CYTOGENETIKA MUTACE A JEJICH KLINICKÉ DOPADY
Emil Rudolf rudolf@lfhk.cuni.cz
1879 Arnold publikuje zprávu o lidských chromozomech v mitóze 1956 Tjio a Levan určují počet lidských chromosomů (46) a vyvíjejí první techniky zaměřené na jejich analýzu 1959 Abnormality spojené s lidskými chromosomy (Lejeune, Ford) 1970 Casperson a Seabright zahajují éru chromozomálního barvení 1980 Integrace molekulárních technik 2001 Projekt mapování lidského genomu (HUGO) dokončen 2009 Systematické screeny nádorů 2010 DTC testy, celogenomické screeny člověka
CHROMOZOMY A PORUCHY 100% všech známých znaků (chorob) vztah ke genetické výbavě jedince Chromozomální vady - v současné době přes 200 známých syndromů Frekvence výskytu stoupá s věkem např. až 2% těhotných žen ve věku nad 35 let jsou jejími nositelkami
GENY A PORUCHY Genové mutace - v současné době tisíce známých chorob Frekvence výskytu stoupá s věkem, vlivem prostředí, životním stylem Předpoklad neustálého nárůstu
GENETICKÉ VADY - DŮSLEDKY Postižení reprodukčních schopností jedince včetně poruch sexuálního vývoje Odchylky v somatických fyziologických pochodech Zvýšený výskyt chorobných stavů Kongenitální (vrozené) malformace Snížený intelekt či mentální retardace Vývoj maligních (nádorových) onemocnění Zvýšená citlivost k environmentálním faktorům
CYTOGENETIKA VĚDA O STRUKTUŘE A DĚDIČNOSTI CHROMOZÓMŮ využívá karyotypování různé barvící techniky k identifikaci funkčního stavu a počtu chromosomů přebírá v aplikované podobě molekulárně biologické metodiky
PLACENTA STĚNA DĚLOŽNÍ AMNIOTICKÁ TEKUTINA
KARYOTYP Buňky periferní krve Amniocyty z amniotické tekutiny Choriové klky Buňky fetální krve Buňky kostní dřeně Biopsie (kostní dřeň, kůže, lymfatické uzliny) Tkáně potracených plodů
CYTOGENETIKA SE UPLATŇUJE PŘI 1. Odhalování geneticky podmíněných chorob 2. Diagnostice nádorových onemocnění 2. Určování pohlaví 3. Ověřování biologických vztahů v rodině a ve společnosti 4. Screeningu genotoxické zátěže 5. Výzkumu evoluce druhů
MUTACE = ZMĚNA V molekule nukleové kyseliny
ZMĚNA V informaci kódované geneticky EPIGENETICKÁ ZMĚNA
KLASIFIKACE MUTACÍ 1. Mechanizmus vzniku 2. Typ mutagenu 3. Topografie zásahu 4. Fenotypové důsledky 5. Evoluční dopady
TYPY MUTACÍ SPONTÁNNÍ (NÁHODNÉ) Důsledek chyb při replikaci DNA Reparovatelné? Mohou hrát roli při evoluci INDUKOVANÉ (VYVOLANÉ) Vyplývají z interakce mezi mutagenem a DNA Reparovatelné? Mohou hrát roli při evoluci
FYZIKÁLNÍ MUTAGENY CHEMICKÉ MUTAGENY BIOLOGICKÉ MUTAGENY
FYZIKÁLNÍ FAKTORY Záření (UV, rentgenové) Přírodní zdroje radonu Radiomagnetické vlny
ULTRAFIALOVÉ ZÁŘENÍ NEIONIZUJÍCÍ ZÁŘENÍ Thyminové dimery Bodové mutace Vznik melanomu (nádor kůže) a poškození sítnice
GAMA ZÁŘENÍ IONIZUJÍCÍ ZÁŘENÍ Poruchy v syntéze DNA - bodové mutace - chromosomové zlomy - chyby při mitóze - nereparovatelné
ZDROJE GAMA ZÁŘENÍ 1) Vesmír 2) Nukleární výbuch 3) Vyzařování radonu 4) Diagnostické přístroje http://www2.astronomy.com/default.aspx?c=a&id=2897
CHEMICKÉ MUTAGENY Hnojiva Léčiva a drogy Tabákové výrobky Polutanty (PCB) Potraviny Analoga bází (5 bromouracil - Thymin) Modifikanty bází (NH 2 OH, HNO 2 ) Alkylující látky (nitrosaminy)
BIOLOGICKÉ MUTAGENY VIRY DNA viry RNA viry
TYPY MUTACÍ 1. Genové (Bodové) 2. Chromozomální (Aberace) 3. Genomické (Ploidie)
GENOVÉ (BODOVÉ) 1. Substituce Tranzice (A G, C T) Transverze (A, G C, T) Transpozice (změna pořadí nukleotidů) Inverze Tautomerie Depurinace a depyrimidinace Mismatch párování Zlomy
OBOUSTRANNÝ ZLOM PYRIMIDINOVÝ DIMÉR PŘÍČNÁ VAZBA ALTEROVANÁ BÁZE APYRIMIDINOVÉ MÍSTO PŘÍČNÁ VAZBA MEZI OBĚMA ŘETĚZCI DNA APURINOVÉ MÍSTO JEDNOSTRANNÝ ZLOM DNA -PROTEIN PŘÍČNÁ VAZBA
Reparace poškozené DNA Musí být opravena Bázově excizní reparace Nukleotidová excizní reparace Mismatch reparace Homologní rekombinace DNA koncové spojování
Bázově excizní reparace (BER) Náhrada poškozené baze DNA glykosylázy štěpí N-glykosilickou vazbu vzniká apurinické či apyrimidinické (AP) místo AP místo je zaplněno DNA polymerázou
Nukleotidová excizní reparace (NER) Rozsáhlejší poškození DNA (např. UV světlem indukované Tdimery) Hydrolýza 2 fosfodiesterových vazeb obraničující lézi Odstranění poškozeného úseku DNA a nahrazení novým pomocí DNA polymerázy
GENOVÉ (BODOVÉ) - DŮSLEDKY MISSENSE mutace změna smyslu biologický dopad různý Srpkovitá anemie Tvorba hemoglobinu S
GENOVÉ (BODOVÉ) - DŮSLEDKY SAMESENSE mutace biologický dopad žádný (??!!) NONSENSE mutace zkrácení exonizace intronu
GENOVÉ (BODOVÉ) 2. Délkové mutace Delece Inzerce Duplikace Vedou k posunu čtecího rámce
GENOVÉ (BODOVÉ) 3. Délkové mutace expandující triplety CAG nejčastější
SYNDROM FRAGILNÍHO X
GENOVÉ MUTACE - SHRNUTÍ Normální Missense Nonsense Posun rámce Delece Inzerce Duplikace TŘI VŠI ŠLY PRO MED ALE POD VSÍ BYL LED. TŘQ VŠI ŠLY PRO MED ALE POD VSÍ BYL LED. TŘI VŠI ŠLY PRO TŘI VŠI OŠL YPR OME DAL EPO DVS ÍBY LLE. TŘI VŠI ŠLY PRO ALE POD VSÍ BYL LED. TŘI VŠI PSÍ ŠLY PRO MED ALE POD VSÍ BYL LED. TŘI VŠI ŠLY PRO MED MED ALE POD VSÍ BYL LED. Expanze 1. Generace TŘI VŠI ŠLY PRO MED ALE POD VSÍ BYL LED. 2. Generace TŘI VŠI ŠLY PRO MED MED MED ALE POD VSÍ BYL LED. 3. Generace TŘI VŠI ŠLY PRO MED MED MED MED MED MED MED ALE POD VSÍ BYL LED.
Distribuce Mendelovských poruch 68 % Autozomálně dominantních 26 % Autozomálně recesivních 6 % X-vázaných recesivních
Indicie naznačující možný Mendelovsky děděný znak Pozitivní rodinná historie Charakteristický syndrom Neobvyklý syndrom (tj. progresivní neurologické zhoršení, mnohočetné orgánové abnormality, intermitentní neurologické symptomy) v kterémkoliv věkovém stádiu Běžný syndrom neobvykle brzo Chybění environmentálních či jiných primárních příčin symptomů a znaků
NEUROFIBROMATÓZA Autozomálně dominantní Skvrny café-au-lait, neurofibromy, plexiformní neuromy Pihy, gliomy, Lischovy noduly Léze kostí
FAMILIÁLNÍ HYPERCHOLESTEROLÉMIE Autozomálně dominantní 1:500 Nepřítomné či nefungující receptory pro lowdensity lipoprotein (LDL) Zvýšené hladiny sérového cholesterolu
FENYLKETONURIE Autozomálně recesivní Defekt v syntéze fenylalaninhydroxylázy Nedochází ke konverzi fenylalaninu na tyrozin V dětství hrozí oligofrenie Poměrně vysoké procento přenašečství v kavkazské populaci Léčba dietou Emery s: Elements of human genetics
ALBINIZMUS Balthazar Telez - "albino, bílý Negr Skupina onemocnění chybějící pigment melanin Autozomálně recesivní Univerzální výskyt Sensitivita očí a kůže
CYSTICKÁ FIBRÓZA Nejběžnější autozomálně recesivní genetická choroba u Kavkazanů 1:3,500 nově narozených v USA 1 ku 10,500 Amerických Indiánů 1 ku 11,500 Hispánců 1 ku 14,000-17,000 Afroameričanů 1 ku 25,500 Aziatů http://www.cff.org
CYSTICKÁ FIBRÓZA Multisystémové onemocnění Příčina: mutace v CFTR Chronická sino-pulmonární choroba Nutriční deficience/abnormality v GIT Obstruktivní azoospermie Electrolytová nerovnováha
Grigorij Jefimovič Rasputin HEMOFILIE
HEMOFILIE A Více než 620 odlišných mutací postihujících gen pro faktor VIII (alelová heterogenita) Zvýšená krvácivost Běžné hemartrózy degenerativní kloubní onemocnění Ekchymózy B Vánoční choroba Mutace v genu pro faktor IX Podobný klinický syndrom
Průměrný věk hemofiliků Období Průměrný věk úmrtí Před 1938 11 žádná Dosažitelná léčba Před 1968 20 Transfúze plazmy či celé krve 1968 Méně než 40 Kryoprecipitát 1983 64 Zmražené srážecí faktory 1988 40 ( AIDS) Totéž 1999 Normální Faktory vzniklé genovým inženýrstvím
DALTONISMUS X-vázané recesivní onemocnění 8% výskyt v populaci většinou muži Genově podmíněný defekt ve světločivných čípcích Většinou se týká odlišení barev
http://www.bareket.org.il/colourblind/test.html
CHROMOZOMOVÉ (ABERACE) Strukturní Delece Inverze Duplikace Translokace Numerické - Aneuploidie
NĚKTERÉ PŘÍKLADY ABERACÍ DELECE http://www.slh.wisc.edu/cytogenetics/cases/oct1997/karyo.php
http://www.slh.wisc.edu/cytogenetics/cases/oct1997/karyo.php
NĚKTERÉ PŘÍKLADY ABERACÍ DUPLIKACE http://www.slh.wisc.edu/cytogenetics/cases/oct1997/karyo.php
http://www.slh.wisc.edu/cytogenetics/cases/oct1997/karyo.php
NĚKTERÉ PŘÍKLADY MUTACÍ INVERZE http://www.slh.wisc.edu/cytogenetics/cases/oct1997/karyo.php
http://www.slh.wisc.edu/cytogenetics/cases/oct1997/karyo.php
NĚKTERÉ PŘÍKLADY MUTACÍ TRANSLOKACE http://www.slh.wisc.edu/cytogenetics/cases/oct1997/karyo.php
http://www.slh.wisc.edu/cytogenetics/cases/oct1997/karyo.php
CHRONICKÁ MYELOIDNÍ LEUKEMIE Filadelfský chromozom (marker) Až 80% pacientů s chronickou myeloidní leukémií Translokace mezi chromozomy 9 a 22
BURKITŮV LYMFOM Postižení B buněk Translokace mezi chromozomy 8 a 14 Endemický výskyt v Africe Masivní nádor čelisti
MECHANIZMUS VZNIKU NUMERICKÝCH ABERACÍ NONDISJUNKCE PORUCHA PŘI ROZCHODU SPÁROVANÝCH CHROMOSOMŮ BĚHEM MEIOTICKÉHO DĚLENÍ VZNIK DEFEKTNÍCH GAMET, KTERÉ JSOU DIZOMICKÉ ČI NULIZOMICKÉ PRO DANÝ CHROMOSOM
NONDISJUNKCE V MEIÓZE MEIÓZA I NONDISJUNKCE NORMÁLNÍ MEIÓZA II NORMÁLNÍ NORMÁLNÍ NORMÁLNÍ NONDISJUNKCE
DISTRIBUCE NON-DISJUNKCE Meióza I Meióza II Mitóza Matka 21, 15, 16 18 15, 18, 21, 8 Otec - 18, 21 18, 21
PŘÍKLADY NEJČASTĚJŠÍCH CHROMOZOMOVÝCH ABERACÍ U ČLOVĚKA DOWNŮV SYNDROM EDWARDSŮV SYNDROM PATAŮV SYNDROM KLINEFELTERŮV SYNDROM TURNERŮV SYNDROM SYNDROM WOLF-HIRSCHHORN SYNDROM KOČIČÍHO KŘIKU
DOWNŮV SYNDROM http://www-medlib.med.utah.edu/webpath/tutorial/prenatal/pren003.html
47, XY + 21 47, XX + 21 1 : 800 ŠIROKÁ TVÁŘ, MALÉ UŠI, VYČNÍVAJÍCÍ JAZYK SLABÉ REFLEXY, NÍZKÝ SVALOVÝ TONUS DEFEKTY SRDCE, TRÁVICÍHO TRAKTU, LEDVIN A ENDOKRINNÍCH ŽLÁZ MUŽI JSOU STERILNÍ, ŽENY MAJÍ PORUCHY MENSTRUAČNÍHO CYKLU A PORUŠENÁ OVARIA ČASTÉ LEUKEMIE INDIVUDUÁLNÍ VÝVOJ JE ZPOMALENÝ IQ ZŘÍDKA PŘESAHUJE 60 FREKVENCE VÝSKYTU STOUPÁ S VĚKEM MATKY, VELKÝ SKOK NAD 35 LET
PATAŮV SYNDROM http://www-medlib.med.utah.edu/webpath/tutorial/prenatal/pren003.html
47, XY + 13 47, XX + 13 1 : 3000 MALÁ HLAVA (MIKROCEFALIE) UBÍHAJÍCÍ ČELO ROZŠTĚPY PATRA A/ČI RTU PRSTY NAVÍC (POLYDAKTILIE) KONGENITÁLNÍ SRDEČNÍ ANOMÁLIE ANOMÁLNÍ GENITÁLIE SILNÁ MENTÁLNÍ A VÝVOJOVÁ RETARDACE FREKVENCE VÝSKYTU STOUPÁ S VĚKEM MATKY
EDWARDSŮV SYNDROM http://www-medlib.med.utah.edu/webpath/tutorial/prenatal/pren003.html
47, XY + 18 47, XX + 18 1 : 8000 MALÁ HLAVA (MIKROCEFALIE) UBÍHAJÍCÍ ČELO NÍZCE POSAZENÉ UŠI RŮZNÉ VÝVOJOVÉ ABNORMALITY KONGENITÁLNÍ SRDEČNÍ ANOMÁLIE POLOVINA UMÍRÁ DO DRUHÉHO MĚSÍCE ŽIVOTA SILNÁ MENTÁLNÍ A VÝVOJOVÁ RETARDACE CHARKTERISTICKY SEVŘENÉ PRSTY
TURNERŮV SYNDROM http://www-medlib.med.utah.edu/webpath/tutorial/prenatal/pren003.html
45, XO 1 : 2500-10 000 NEVYVINUTÁ OVÁRIA A OSTATNÍ SEXUÁLNÍ ORGÁNY NÍZKÁ POSTAVA - 150 cm SKELETÁLNÍ ABNORMALITY RŮZNÉ VÝVOJOVÉ ABNORMALITY MOŽNÉ SNÍŽENÍ IQ - 70 VĚTŠINOU NORMÁLNÍ CHOVÁNÍ HORMONÁLNÍ LÉČBA MOŽNÁ - RŮZNÝ ÚSPĚCH
KLINEFELTERŮV SYNDROM http://www-medlib.med.utah.edu/webpath/tutorial/prenatal/pren003.html
47, XXY 1 : 500-2000 MALÉ TESTES A SNÍŽENÁ PRODUKCE SPERMATICKÝCH BUNĚK ABNORMÁLNĚ DLOUHÉ KONČETINY NORMÁLNÍ INTELIGENCE A FCE VE SPOLEČNOSTI VÝVIN NĚKTERÝCH ŽENSKÝCH SEXUÁLNÍCH CHARAKTERISTIK LÉČBA - CHIRURGICKÁ, HORMONÁLNÍ, PSYCHOLOGICKÁ
SYNDROM WOLF-HIRSCHHORN http://www-medlib.med.utah.edu/webpath/tutorial/prenatal/pren003.html
46, XY 4p- 46, XX 4p- 1 : 50 000 ŠIROKO POSAZENÉ OČI MIKROCEFALIE MENTÁLNÍ DEFICIENCE DEFEKTY KARDIOVASKULÁRNÍHO SYSTÉMU
SYNDROM KOČIČÍHO KŘIKU http://www-medlib.med.utah.edu/webpath/tutorial/prenatal/pren003.html
46, XY 5p- 46, XX 5p- 1 : 50 000 NOVOROZENCI VYDÁVAJÍ ZVUKY PODOBNÉ MŇOUKÁNÍ KOČEK FENOTYPOVÉ PROJEVY SE RŮZNÍ MOŽNOST PŘEŽITÍ DO DOSPĚLOSTI, ALE S TĚŽKOU MENTÁLNÍ RETARDACÍ DEFEKTY SEPTA ROZŠTĚPY HERNIE
MUŽSKÝ PŘEDSUDEK Pokud je většina mutací v S fázi, pak by muži měli být vystaveni vyššímu riziku Cca 24 mitotických dělení oplodněného vajíčka vznik ženských znaků včetně budoucích vajíček Spermie 30 letého muže vznikla z cca 400 mitotických dělení od vzniku oplodněného vajíčka OTCOVÉ pravděpodobnější přenašeči mutací de novo MATKY -pravděpodobnější vznik a přenos aneuploidií