PODSTAWY GENETYKI MEDYCZNEJ 

II rok Wydziału Lekarskiego 

 

Seminarium: „Podstawy cytogenetyki” 

 
1.

  Prawidłowe chromosomy człowieka: 

1.1.

 Budowa chromatyny (chromatyna to każde połączenie kwasu nukleinowego z białkami) 
-

  nukleosom: rdzeń histonowy (oktamer – po 2 cząsteczki histonów H2A, H2B, H3, H4) – na 

nim ok. 2,5-krotnie nawinięta nić DNA; 

-

  nukleosomy  tworzą  tzw.  włókno  elementarne  (koralikowe)  –  między  nukleosomami 

odcinek DNA długości ok. 80pz; 

-

  włókna elementarne zwijają się w spiralę – tzw. włókno chromatynowe – 30nm średnicy ; 

-

  dalsze  zagęszczanie  włókien  chromatynowych  z  udziałem  kwaśnych  białek  jądrowych  – 

euchromatyna (luźna, aktywna) i heterochromatyna (zbita, nieaktywna, zawiera histon H1). 

1.2. Chromosomy – powstają jedynie dla potrzeb podziału komórkowego 

-

  budowa molekularna – kwaśny rdzeń białkowy + pętle włókien chromatynowych (Laemliego); 

-

  chromosomy: profazowe, prometafazowe, metafazowe (najbardziej skondensowane), 

-

  chromosomy  metafazowe  –  podstawowy  obiekt  rutynowych  badań  cytogenetycznych  – 

wielkość: średnica: ok. 1,5µm, długość: 2-10µm, w późnej metafazie – dwie chromatydy; 

-

  budowa morfologiczna: 

o

  centromer  (cen)  –  złożona  struktura  białkowa  (antygeny  centromerowe)  + 

niekodujące sekwencje powtarzalne DNA (zwł. tzw. sekwencja α); 

o

  ramiona krótkie (p) i długie (q); 

o

  telomery (tel) – zbudowane z niekodujących sekwencji powtarzalnych. 

1.2.

 Klasyfikacja chromosomów człowieka: 
-

  wg proporcji ramion: metacentryczne, submetacentryczne i akrocentryczne; 

-

  wg wielkości i proporcji ramion: 7 grup – A-G; 

-

  autosomy (pary 1-22) i heterochromosomy (chrom. płciowe) (XX u kobiet, XY u mężczyzn); 

-

  46 (2n) chromosomów w prawidłowej, diploidalnej komórce somatycznej; 

-

  23 (1n) chromosomy w prawidłowej, haploidalnej gamecie.  

2.

  Aberracje chromosomowe: 

2.1.

 Klasyfikacja aberracji chromosomowych 

Aberracje liczbowe: 

-

  euploidie (wielokrotność haploidalnej liczby chromosomów) 

o

  poliploidie: triploidia (3n=69 chromosomów), tetraploidia (4n=92 chromosomy); 

-

  aneuploidie (każda inna liczba chromosomów, zwykle nadmiar lub niedobór pojedynczych 

chromosomów) 

o

  monosomia (brakuje jeden chromosom danej pary) – np. 45,X (z. Turnera) 

o

  trisomia (jeden nadliczbowy chromosom danej pary) – np. 47,XY,+21 (z. Downa) 

o

  tetrasomia, pentasomia itd. (więcej nadliczbowych chromosomów) 

Aberracje strukturalne: 

-

  zrównoważone  (prawidłowa  ilość  materiału  genetycznego)  –  np.  translokacje 

zrównoważone, inwersje 

-

  niezrównoważone  (nadmiar  lub/i  niedobór  materiału  genetycznego)  –  np.  translokacje 

niezrównowazone, insercje, delecje, duplikacje, izochromosomy, chromosomy pierścieniowe)  

2.2.

 Fenotypowe skutki aberracji chromosomowych 
-

  niepowodzenia  rozrodu  (niepłodność,  poronienia  samoistne,  ciąże  obumarłe,  martwe 

urodzenia)  –  zwykle  u  nosicieli  zrównoważonych  aberracji  strukturalnych,  niepłodność 
również u osób z aberracjami liczbowymi chromosomów płciowych; 

-

  zespoły wad wrodzonych u żywo lub martwo urodzonych dzieci, zwykle z opóźnieniem 

rozwoju  psychomotorycznego  (niepełnosprawnością  intelektualną)  –  u  wszystkich  dzieci z 
liczbowymi i niezrównoważonymi aberracjami strukturalnymi w zakresie autosomów; 

Fenotyp sugerujący niezrównoważenie kariotypu w zakresie autosomów obejmuje:  

o

  dystrofię wewnątrzmaciczną,  

o

  dysmorfię twarzy, dłoni, stóp, małżowin usznych; 

o

  mnogie  wady  narządów  wewnętrznych  (najczęściej  serca)  –  zespół  wad 

wrodzonych; 

o

  opóźnienie rozwoju psychoruchowego (niepełnosprawność intelektualna). 

-

  zaburzenia determinacji płci (zwykle u osób z aberracjami chrom. płciowych). 

2.3.

 Częstość występowania aberracji chromosomowych – ogółem: 
-

  ok. 0,6% noworodków; ok. 4% rozpoznanych ciąż; ok. 15% wszystkich ciąż; 

-

  zdecydowana większość letalna w okresie życia wewnątrzmacicznego (prenatalnie); 

-

  aberracje  letalne  w  okresie  prenatalnym:  poliploidie,  wszystkie  monosomie  autosomów, 

zdecydowana większość monosomii X i trisomii autosomów (zwł. częsta trisomia 16); 

-

  aberracje  najczęściej  stwierdzane  u  żywo  urodzonych  dzieci:  trisomie  chromosomów 

płciowych, trisomia 21, trisomia, 18, trisomia 13, monosomia X; 

2.4.

 Poliploidie 
-

  triplodia  –  3n=69  chromosomów  –  w  80%  przypadków  efekt  podwójnego  zapłodnienia 

(dispermia),  w  20%  przypadków  efekt  zapłodnienia,  nieprawidłowej,  diploidalnej  komórki 
jajowej; 

o

  fenotyp: letalny, ciężkie wady wewnętrzne, nieproporcjonalna głowa, duże łożysko, 

syndaktylia 3 i 4 palca dłoni 

-

  tetraplodia – 4n=92 chromosomy – efekt nieprawidłowego pierwszego podziału zygoty; 

2.5.

 Aneuplodie 
-

  najczęstsze: 47,XXY (1 na 500 urodzeń), 47,XYY i trisomia 21 (po 1 na 700 urodzeń); 

-

  rzadziej: 47,XXX, 45,X, trisomia 18, trisomia 21 

-

  podstawowy mechanizm powstawania: nondysjunkcja mejotyczna (nieprawidłowy rozdział 

chromosomów  homologicznych  lub  chromatyd  siostrzanych),  znacznie  rzadziej  –  tzw. 
opóźnienie anafazowe; 

-

  podstawowy czynnik ryzyka: zaawansowany wiek matki: 

o

  15-30r.ż. – ryzyko niemal niezmienne (np. trisomia 21: od 1:1400 do 1:1000 urodzeń); 

o

  30-35r.ż. – powolny wzrost (np. trisomia 21: od 1 na 1000 do 1 na 300 urodzeń); 

o

  powyżej 35r.ż. – szybki wzrost geometryczny (np. trisomia 21: 35r.ż. – 0,3-0,4%, , 

40r.ż. – 1,3%, 45r.ż. – 4,5%, 47r.ż – 7%. 

2.6. Najważniejsze zespoły aberracji chromosomowych 
2.6.1. Zespół Downa 

-

  60% ulega poronieniom; częstość populacyjna ok. 1 na 700 żywych urodzeń 

-

  fenotyp:  cechy  dysmorfii  (skośno-górne  ustawienie  szpar  powiekowych,  epicanthus, 

hiperteloryzm,  plamki  Brushfielda  na  tęczówce,  duży  język,  płaski  profil,  niżej  usadzone 
małżowiny uszne, płaska potylica, bruzda poprzeczna, brachydaktylia, bruzda podeszwowa, 
zwiększony  odstęp  palucha),  wady  wrodzone  (wady  serca,  zarośnięcie  dwunastnicy, 
niedoczynność tarczycy), opóźnienie rozwoju/niepełnosprawnośc intelektualna; 

-

  postacie cytogenetyczne: trisomia 21 (95%), niezrównoważona translokacja robertsonowska 

(3-4%  -  uwaga  –  trzeba  zbadać  kariotyp  rodziców  w  kierunku  nosicielstwa!),  mozaika 
trisomii 21 (1-2% - zwykle z udziałem prawidłowej linii komórkowej); 

-

  średnia długośc życia 40 lat. 

2.6.2. Zespół Edwardsa 

-

  95% ulega poronieniom; częstość populacyjna ok. 1 na 3000 żywych urodzeń; 

-

  fenotyp: dystrofia  wewnątrzmaciczna,  wzmożone  napięcie mięśniowe,  zaciśnięte  piąstki z 

zachodzącymi  na  siebie  palcami,  wady  stóp,  wady  serca,  dysmorfia  (wypukła  potylica, 
retrognatia, nisko osadzone małżowiny uszne, bruzdy poprzeczne); 

-

  cytogenetycznie: trisomia 18, niezwykle rzadko niezrównoważone translokacje 

-

  tylko 10% dzieci przeżywa 1 rok życia – wówczas głębokie upośledzenie. 

2.6.3. Zespół Patau 

-

  ponad 95% ulega poronieniom, częstość populacyjna ok. 1 na 5000 żywych urodzeń; 

-

  fenotyp: wady OUN (holoprosencefalia), wady oczu (małoocze, hipoteloryzm, synoftalmia, 

cyklopia),  rozszczep  wargi  i  podniebienia,  wady  nosa  i  uszu,  wady  skóry  głowy,  bruzdy 
poprzeczne, polidaktylia zaosiowa, wady serca 

-

  cytogenetycznie: trisomia 13 (75%), niezrównoważona translokacja robertsonowska (20% - 

uwaga  -  trzeba  zbadać  kariotyp  rodziców  w  kierunku  nosicielstwa!),  mozaika  trisomii  13 
(5% - zwykle z udziałem prawidłowej linii komórkowej); 

-

  olbrzymia większość umiera w pierwszych miesiącach życia. 

2.6.4. Zespół Turnera 

-

  99%  ulega  poronieniom,  częstość  populacyjna  ok.  1  na  5000  żywo  urodzonych 

dziewczynek; 

-

  fenotyp:  niski  wzrost  (zwykle  130-145cm),  dysgenezja  jajników  (brak  rozwoju  wtórnych 

cech  płciowych,  pierwotny  brak  miesiączki,  niepłodność),  obrzęk  limfatyczny  dłoni  i  stóp 
(niemowlęta!),  wady  wrodzone  (koarktacja  aorty,  wady  układu  moczowego),  dysmorfia 
(płetwista  szyja,  puklerzowata  klatka  piersiowa,  koślawość  łokci,  niska  tylna  linia 
owłosienia,  skrócenie  4  kości  śródręcza,  wysokie  podniebienie,  nisko  osadzone  uszy, 
hipoplazja paznokci) 

-

  uwaga!  –  nie  ma  niepełnosprawności  intelektualnej  (możliwe  różne  specyficzne  deficyty 

poznawcze) 

-

  cytogenetycznie: monosomia X (45,X – ok. 40-50% pacjentek), mozaiki z dominującą linią 

45,X (ok. 25%), aberracje strukturalne jednego chromosomu płciowego (np. izochromosom 
Xq, delecje Xp, chromosom pierścieniowy X, delecje Yp); 

2.6.5. Zespół Klinefeltera 

-

  zwykle  nie  ulegają  poronieniom,  częstość  populacyjna  (1na  500-1000  żywo  urodzonych 

chłopców); 

-

  fenotyp: wysoki wzrost, smukła sylwetka ciała (u otyłych – eunuchoidalna), małe i twarde 

jądra, słaby rozwój wtórnych cech płciowych, słabe owłosienie, ginekomastia, niepłodność, 
częste: skolioza, cukrzyca, osteoporoza, nadciśnienie 

-

  rozwój intelektualny zwykle w granicach normy – możliwe trudności w nauce, zaburzenia 

zachowania; 

-

  cytogenetycznie: 47,XXY (ok. 80-85%), mozaiki 47,XXY/46,XY (ok. 15-20%). 

2.6.6. Zespoły 47,XYY i 47,XXX 

-

  występują  z  częstością  ok.  1  na  1000  żywych  urodzeń  odpowiednio  chłopców  i 

dziewczynek; 

-

  fenotyp zazwyczaj całkowicie prawidłowy, wysoki wzrost, zdrowe potomstwo  

-

  w zespole 47,XYY częste zaburzenia zachowania (w tym agresja, nadpobudliwość); 

-

  w  zespole  47,XXX  częste  trudności  w  nauce  (ok.  20%  lekka  niepełnosprawność 

intelektualna). 

2.6.7. Zespoły aberracji strukturalnych 

-

  na ogół bardzo rzadkie, nie mają swoich nazw (wyjątek: zespół krzyku kota – del5p i zespół 

Wolffa-Hirschhorna – del4p); 

-

  dzieci z tym samym defektem cytogenetycznym prezentują jednak podobne fenotypy; 

-

  specyficzne fenotypy zespołów mikrodelecyjnych ! 

-

  możliwość  rodzicielskiego  piętnowania  genomowego  (np.  zespoły  Pradera-Willi’ego  i 

Angelmana – del15q11-12); 

UWAGA ! ROZPOZNANIE KAŻDEGO ZESPOŁU ABERRACJI CHROMOSOMOWEJ 

MUSI BYĆ POTWIERDZONE WYKONANYM BADANIEM KARIOTYPU ! 

 

2.7.Wskazania do badania kariotypu: 

-

  kliniczne rozpoznanie lub podejrzenie zespołu aberracji chromosomowej; 

-

  kliniczne rozpoznanie lub podejrzenie zespołu mikrodelecyjnego; 

-

  niepowodzenia rozrodu (2 poronienia lub martwe ciąże, 1 martwe urodzenie, niepłodność); 

-

  upośledzenie umysłowe o niejasnej etiologii, zwł. u chłopców; 

-

  zaburzenia determinacji i różnicowania płci; 

-

  znaczny niedobór wzrostu, zwł. u kobiet; 

-

  diagnostyka prenatalna u kobiet po 35 roku życia. 

Uwaga!  Ponadto  wykonuje  się  badania  cytogenetyczne  w  wybranych  chorobach  niebędących 
aberracjami chromosomowymi, gdyż dostarczają one cennych danych diagnostycznych: 

-

  białaczkach – ocena rearanżacji chromosomowych jest niezbędna do oceny typu białaczki; 

-

  zespole  łamliwego  chromosomu  X  (upośledzenie  umysłowe,  zwykle  u  mężczyzn  z 

charakterystycznym fenotypem – zespół Martina-Bella, miejsce łamliwe Xq27); 

-

  zespołach  wzmożonej  łamliwości  chromosomów  (np.  z.  Fanconiego,  z.  Blooma,  z. 

Nijmegen) 

 
3.

  Metodyka badań cytogenetycznych : 

W badaniach cytogenetycznych wykorzystuje się mikroskop świetlny i ocenia się liczbę i strukturę 
chromosomów w komórce. 
Do badań potrzebne są żywe komórki jądrzaste. 
Hodowla komórkowa:  

-

  medium hodowlane: sól fizjologiczna, glukoza, surowica, bufory (zwykle dwuwęglanowe), 

antybiotyk (zwykle kanamycyna), mitogen (zwykle fitohemaglutynina); 

-

  specjalne naczynia i warunki pełnej sterylności; 

-

  cieplarka, 37

o

C, 72 godziny; 

-

  zablokowanie mitozy w stadium metafazy (kolchicyna = kolcemid); 

-

  wstrząs hipotoniczny, utrwalanie, barwienie. 

3.1. Rutynowe badanie kariotypu 

-

  limfocyty krwi obwodowej; 

-

  chromosomy metafazowe; 

-

  barwienie metodą GTG (trawienie trypsyną + fiolet Giemsy) – tzw. prążki G; 

-

  analiza liczby i struktury chromosomów z 15 mitoz; 

-

  rozdzielczość (pojedynczy prążek) – 5-10 Mpz 

3.2. Modyfikacje badań cytogenetycznych w trudnych przypadkach 

-

  podejrzenie mozaikowości – analiza 50-100 mitoz lub druga analiza komórek pochodzących 

z innego lista zarodkowego; 

-

  podejrzenie małych aberracji strukturalnych (np. mikrodelecji) – technika HRBT (ang. high 

resolution  banding  technique)  –  analiza  chromosomów  prometafazowych  (długie, 
nitkowate) – rozdzielczość (jeden prążek) – 2-3 Mpz 

-

  wszystkie przypadki trudne diagnostycznie – technika FISH 

3.3. Technika FISH (ang. fluorescence in situ hybridization) – fluorescencyjna hybrydyzacja in situ 

-

  wykorzystuje zjawisko hybrydyzacji in situ – zdolność jednoniciowego fragmentu DNA (tzw. 

sondy molekularnej) do wyszukania komplementarnego odcinka DNA i połączenia się z nim; 

-

  dzięki fluorescencyjnemu wyznakowaniu sondy, można stwierdzić czy i gdzie sonda uległa 

przyłączeniu (hybrydyzacji); 

-

  sondy  malujące  (mieszanina  fragmentów  pokrywająca  cały  chromosom)  lub  sondy 

specyficzne (dla danego fragmentu chromosomu); 

-

  preparat  cytogenetyczny  wykonywany  podobnie,  ale  dodatkowo:  denaturacja  DNA  (70% 

formamid w 70

o

C) i wytrawianie RNAzą. 

-

  rozdzielczość zależna od obiektu, do którego następuje hybrydyzacja: 

o

  chromosomy metafazowe: ok. 1 Mpz; 

o

  jądra interfazowe: do ok. 100 kpz (metoda b. szybka, bez hodowli komórkowej!) 

o

  rozciągnięte włókna chromatynowe: do ok. 10 kpz 

-

  zastosowanie:  trudne  przypadki  diagnostyki  aberracji  chromosomowych  (np.  mikrodelecje, 

chromosomy  markerowe,  translokacje,  badania  prenatalne),  badania  cytogenetyczne 
nowotworów (zwł. białaczki), mapowanie genów i sekwencji DNA, badania eksperymentalne