PRAWIDŁOWY KARIOTYP CZŁOWIEKA I ANOMALIE AUTOSOMÓW
PRAWIDŁOWY KARIOTYP CZŁOWIEKA
Kryteria klasyfikacji chromosomów:
Wielkość chromosomów wyrażona w procentach w odniesieniu do długości wszystkich chromosomów haploidalnych i chromosomu X przyjętej jako 100%
Położenie centromeru
Rozmieszczenie prążków w chromosomach
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, najważniejsze składniki jąder
komórek roślinnych i zwierzęcych będące
siedliskiem czynników dziedzicznych, czyli
genów. Chromosomy zbudowane są głównie
z silnie barwiącej się chromatyny, w której
skład wchodzą długie cząsteczki kwasu
dezoksyrybonukleinowego (DNA, kwasy
nukleinowe) oraz białka (głównie histonowe)
i kwas rybonukleinowy (RNA).
Chromosomy mają zdolność do
samoodtwarzania się w trakcie podziałów
komórki. 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.Liczba chromosomów, ich wielkość i kształt są dla
danego gatunku stałe i charakterystyczne. Tak więc np.:
u człowieka występuje 23 pary chromosomów z których 22
pary to chromosomy homologiczne, jednakowe
(autosomy), oraz 1 para chromosomów płciowych,
heterochromosomów, różniących się od siebie (allosomy).
W komórkach rozrodczych (gamety) w wyniku mejozy liczba chromosomów zredukowana jest do połowy, po połączeniu się dwóch gamet odtwarzana jest dzięki temu liczba chromosomów charakterystyczna dla gatunku.
Chromosomy organizmów prokariotycznych, do których należą bakterie, sinice oraz wirusy, są pod względem strukturalnym mało skomplikowane w porównaniu z chromosomami organizmów eukariotycznych.
METODY BADAŃ CHROMOSOMÓW
W celu określenia liczby chromosomów bada się komórki:
Szpiku kostnego, gonad męskich, fibroblasty z hodowli wycinków skóry, limfocyty krwi obwodowej.
Najczęstszą metoda badań chromosomów jest krótkotrwała hodowla limfocytów krwi obwodowej
Obecnie w rutynowych badaniach cytogenetycznych stosuje się metody barwienia pozwalające stwierdzić na chromosomach obecność prążków G,Q lub R. Charakterystyczny dla każdego chromosomu układ prążków umożliwia identyfikację poszczególnych par oraz analizę nieprawidłowości ich struktury.
BARWIENIE DIASTAMYCYNĄ A/DAPI
- barwienie chromosomów fluoorochromem 4,6-dwuamino-2-fenyloindolem (DAPI) wykazującym powinowactwo do par zasad A-T pozwala na uzyskanie wzoru prążkowego podobnego do wzoru prążkowego Q.
Zastosowanie DAPI i antybiotyku diastamycyny A, która wykazuje również powinowactwo do zasad A-T pozwala uzyskać bardziej kontrastowy obraz prążkowy.
Metodą tą uzyskujemy silnie fluoryzujące prążki odpowiadające regionom heterochromatyny konstytutywnej chromosomów 1, 9, 16, dystalnej części ramion długich chromosomu Y oraz proksymalnej części ramion krótkich chromosomu 15.
AUTORADIOGRAFIA
Metoda badania struktury chromosomów oraz badania kinetyki i asynchronii replikacji DNA. Często wykorzystywana w hybrydyzacji kwasów nukleinowych z użyciem sond znakowaych takimi izotopami jak: 3H, 32P, 35S, 14C. Autoradiografia jest metodą stosowaną do badania czasu trwania poszczególnych faz cyklu komórkowego.
CYTOMETRIA PRZEPŁYWOWA
Wykorzystanie pomiaru ugięcia i rozproszenia światła oraz wzbudzenia fluorescencji w zawiesinie komórkowej.
Można zmierzyć zawartość DNA w jądrze komórkowym. Ocenia się intensywność fluorescencji w cytometrze przepływowym. Na podstawie wyników odczytywanych na monitorze mikrokomputera sporządza się wykresy zawartości DNA w poszczególnych populacjach komórek czyli histogramy.
HYBRYDYZACJA IN SITU (In situ Hybrydyzation- ISH)
Pozwala zlokalizować specyficzne sekwencje DNA lub RNA bezpośrednio w materiale biologicznym(preparat cytogenetyczny, rozmazy komórkowe, skrawki tkanek) znajdującym się na szkiełku podstawowym lub rzadziej
w zawiesinie.
ZAPISYWANIE WYNIKÓW BADAŃ CYTOGENETYCZNYCH
46,XX
46,XY
46,XX,1qh+ ( prawidłowy kariotyp żeński z obecnością większego odcinka heterochromatyny konstytutywnej (h+) w okolicy centromerowej ramienia długiego q chromosomu pary 1
46,XX,15ps+ (duże satelity (s+) na krótkich ramionach (p) chromosomu pary 15.
Są to cechy polimorficzne chromosomów
Wykaz skrótów
+ (plus) - nadmiar , dodatek
(minus) niedobór, ubytek
: (dwukropek) – pęknięcie
:: (podwójny dwukropek) – pęknięcie i połączenie
, (przecinek) - rozdziela liczbę chromosomów od chromosomów płci i ewentualnego opisu aberracji
; (średnik) - rozdziela zapisy dotyczące różnych chromosomów
. (kropka) – oddziela zapis subprążków od cyfry określającej prążek
(strzałka – od do (określa zakres regionu chromosomu)
( ) nawiasy – obejmują strukturalnie zmienione chromosomy lub miejsca pęknięć za skrótem określającym typ aberracji.
/ (ukośnik) – oddziela różne linie w mozaikach
WYKAZ SKRÓTÓW
cen-centromer
del-delecja
der-chromosom pochodny
dic-chromosom dicentryczny
dup- duplikacja
h-heterochromatyna konstytutywna
i-izochromosom
ins-insercja
inv-inwersja
kpz-kilo par zasad
mar-chromosom markerowy
Wykaz skrótów
mat-pochodzenia matczynego
NOR –organizator jąderkowy
p-krótkie ramię chromosomu
pat – pochodzenia ojcowskie
PAR – region pseudoautosomalny
PCR-łańcuchowa reakcja polimerazy
q- długie ramię chromosomu
r-chromosom pierścieniowy
s-satelity
t-translokacja
tel-telomer
ter- koniec chromosomu (fragment terminalny)
UPD- jednorodzicielska (uniparentalna) disomia
UPHD – uniparentalna heterodisomia
UPID – uniparentalna izodisomia
KOMÓRKI POLIPLOIDALNE
KOMÓRKI POLIPLOIDALNE POWSTAJĄ W WYNIKU ZWIELOKROTNIENIA CAŁEGO HAPLIDALNEJ GARNITURU CHROMOSOMÓW
KOMÓRKA TRIPLOIDALNA ;
69,XXY
Tetraploidalna
92,XXXX
KOMÓRKI ANEUPLOIDALNE
Komórki aneuploidalne to takie, w których brakuje jednego chromosomu lub jest obecny dodatkowy jeden, dwa lub rzadziej więcej chromosomów
45,X - monosomia X
47,XXX - polisomia X
47,XYY - polisomia Y
47,XY,+21 - trisomia 21
Translokacja robertsonowska (der)
Powstaje w wyniku pęknięć w pobliżu cenromeru dwóch chromosomów akrocentrycznych i połączenia się ich ramion długich z jednoczesną utratą ramion krótkich w wyniku czego powstaje jeden chromosom pochodny zapisywany skrótem der
Translokacja zrównoważona
45,XX,der(13;21)(q10;q10)-zapis skrócony
45,XX,der(13;21)(13qter 13q10::21q10 21qter) –zapis rozszerzony
Pęknięcie w prążku q10 chromosomu pary 13 i 21.
Translokacja niezrównoważona
46,XY,der(21;21)(q10;q10),+21
do translokacji niezrównoważonej doszło między chromosomami 21 pary w wyniku czego powstał chromosom utworzony z ramion długich dwóch chromosomów 21.
DELECJA (DEL)
Utrata fragmentu chromosomu
Wyróżniamy:
a) Delecję terminalną – gdy utracony został końcowy fragment ramion długich lub krótkich.
46,XY,del(5)(q13)-zapis skrócony
46,XY,del(5)(pter q13)- zapis rozszerzony
-delecji uległ końcowy fragment ramion długich chromosomu pary 5 prążka q13, co obrazuje pojedynczy dwukropek
b) delecje interstycjalną –gdy doszło do utraty środkowego fragmentu chromosomu.
46,XX,del(5)(q13q33)-zapis skrócony
46,XX,del(5)(pter q13::q33 qter) – zapis rozszerzony
Utraty wewnętrznego fragmentu ramienia długiego chromosomu pary 5 pomiędzy prążkami q13 i q33
DUPLIKACJA (dup)
Podwojenie określonego fragmentu chromosomu w sposób bezpośredni lub z jego odwróceniem o o 180 ° (inwersja)
Duplikacja fragmentu chromosomu w sposób bezpośredni
46,XX,dup(1)(q22q25)- zapis skrócony
46,XX,dup(1)(pter q25::q22 qter)- zapis rozszerzony
Jest to podwojenie fragmentu chromosomu pary 1 zawartego między prążkami q22 i q25
Duplikacja tego samego fragmentu chromosomu, ale z jego inwersją (odwróceniem o 180 ° )
46,XX,dup(1)(q25q22)-zapis skrócony
46,XX,dup(1)(pter q25::q25 q22::q25 qter) -
Zapis rozszerzony
Inwersja (inv)
Odwrócenie o 180 ° fragmentu chromosomu
Inwersja paracentryczna – w obrębie ramion długich lub krótkich nie obejmujący centromeru
46,XX,inv(3)(q21q26) – zapis skrócony
46,XX,inv(3)(ptr q21::q26 q21::q26 qter) - zapis rozszerzony
Inwersja fragmentu pomiędzy prążkami q21 i q26 w długim ramieniu chromosomu 3
inwersja paricentryczna – odwrócenie fragmentu chromosomu obejmujące centromer
46,XX,inv(3)(p13q21)- zapis skrócony
46,XX,inv(3)(pter p13::q21 p13::q21 qter) - zapis rozszerzony
Inwersja fragmentu chromosomu pary 3 pomiędzy prążkami w ramieniu krótkim p13 i q21 w ramieniu długim, a więc obejmującego centromer
Insercja (ins)
Włączenie fragmentu chromosomu w jego ramię długie lub krótkie
46,XX,ins(2)(p13q21q31) –zapis skrócony
46,XX,ins(2)(pter p13::q31 q21::p13
q21::q31 qter) - zapis rozszerzony
Insercja fragmentu ramion długich chromosomu pary 2 zawartego między prążkami q21 i q31 w ramię krótkie tego samego chromosomu, w prążek p13
Izochromosomy
Powstają w wyniku nieprawidłowego, poprzecznego podziału chromosomu w obrębie centromeru, czego skutkiem jest duplikacja jednego a delecja drugiego ramienia.
Izochromosom składa się z dwóch identycznych krótkich lub długich ramion.
46,X,i(X)(q10) - zapis skrócony
46,Xi(X)(qter q10::q10qter) – zapis rozszerzony
46,XX,i(17)(q10) – zapis skrócony
46,XX,i(17)(qter q10::q10 qter) – zapis rozszerzony
Najczęściej spotyka się izochromosom ramion długich
Chromosomy dicenrtyczne (dic)
Powstają w wyniku translokacji, inwersji i innych aberacji chromosomowych. Zawierają dwa centromery
45,XX,dic(13;15)(q22;q24) –zapis skrócony
45,XX,dic(13;15)(13pter 13q22::15q24 15pter) - zapis rozszerzony
Chromosomy pierścieniowe (r)
Powstają w wyniku pęknięcia i ponownego połączenia złamanych końców jednego lub kilku chromosomów.
Fragmenty dystalne od miejsc pęknięcia ulegają delecji
46,XX,r(7)(p22q36)-zapis skrócony
46,XX,r(7)(::p22 q36::) - zapis rozszerzony
Chromosomy markerowe
Są to dodatkowe chromosomy , których pochodzenie i mechanizm powstawania są nieznane. Najczęściej sa to chromosomy meta lub akrocentryczne.
Zawierają jeden lub dwa centromery
47,XX, +mar
47,XX,t(12;16)(q13;p11), + mar
Kariotyp mozaikowy
To kariotyp w którym obecne są dwie lub więcej linie komórkowe u tego samego osobnika Jedna zawiera prawidłową liczbę prawidłowych chromosomów, drugi lub kolejne nieprawidłową liczbą chromosomów.
45,X/46,XX/47,XXX
46,XY(70%)/47,XY,+21(30%)
46,X(40%)/46,XY(60%)
ZESPOŁY ABERACJI LICZBOWYCH CHROMOSOMÓW SOMATYCZNYCH
Zespół Downa
1:700 urodzeń. Dodatkowy chromosom 21 pary.
Do wystąpienia zespołu prowadzą:
-trisomia 21 pary(95%) – 47,XX, + 21 lub 47,XY,+21
-translokacja niezrównoważona (4%) 46,XX,der(21;21)(q10;q10), +21 lub 46,XY,der(21;21)(q10;q10) +21
-kariotyp mozaikowy (1%)
46,XX/47,XX, +21 lub 46,XY/47,XY, +21
Chromosom pary 21 może ulec translokacji na jeden z chromosomów grupy D (13,14,15) lub grupy G (21,22)
Zespół Downa
W przypadku trisomii 21 nondysjunkcja zachodziła najczęściej w pierwszym podziale mejotycznym u matek (80%). Ponad 60% zarodków i płodów z trisomią 21 ulega samoistnemu poronieniu
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
47,XX,+13 i 47XY, +13 (75%)
- translokacja niezrównoważona w obrębie pary chromosomu 13
- kariotypy mozaikowe
ZEPÓŁ PATAU
Cechy zespołu:
Mikrocefalia, ubytki skóry na głowie, wystające czoło, rozszczep wargi i podniebienia, wady gałek ocznych (częściowy ubytek siatkówki i naczyniówki), hipoteloryzm, nisko osadzone uszy, anomalie palców (polidaktylia, syndaktylia). Wrodzone wady rozwojowe narządów wewnętrznych (nerek, serca, macicy, anomalie w budowie mózgu. Hipotonia mięśni i głuchota.
70% UMIERA W PIERWSZYM PÓŁROCZU ŻYCIA
10% PRZEŻYWA DO 1 ROKU ŻYCIA.
Ryzyko ponownego urodzenia dziecka z zespołem Patau mniejsze niż 1%
ZESPÓŁ EDWARDSA
Trsomia 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.
TRSOMIA 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 cofnieta żuchwa, małżowiny uszne duże i odstające oraz nisko osadzone, nos duży i zadarty, nieznaczny hiperteloryzm i czasami zez.
Obserwuje się skrzywienie kręgosłupa, nadliczbowe kręgi, rozszczep kręgów, brak rzepki, wodonercze, spodziectwo, niezstąpienie jąder. Cechą charakterystyczna zespołu jest pogłębienie bruzdy w obrębie dłoni i stóp. 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.
Krytyczne miejsce pęknięcia - region 4p16.3
46,XY,del(4)(p16.3) i 46,XX,del(4)(p16.3)
Badanie wykazały obecność innych aberracji chromosomu 4;
Translokacja,
Delecja interstycjalna ramienia krótkiego
Chromosom pierścieniowy
DELECJA KRÓTKICH RAMION CHROMOSOMU 5.
(ZESPÓŁ CRI DU CHAT)
Delecja terminalna części ramion krótkich chromosomu 5 z krytycznym miejscem pęknięcia w regionie 5p15.
Inaczej „zespół miauczenia kota”
Kariotyp: 46,XX,del(5)(p15 lub 46,XY,del(5)(p15)
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.
-najczęściej delecja interstycjalna chromosomu 13(13g14-q22)
-kariotyp: 46,XX,del(13)(q14q22) lub 46,XY,del(13)(q14q22)
Cechy:
Mikrocefalia, zniekształcenia twarzoczaszki, (głowa kształtu trójkątnego, zaburzenia rozwoju komór mózgowia, hiperteloryzm, i małoocze), wąskie szpary powiekowe, zmarszczka nakątna, wady tęczówki zaćma, szeroki grzbiet nosa, duże małżowiny uszne, nisko osadzone, szyja krótka.
Inne wady: zarośnięcie odbytu, spodziectwo, niezstąpienie jąder, zaburzenia budowy moszny, wrodzone zwichnięcie stawu biodrowego, stopa końsko-szpotawa, niedorozwój kciuka.
WYBRANE ZESPOŁY MIKRODELECJI
Mikrodelecja to aberracja strukturalna na poziomie cytogenetycznym tak mała, że nie uwidocznienia się w mikroskopie świetlnym.
Najmniejsza mikrodelecja widoczna w mikroskopie świetlnym o dużej rozdzielczości obrazu obejmuje około 4000 kb.
ZESPÓŁ PRADERA-WILLEGO
Częstość- 1:10 000 – 1: 15 000 żywo urodzonych.
W ok. 75 % przyczyna zespołu jest delecja interstycjalna długiego ramienia chromosomu 15 (15q11-q13), który jest pochodzenia ojcowskiego.
Kariotyp:
46,XX,del(15)(q11q13) lub 46,XY,del (15)(q11q13)
W 20% -uniparentalna disomia pochodzenia matczynego
U około 1-2% prawidłowe dziedziczenie regionu
15q11q-q13.
Cechy zespołu zmieniają się z wiekiem pacjenta
ZESPÓŁ ANGELMANA
1:25 000 urodzeń
U 70% -delecja interstycjalna długiego ramienia chromosomu 15 w regionie 15q11-13q, który jest pochodzenia matczynego
Kariotyp:
46,XX,del(15)(q11q13) lub 46,XY,del(15)(q11q13)
3-5% uniparentalna disomia chromosomu 15 pochodzenia ojcowskiego
8% imprinting genomowy
ZASPÓŁ DiGEORGE
mikrodelecja w obrębie ramion długich chromosomu22.
kariotyp
46,XX,del(22)(q11.21q11.23) lub 46,XY,del,(22)(q11.21q11.23)
Cechy:
Niska waga urodzeniowa, rozszczep podniebienia, małe szpary powiekowe, hiperteloryzm, antymongoidalne ustawienie szpar powiekowych, „rybie usta”, czworokątny czubek nosa., wrodzone wady serca, łuku aorty, brak grasicy
Z powodu niedoboru limfocytów T częste infekcje