromosom X pozostaje nieaktywny w jej wszystkich komórkach potomnych
Kryteria płci
1. Płeć chromosomalna
2. Płeć chromatynowa
3. Płeć gonadalna
4. Płeć hormonalna
5. Płeć somatyczna (fenotypowa)
6. Płeć metrykalna
7. Płeć psychiczna
Chromosomy płci
Powstały w drodze ewolucji z pary homologicznych autosomów
Chromosom X podobny jest do chromosomów grupy C, chromosom Y do grupy G
Na chromosomie X zlokalizowano wiele genów (znanych jest 286 cech recesywnych i 9 dominujących sprzężonych z X
Chromosom Y posiada niewiele genów, większą jego część stanowi region heterochromatynowy „genetycznie pusty”
ZESPÓŁ TURNERA
częstość występowania około 1:3000 urodzonych dziewczynek
kariotyp: 45,X w około 60% przypadków
objawy klasycznego zespołu Turnera z kariotypem 45,X:- zaburzenia wzrostu, - cechy dysmorficzne twarzy (wysokie czoło, szerokie szpary powiekowe i nasada nosa, hiperteloryzm, zmarszczka nakątna),- krótka szyja z widocznym parzystym fałdem skóry co powoduje tzw. płetwistość szyi,- krępa budowa ciała, brak talii i zaokrąglenia bioder, skłonność do nadwagi, - klatka piersiowa szeroka, uwypuklona na boki, brak,- rozwoju piersi,- zmiany barwnikowe na skórze szyi i klatki piersiowej, - zewnętrzne narządy płciowe żeńskie niedorozwinięte,- skąpe owłosienie pachowe i łonowe
występuje z częstością 1:1000 urodzeń płci żeńskiej
u kobiet wzrost i budowa ciała jest prawidłowa
15-25% pacjentek wykazuje upośledzenie umysłowe w stopniu lekkim
pojawiają się zaburzenia miesiączkowania i wcześniejsza menopauza
kobiety mogą być płodne (ok. 75%)
Występuje z częstością 1:1000 urodzonych chłopców
Kariotyp: 47,XXY w około 82% przypadków
46,XY/47,XXY w około 15% przypadków
48,XXXY lub 49,XXXXY (rzadko)
Dodatkowy chromosom X w ponad 50% przypadków pochodzi od matki a w ponad 40% od ojca
Zespól Klinefeltera jest trudny do rozpoznania u chłopców przed okresem dojrzewania ze względu na brak charakterystycznych objawów klinicznych
Objawy kliniczne (47,XXY):
- wzrost wysoki, wydłużone kończyny dolne
- skąpy zarost na twarzy, linia włosów na czole półkolista bez typowego łysienia skroniowego
- sylwetka ciała typu kobiecego, ginekomastia
- skąpe owłosienie łonowe i pachowe typu żeńskiego
- w uzębieniu brak zębów 8
- stwierdza się nieznaczne upośledzenie umysłowe i obniżenie IQ
niedorozwój narządów płciowych zewnętrznych i wewnętrznych
- pierwotna bezpłodność i stopniowy zanik potencji
- zmiany rtg w obrębie kości czaszki
Występuje z częstością 1:1000 urodzonych chłopców
Objawy kliniczne:
- wysoki wzrost, typowo męska budowa ciała
- częste powikłania potrądzikowe w postaci blizn na skórze twarzy i pleców
- rozwój zewnętrznych narządów płciowych jest prawidłowy
- mężczyźni są płodni i mają zdrowe potomstwo
- w badaniu rtg przewaga długości kości śródręcza nad paliczkami i skrócenie paliczków dystalnych, progenia
- czasami zaburzenia zachowania w postaci nadmiernej agresywności
ZESPOŁY DYSGENEZJI GONAD
DYSGENEZJA GONAD = nieprawidłowa budowa i czynność gonad spowodowana najczęściej aberracajmi chromosomowymi lub mutacjami genowymi
Charakteryzuje się żeńskim fenotypem, pierwotnym brakiem miesiączki, brakiem rozwoju drugo- i trzeciorzędowych cech płciowych oraz obecnością szczątkowych gonad.
ZESPOŁY DYSGENEZJI GONAD
CZYSTA DYSGENEZJA GONAD Z KARIOTYPEM 46,XY (ZESPÓŁ SWYERA)
CZYSTA DYSGENEZJA GONAD Z KARIOTYPEM 46,XX
MIESZANA DYSGENEZJA GONAD Z KARIOTYPEM 45,X/46,XY
OBOJNACTWO RZEKOMO MĘSKIE
Niepełny rozwój narządów płciowych w kierunku męskim u osobnika płci genetycznej męskiej (46,XY)
Obecność różnie rozwiniętych jąder z narządami płciowymi zewnętrznymi obojnaczymi lub żeńskim
OBOJNACTWO PRAWDZIWE
U jednego osobnika stwierdza się obecność zarówno tkanki jajnikowej, jak i jądrowej
Wady rozwojowe dotyczą głównie narządów płciowych
Grupy obojnactwa prawdziwego:
Obustronne (tzw. „ovotestis”)
-Jednostronne
-Naprzemienne
Kariotypy: 46,XX; 46,XY oraz kariotyp mozaikowy 46,XX/46,XY (chimeryzm)
Diagnostyka cytogenetyczna i podstawy poradnictwa genetycznego
Poradnictwo genetyczne jest procesem komunikacji dotyczącym problemów człowieka związanych z wystąpieniem lub ryzykiem wystąpienia choroby genetycznej w rodzinie. Proces ten obejmuje próbę pomocy osobie lub rodzinie podjętą przez jedną lub kilka należycie przeszkolonych osób mającą na celu:
1. zrozumienie faktów medycznych obejmujących: diagnozę, prawdopodobny przebieg choroby i możliwe postępowanie medyczne
2.ocenę sposobu dziedziczenia schorzenia oraz ryzyka pojawienia się choroby u określonych członków rodziny
3.zrozumienie możliwości postępowania względem ryzyka ponownego wystąpienia schorzenia
4.wybór kierunku działania, który wydaje się najlepszy w zależności od ryzyka, celów rodzinnych oraz etnicznych i religijnych przekonań
5.najlepsze z możliwych przystosowanie się członków rodziny do schorzenia lub do ryzyka jego ponownego wystąpienia
JEST DEFINICJA WEDŁUG AMERICAN SOCIETY OF HUMAN GENETICS
Większość genetyków klinicznych
przyjmuje „zasadę niesugerowania”: informacje o ryzyku, wywiadzie rodzinnym, leczeniu i jego wyniku podawane są w sposób neutralny i wyważony, a decyzje odnośnie do posiadania potomstwa pozostawiane są rodzinie.
Członek rodziny, u którego jako pierwszego wykryto chorobę nazywany jest probandem.
Etapy postępowania w poradnictwie genetycznym
Zebranie wywiadu
Konstrukcja i analiza rodowodu
Badanie fizykalne
Ustalenie rozpoznania
Udzielenie porady genetycznej
Sporządzanie rodowodu
Określenie osoby, od której zbierany jest wywiad, daty zbierania wywiadu oraz osoby zbierającej wywiad
Uwzględnienie osób zmarłych i żyjących, poronień, martwych urodzeń, urodzeń dzieci z wadami rozwojowymi,
Uwzględnienie osób chorych i zdrowych
Przedstawienie urodzeń w porządku chronologicznym (od lewej do prawej w linii poziomej, z góry na dół w linii pionowej)
Wywiad powinien obejmować co najmniej 3 pokolenia i wszystkich krewnych
Ustalenie pokrewieństwa między małżeństwami
Określenie miejsc i wielkości miasta, z którego pochodzą członkowie rodziny
Sporządzanie rodowodu
Przy konstruowaniu rodowodu stosuje się odpowiednie symbole graficzne
Linia męska usytuowana jest po lewej a żeńska po prawej stronie diagramu
Cyframi rzymskimi oznacza się kolejne pokolenia, rozpoczynając od najwcześniejszego
Członków tego samego pokolenia umieszcza się w jednej linii poziomej
Do oznaczanie poszczególnych osób w pokoleniu stosuje się cyfry arabskie
- do postawienia ostatecznego rozpoznania niezbędne jest wykonanie specjalistycznych badań m.in. badań cytogenetycznych, w tym oznaczenia kariotypu, analizy DNA czy ukierunkowanych badań biochemicznych i enzymatycznych
- dziedzina nauki zajmująca się badaniem chromosomów i ich aberracji to cytogenetyka
- oznaczanie kariotypu jest podstawowym badaniem genetycznym w poradnictwie genetycznym
- nieprawidłowości chromosomowe występują w 50 i 20% poronień odpowiednio w I i II trymestrze ciąży
Diagnostyka cytogenetyczna obejmuje też zespoły niestabilności chromosomów, które charakteryzują się zwiększoną częstotliwością pęknięć chromosomów i ryzykiem rozwoju nowotworów. Związane są z defektami replikacji i naprawy DNA (Zespół Blooma, niedokrwistość Fanconiego, ataksja teleangiektazja, Xeroderma pigmentosum)
Obecnie obowiązujące są również badania cytogenetyczne w niektórych nowotworach:
- białaczka szpikowa - chromosom Filadelfia (powstały w wyniku translokacji wzajemnej pomiędzy chromosomami 22 i 9, w wyniku której protoonkogen abl zostaje przeniesiony na 22q)
- chłoniak Burkitta (translokacja wzajemna 8 i 14)
- rak piersi - mutacje genów BRCA1 i BRCA2
Mutacje w genie p53 występują w 50% przypadków nowotworów m.in. szyjki macicy, okrężnicy, piersi, prostaty , krtani, jajnika, żołądka,pęcherza moczowego, wątroby ,płuc, mózgu, trzustki, tarczycy.
Obecność mutacji w p53 pogarsza rokowanie zwłaszcza w przypadku raka piersi i okrężnicy.
W diagnostyce nowotworów ważne są mutacje:
- genu APC wykrywanego w 85% raków okrężnicy
- MSH2, MLH1, PMS1 i PMS2 w przypadku
dziedzicznego niepolipowatego raka okrężnicy
- genu p16 w czerniaku rodzinnym
- BRCA1 w raku jajnika
Diagnostyka prenatalna
- obejmuje działania zmierzające do oceny prawidłowości rozwoju anatomicznego i fizjologicznego płodu
- w tym wykrywania wad rozwojowych i chorób genetycznie uwarunkowanych
[obecnie znanych jest około 5000 chorób uwarunkowanych monogenowo; spośród wad rozwojowych ok. 50% uwarunkowanych jest wieloczynnikowo, 7,5% jednogenowo, a 6,5% aberracjami chromosomowymi]
Bezpieczeństwo diagnostyki prenatalnej zależy od doświadczenia osoby badającej i wymaga określenia wskaźników śmiertelności matki i płodu oraz częstości występowania poronień
Badania prenatalne
Nieinwazyjne
- USG płodu
- badanie dopplerowskie
Inwazyjne
- amniopunkcja
- biopsja kosmówki
- kordocenteza
- fetoskopia
Badania prenatalne inwazyjne oprócz zwiększenia możliwości utraty ciąży mogą w przypadku niezgodności w układzie Rh doprowadzić do immunizacji matki
Biopsja kosmówki
- jest to pobranie trofoblastycznej tkanki płodu przez szyjkę macicy lub powłoki brzuszne matki
- wykonuje się ją przy pomocy USG w 10-11 tyg.
- wyniki mogą być niedokładne ze względu na mozaikowatość łożyska
- współczynnik utraty płodu jest o 0,5-1% wyższy niż w przypadku punkcji owodni.
- wykazano, że biopsja kosmówki może podnieść ryzyko wad kończyn
Punkcja owodni (amniopunkcja)
- pobranie 15-20 ml płynu owodniowego przez ścianę brzucha matki po zlokalizowaniu łożyska i położenia płodu przy użyciu USG
- wykonuje się ją w 15-17 tyg. ciąży
- standardowe badania cytogenetyczne wykonuje się po hodowli komórek z płynu owodniowego
- ocenia się również płyn owodniowy
- ryzyko utraty płodu jest większe o 0,5% (wynosi 1/200)
U niektórych kobiet dochodzi do rozwoju zakażenia. Przy wczesnej punkcji owodni wzrasta ryzyko utraty płodu i są wyższe wskaźniki anomalii rozwojowych np. stopy.
Kordocenteza
- przezskórne pobranie próbki krwi z pępowiny
- przeprowadza się je po 16 tyg. ciąży
- wykonuje się pod kontrolą USG
- ryzyko utraty płodu jest wyższe niż w poprzednich metodach
Fetoskopia
Inwazyjna technika diagnostyczna, która przy użyciu fibroendoskopu pozwala na: - ocenę anatomiczną płodu
- przeprowadzenie biopsji skóry i wątroby
- pobranie krwi płodu
- wykonanie wewnątrzmacicznej terapii płodu
Wykonuje się ją pomiędzy 15-21 tyg. ciąży
USG (badanie ultrasonograficzne płodu)
W niektórych krajach europejskich przeprowadza się rutynowe przesiewowe badania USG w II trymestrze.
W materiale pobranym metodami inwazyjnymi bada się:
- płyn owodniowy (amniopunkcja) -badania biochemiczne
- komórki - kariotyp, DNA, badania biochemiczne
- krew płodu - badania hematologiczne, bakteriologiczne, wirusologiczne (kordocenteza)
AFP (alfa-fetoproteina)
- białko płodu początkowo wytwarzane w pęcherzyku żółciowym, a potem w wątrobie
- jego poziom wzrasta do 10-14 tyg. ciąży, a następnie stopniowo maleje
- wzrost AFP obserwuje się w wadach cewy nerwowej, poziom AFP jest też większy w przypadkach niedoszacowanego czasu ciąży, śmierci płodu, ciąży bliźniaczej, domieszce krwi i specyficznych wadach rozwojowych (np. przepuklinie pierścienia pępkowego)
Poziom AFP mierzy się w osoczu matki i/lub w płynie owodniowym
Poziom AFP w płynie owodniowym jest badaniem dokładniejszym niż badanie AFP w osoczu matki, ale podwyższa ryzyko utraty płodu.
Zwykle poziom AFP w osoczu matki jest podwyższony, gdy jest 2-2,5 raza większy od prawidłowego. Jednak około 1-2% kobiet wykazuje poziom AFP wyższy od wartości granicznej.
W przypadkach zespołu Downa poziom AFP jest niższy.
Test potrójny - pomiar AFP, niezwiązanego estriolu i ludzkiej gonadotropiny kosmówkowej.
Sam pomiar AFP identyfikuje zespół Downa w 30 % przypadków, natomiast test potrójny w 70% (z 5% wyników fałszywie dodatnich).
Diagnostyka z wykorzystaniem komórek płodu wyizolowanych z krwi matki
Może być dokonywana w 6-8 tyg. ciąży. Polega m.in. na wyizolowaniu jądrzastych krwinek czerwonych płodu w krwiobiegu matki.
Mutacje komórek płodu wykrywa się metodą PCR i FISH.
1