Клиническая цитогенетика Кариотип человека в норме и при патологии Медицинская генетика. Практический курс н.с. лаб.ПД НИИ АГиР им. Д. О. Отта К.б.н. Ефимова Ольга Алексеевна Эукариотическая клетка Длина ДНК каждой соматической клетки человека: • • 3,2 млрд пар оснований 2 метра Размер эукариотической клетки от 10 до 50 мкм Первый уровень упаковки ДНК - нуклеосомный «Бусины на нитке» Упаковка в 6-7 раз Диаметр 10нм Нуклеосомы формируются за счет компактизации ДНК с белками-гистонами Гистоны Н2А, Н2В, Н3 и Н4 формируют октамерные структуры, вокруг которых закручивается нить ДНК, образуя таким образом нуклеосомы Схема расположения гистонов в нуклеосоме Второй уровень упаковки ДНК - фибрилла диаметром 30 нм Гистон Н1 обеспечивает взаимодействие между соседними нуклеосомами Упаковка 40-70 раз Третий уровень упаковки ДНК петлевые домены ДНК (хромомеры) 600-700 кратная упаковка Требуются негистоновые белки! Четвертый уровень упаковки ДНК - хромонемный Уровни компактизации ДНК Упаковка хроматина Типы хроматина гетерохроматин эухроматин транскрипционно инертный факультативный (гетерохроматинизированный эухроматин) транскрипционно активный конститутивный Хромосомы Хромосома – сложное надмолекулярное образование, состоящее из ДНК и белков Термин «хромосома» (греч. «окрашенное тело») был предложен В.Вальдейером в 1888 году (Waldeyer, 1888 ) Геномы эукариот организованы в виде хромосом – дискретных линейных надмолекулярных комплексов Цитогенетика – наука о структуре, функциях и эволюции хромосом Строение хромосомы теломера Короткое плечо p (petite – fr.) центромера Длинное плечо q (почему?) теломера Морфология хромосом метацентрические субметацентрические акроцентрические Какие хромосомы можно отнести к каким типам? Метафазная пластинка – хромосомы клетки, зафиксированные на стадии деления Кариограмма – упорядоченное расположение хромосом на основе их размера и морфологии Соматические клетки диплоидны – каждая хромосома представлена двумя копиями – гомологами. Половые клетки гаплоидны – каждая хромосома представлена одной копией n – количество хромосом в гаплоидной клетке 2n – количество хромосом в диплоидной клетке Идиограмма – схематичное изображение хромосом Число хромосом в гаплоидном геноме разных видов Кариотип – совокупность морфологических особенностей полного хромосомного набора, свойственного клеткам данного биологического вида Кариотип может быть описан формулой: число хромосом, включая половые запятая половые хромосомы Например: 46,XX – нормальный женский кариотип человека 46,XY – нормальный мужской кариотип человека Кариотип человека 1956 год - установление точного числа хромосом в кариотипе человека – 46 (Tjio, Levan, 1956) Joe-Hin Tjio (1919–2001) Albert Levan (1905–1998) В 1952 году Хсю (Hsu) удалось добиться хорошего качества препаратов митотических хромосом, благодаря открытому им способу гипотонической обработки материала Без гипотонической обработки После гипотонической обработки University of Lund, Sweden Cytogenetics – study of chromosomes Как получить препарат хромосом? Фиксация клетки на стадии деления, а именно на стадии митоза Использование колхицина – для остановки деления клетки (блокирует веретено деления) Прямые методы (клетки, делящиеся in vivo) - эбриональные ткани - экстраэмбриональные ткани (хорион,плацента) - костный мозг Биопсия хориона для пренатального кариотипирования Непрямые методы (клетки, делящиеся in vitro) - культивированные фибробласты - Культивированные лимфоциты Митоген (стимулирует деления): ФГА (фитогемагглютинин) Культивирование лимфоцитов Temp. +37 Time 48-72 hrs Окрашивание красителем Гимза Денверско-Чикагская классификация хромосом человека (1960-1966) Число хромосом: 44 аутосомы 2 половые хромосомы Размер и морфология – основание для разделения на группы Группа A: аутосомы 1, 2, 3 Группа B: аутосомы 4 и 5 Группа С: аутосомы 6 – 12 и хромосома X Группа D: аутосомы 13, 14, 15 Группа E: аутосомы 16, 17, 18 Группа F: аутосомы 19 и 20 Группа G: аутосомы 21, 22, и хромосома Y Парижская классификация хромосом человека (1971 – 2005) (An International System for Human Cytogenetic Nomenclature – ISCN) Окрашивание красителем Гимза с предобработкой препаратов протеолитическим ферментом – трипсином Дифференциальное окрашивание – выявляет бэнды (сегменты) хромосом Как описать локус? Xp21 Расшифруйте обозначение SOD-1 gene, superoxide dismutase – 21q22.1 хромосома 21 Xp21 Расшифруйте обозначение G-banding Дифференциальное окрашивание хромосом R-banding Q-banding Дифференциальное окрашивание хромосом Q G R T C Полиморфизм хромосом человека У человека есть морфологически полиморфные участки хромосом, которые характеризуют индивидуальные особенности и могут быть отражены в формуле стандартной записи кариотипа. НЕ СТРУКТУРНЫЕ ПЕРЕСТРОЙКИ!!! На уровне хромосом полиморфизму подвержены •гетерохроматиновые блоки (h), •спутничные нити (stk), •спутники (s). На каких хромосомах находятся? Конститутивный гетерохроматин – в прицентромерных районах всех хромосом, а также в проксимальной части длинных плеч хромосом 1, 9 и 16 и в дистальной части длинного плеча хромосомы Y. Спутничные нити и спутники – в коротких плечах акроцентрических аутосом человека (13, 14, 15, 21, 22). 46,ХХ,1qh+,16qh+ 14pstk+ 14ps+,22ps+ Двойные спутники 22 22 Инактивация хромосомы Х при женском кариотипе Компенсация дозы генов, благодаря гетерохроматинизации одной из хромосом Х в каждой клетке при женском кариотипе Выбор хромосомы Х для инактивации случаен Инактивируются все хромосомы Х в клетке, кроме одной Инактивированная хромосома Х видна в неделящейся клетке – тельце Барра Общие принципы описания кариотипа При описании кариотипа в первую очередь записывают общее количество хромосом, включая половые хромосомы, затем через запятую дается описание половых хромосом. Аутосомы описываются только в случае их изменений. 46,XX – нормальный женский кариотип 46,XY – нормальный мужской кариотип Аномалии кариотипа человека •летальность •врожденные пороки развития Изменения кариотипа Числовые аномалии хромосом (геномные мутации) Структурные перестройки хромосом (хромосомные мутации) инверсии полиплоидия Анеуплоидия Реципрокные транслокации инсерции триплоидия трисомия полисомия моносомия Робертсоновские транслокации делеции дупликации изохромосомы Геномные мутации триплоидия 3n = 69, XXY Синдром Дауна – трисомия 21 47,XX,+21 47,XY,+21 Синдром Эдвардса – трисомия 18 47,XX,+18 или 47,XY,+18 Синдром Эдвардса 47,XX,+18 Синдром Кляйнфельтера 47,XXY 45,Х Синдром Тернера – моносомия Х Синдром кошачьего крика Deletions 5p- Частота аномалий кариотипа в случайной выборке новорожденных Аномалия Частота на 1000 рождений Все аномалии 9.1 Трисомии по аутосомам 1.4 Сбалансированные перестройки аутосом 5.2 Несбалансированные перестройки аутосом 0.6 Аномалии половых хромосом: при мужском фенотипе при женском фенотипе 1.2 0.75 Аномалии кариотипа при спонтанных абортах и мертворождениях % Все спонтанные аборты 50 до 12 недель развития 60 12-20 недель развития 20 Мертворожденные 5 Трисомии в спонтанных абортусах Показания для цитогенетического обследования: •Множественные врожденные пороки развития у новорожденного •Умственная отсталость с сочетании с врожденными пороками развития или дизморфиями •Нарушение полового развития •Мужское и женское бесплодие неясной этиологии •Спонтанные аборты, мертворождения и рождение детей с пороками развития Кариотипирование с использованием компьютерных программ Автоматизация работ и программное обеспечение в микроскопических исследованиях
