Citogenetika I.-II. Genetika, genomika, bioinformatika 2014. Dr. habil. Kőhidai László egyetemi docens Semmelweis Egyetem Genetikai, Sejt- és Immunbiológiai Intézet Budapest 2014.

A „kromoszóma” név tőle A kromoszóma története ban Wilhelm Hofmeister A kromoszóma leírója 1848 Wilhelm von Waldeyer A „kromoszóma” név tőle származik 1888

Kromoszóma Kihorgonyzás fehérjevázhoz Kromatinszál Szolenoid 10.000 x Metafázisos kromoszóma Kondenzált kromatin nukleoszómák DNS Kromoszóma Kihorgonyzás fehérjevázhoz Kromatinszál Szolenoid Nukleoszóma DNS helix Krsz. 1 (humán) DNS hossza 50 mm Krsz. hossza 3-4 mm 10.000 x kondenzálás

G sávos – Emberi, női karyotípus

A kromoszómák alakja függ: A fajtól Az osztódás típusától (mitózis vagy meiózis) Az osztódás fázisától (pl. profázis, metafázis stb.)

A kromoszóma rendellenességek kialakulása szempontjából kritikus pontok: •  Szerkezeti rendellenességek:    telomérák, kromoszóma törések •  Számbeli rendellenességek:   centromérák, kinetokor, mitotikus orsó

Számbeli kromoszóma mutációk Egy vagy több kromoszóma hiánya vagy többlete Az egész genom mérete módosul Genom mutáció Típusai Euploid – mindegyik krsz-ból azonos számú van Aneuploid – bizonyos krsz. többlete vagy hiánya ld. monoszómia, triszómia , nulliszómia Polyploid – adott krsz-szerelvény egészszámú többszöröse Mixoploid

Non-diszjunkciók Mitotikus nondiszjunkció: súlyossági foka a bekövetkezés idejétől és az érintett sejttípustól függ Meiotikus nondiszjunkció: első meiotikus osztódáskor (70%) – mind a 4 utódsejt érintett második meiotikus osztódáskor (30%) – az utódsejtek fele

Számbeli kromoszóma mutációk kialakulásának okai Non-diszjunkció Súlyossági foka a bekövetkezés idejétől és az érintett sejttípustól függ

Nondiszjunkció fajtái Mitotikus – karai formái sok szövetet érintenek, súlyosabbak Meiotikus – Meiosis I. (70%) Meiosis II. (30%) n + 1 n - 1 triszómia monoszómia

Meiosis I. n+1 n-1 n-1 Meiosis II. n+1 n-1 n

Down szindróma 21-es krsz triszómia Epicantus Macroglossia Alacsony IQ Négyujjas barázda Szívhibák Fülkagyló Holdvilág arc

Az anya életkora és a Down szindróma gyakorisága Down szindróma incidenciája / szülés Anya életkora (év) 1 : 650 Non-diszjunkció (1% Transzlokáció, Centrikus fúzió)

Patau szindróma 13-as krsz. triszómia nyúlajak microphtalmia polydactilia 4-ujjas barázda 1 : 5000 65% Meiosis I. 90% letalitás / 1 év

Edwards szindróma 18-as krsz. triszómia micrognatia 1 : 3000 kisujj x mutatóujj nyakszirtcsont domború 1 : 3000 95% Meiosis I. 90% letalitás / 1 év

Szex-kromoszómákat érintő számbeli mutációk / szindrómák XO Turner 1/2500 nő XXY Klinefelter 1/850 ffi XXX „Szupernő” 1/1250 nő XYY XYY 1/950 ffi

Turner szindr.

X0 – Turner szindr.

Turner szindróma (X0) Alacsony testmagasság Mélyen lenőtt haj Mellkas deformitás Távol álló mellbimbók Rövid IV. metacarpus Kicsi Körmök Barna foltok a bőrön Jellegzetes arcvonások Redőbe fogható bőr Aorta- Szűkület Gyengén fejlett emlők Könyök Csíkgonád nemi szervek Mewnstruáció hiánya

Turner szindróma (X0) 46 XX 45 X0

Frekvencia: 1/1000 fiú újszülött

XXY – Klinefelter szindr.

Klinefelter szindróma Magas test Enyhén nőies fizikum Alacsonyabb IQ Mellkasi szőrzet hiánya Nőies fanszőrzet Homloki kopaszodás Gyenge arcszőrzet Nőies mellek (30%) Osteoporosis (csontritkulás) Kis méretű herék

XXY – Klinefelter szindr.

XXX - Szupernő szindr.

XYY szindr.

magasság IQ XY ffiak 4096 187,1 43.7 Bűntetett előélet - 3715 187.1 44.5 + 381 (9.3%) 186.7 35.5 XYY ffiak 12 190.8 29.7 Büntetett előélet - 7 191.3 31.6 + 5 (33.3%) 190.2 27.0 XXY ffiak 16 189.8 28.4

A mozaicizmus két vagy több azonos eredetű sejtvonal léte ugyanabban a szervezetben a kromoszóma mozaikosság hibás -barázdálódási       vagy későbbi mitotikus - osztódások eredménye a gén(allél) mozaikosság ugyanannak a szövetnek       a sejtjeiben bekövetkező mutációk eredménye –       pl. barna foltos kék szem a funkcionális mozaikosság az X inaktiváció       eredménye lehet

Mozaikosság kialakulása (1) Embryoban Placentában Generalizáltan Nincs mozaicizmus

Mozaicizmus fokozatai

Az X krsz. random inaktiválódása Calico macska

Kimérizmus A kimérizmus két vagy több különböző eredetű sejtvonal egy szervezeten belüli előfordulása, létrejöhet:       természetes okokból – pl. vércsoport kimérizmus kétpetéjű ikrekben genetikai manipuláció eredményeként - pl. transzgenikus állatok különböző fajokból származó génekkel  

Kromoszóma instabilitás Nagy számú kromoszóma törés A testvér kromatida kicserélődések (SCE) nagy gyakorisága Magasabb a daganatképződés kockázata DNS reparációs hibák

Bloom szindróma Teleangiectasia erythema Fényérzékenység Bőrfertőzések Gyakori tumorok. Mikronukleusz SCE

Számbeli kromoszóma rendellenességek Euploid – minden krsz.-ból ugyanannyi van jelen a sejtekben Poliploid - a haploid krsz.-szám egészszámú többszöröse van jelen a sejtekben - állatban/emberben ez letális - kivétel egyes sejtcsoportok ld. csontvelő Aneuploid – bizonyos krsz. hiánya vagy többlete - oka: non-diszjunkció v. anafázis késés

Szerkezeti kromoszóma rendellenességek 1-3 törés Elvész Átrendeződik A genetikai állomány mennyisége nem változik Súlyos tünetek, (gyakran letális) Kiegyensúlyozatlan betegek Enyhe tünetek: Az érintett személy életképes és ált. normális fenotípusú: Kiegyensúlyozott hordozók

Deléció A kromoszóma egy darabja elvész Deléciós térképezés Intersticiális deléció - Prader-Willi; Angelmann szindrómák del15(q11-13) Williams szindróma Terminális deléció - esetében a telomer is elvész – súlyosabb tünetek Cri du chat szindróma

Prader-Willi és Angelmann szindrómák Súlyos mentális retard. Nehezített beszéd Nevető rohamok Alacsony testmag. Obesitas Kicsi kezek Alacsony RR Mentális retard. Ok: 70% deléció az apai 15. Krsz-án 25% anyai UPD 5% mutáció Ok: 70% deléció az anyai 15. Krsz.-án 7% apai UPD Gyakoriság: 1-29.000-52.000 szülés

Williams szindróma Érintett szervek: Szív és érrendszer Vesék Váziromzat Fogazat Szellemi kapacitás Gyakoriság: 1: 10.000 szülés

Williams szindróma: 7 krsz. mikrodeléció Érintett gének: elasztin gén és LIM-kináz génje

Cri du chat szindróma del(5p-) („macskanyávogás) Gyakoriság: 1 : 20.000 -50.000 szülés

Egyenlőtlen crossing over DELÉCIÓ

Deléció következménye Dózis érzékeny gén - haploinszufficiencia pszeudodominancia Loss of heterozygocity (LOH)

Szomatikus deléciók: daganatképződés rizikója megnő

Inzerció A kromoszómák egyes darabjai új helyre történő integrálásának alapvető mechanizmusa Számos kromoszómamutáció e mechanizmuson alapszik A lehetőségek száma elvben szinte korlátlan

Duplikáció Géntérképezésre alkalmas Ok: Egyenlőtlen crossing over Replikációs hiba Géntérképezésre alkalmas

Egyenlőtlen crossing over DUPLIKÁCIÓ DELÉCIÓ

Transzlokáció A törések száma több mint 1 Reciprok transzlokáció esetében a töréspontok: - két homológ kromoszómán - két eltérő kromoszómán A töréspontok általában NEM-KÓDOLÓ szakaszra esnek (kódoló régiók aránya 5-10% ) KIEGYENSÚLYOZOTT transzlokáció GÉNEN BELÜLI töréspont esetében - eltérő funkciójú - eltérő aktivitású - eltérő mennyiségű - funkcióképtelen géntermék

Philadelphia kromoszóma abl (Abelson cluster region) gén – tirozinkináz enzimet kódol bcr (breakpoint cluster region) A transzlokációkor elvész az abl promotere A bcr/abl által kódolt új fúziós fehérjét nagy aktivitással termeli A sejtek ellenőrizetlen szaporodása - TUMOR Krónikus mieloid leukémia (CML) Akut limfoid leukémia (ALL)

Philadelphia kromoszóma (Ph1) kimutatása FISH technikával

Burkitt limfóma 8 14 2 22 c-myc protoonkogén transzlokációja Ig H lánc Ig k lánc Ig l lánc A c-myc által kódolt transzkripciós faktor az Ig-hoz hasonlóan – folyamatosan termelődik SEJTOSZTÓDÁS – TUMOR képződés

Robertson-féle transzlokáció (centrikus fúzió) Csak akrocentrikus kromoszómákra jellemző (13,14, 15, 21, 22) Töréspont a centroméra közelében vagy annak területén van Dicentrikus kromoszómák A NOR –régió vesztése általában nem hat ki a fenotípusra Kromoszómaszám csökkenéssel jár

Centrikus fúzió t(13, 14)

Kiegyensúlyozott páros számú NOR marad meg Kiegyensúlyozottlan páratlan számú NOR marad meg

Dicentrikus kromoszóma Kialakulásának módjai: centrikus fúzió nem homológ rekombináció (2 akrocentrikus krsz.) Az egyik centroméra inaktiválódik

Inverzió Pericentrikus Paracentrikus – a törések a krsz. két karjára esnek Paracentrikus mindkét törés ugyanazon a karon van A töréspontok itt is általában NEM KÓDOLÓ részben vannak Evolúciós jelentőség: egyes emberi krsz-ák levezethetők általa az emberszabású majmokéból

Gyűrű kromoszóma Telomerák delécióját követően alakul ki Súlyos következmények alapja: DNS replikáció zavart

Izokromoszóma Kialakulásának alapja: A testvérkromatídák hossztengelyre merőlegesen válnak el A karokon lévő sok gén elvesztése miatt gyakran letális Kivételek: X krsz. – inaktiválódás miatt Y krsz. – kevés gén

Diploid szervezetek jobban tolerálják a genetikai Diploid szervezetek jobban tolerálják a genetikai anyag  feleslegét, mint a hiányát. Egy deléció - méretétől és az elvesző gének milyenségétől függően - súlyos tüneteket vagy halált is okozhat. Azok a reciprok transzlokációk, ahol a töréspontok a géneken belül vannak, hibás géntermékhez és gyakorta tumor képződéshez vezetnek még a kiegyensúlyozott hordozókban is. A testvér kromatidák abnormális (a hossztengelyükre merőleges) szegregációja izokromoszóma kialakulásához  vezethet.

Összefoglalás A töréspontok általában a nem-kódoló régiókban vannak. A kiegyensúlyozott hordozók általában normális fenotípusúak. Az átrendezett kromoszómák meiotikus párosodása gyakran abnormális. A kiegyensúlyozott hordozók esetén igen nagy a kiegyensúlyozatlan kromoszóma rendellenességű utód születésének kockázata. A kiegyensúlyozatlan rendellenesség súlyos fenotípusbeli elváltozást vagy halált okoz. Kivételek azonban előfordulnak.