Co dokážeme vyčíst z chromozomů Petr Kuglík
Oddělení genetiky a molekulární biologie, ÚEB PřF MU
Osnova 1. Historie studia lidských chromozomů 2.
Metody studia chromozomů
3. Abnormality chromozomů a geneticky podmíněná onemocnění u člověka – chromozomové syndromy
Trizomie chromozomu 13 Patauův syndrom – kyklopie 1 : 4 – 10 000 porodů
Lidský karyotyp – sestava chromozomů jedné buňky
Chromozomy a genetika Augustiniánští řeholníci opatství sv. Tomáše v Brně
Gregor Gregor Mendel Mendel přednesl přednesl výsledky výsledky svých svých pokusů pokusů ss hrachem hrachem 8.2. 8.2. a a 8.3. 8.3. 1865 1865 na na zasedání zasedání Přírodovědného Přírodovědného spolku spolku v v Brně Brně 1866 řednášky publikov ány 1866 byly byly p přednášky publikovány
Walther Flemming (1843 – 1905) objevil chromozomy v roce 1877
Genetika a chromozomová teorie dědičnosti T.H. Morgan
Prokázal umístění genů na chromozomy Objasnil vazbu genů Zjistil, že vázané geny jsou uložené na jednom páru homologických chromozomů Jejich soubor tvoří vazbovou skupinu
Historie lidské cytogenetiky „„A A long “ long series series of of errors errors“
Počítání lidských chromozomů • 1880 Flemming a Arnold – pozorování lidských chromozomů • 1890 - 1914 - člověk má 24 chromozomů !!!
• 1919 Winiwarter - černoši 48 chromozomů běloši 24 chromozomů
1921 – 1956: člověk má 48 chromozomů
1956 – 2006 50. výročí správného spočítání lidských chromozomů Albert Levan (1905 -1998)
Joe Hin Tjio (1919 - 2001)
Tjio, T.H., Levan, A.: The chromosome number of man. Hereditas 42:1, 1956
Člověk má v jádře každé své tělní buňky 23 párů chromozomů, celkem má tedy 46 chromozomů
Historie řazení a nomenklatury lidských chromozomů •
konference Denver 1960 - řazení lidských chromozomů do skupin dle velikosti a tvaru
•
konference Londýn 1963 - rozdělení chromozomů do 7 skupin, označení A – G
•
konference Chicago 1966 - popis chromozomových abnormalit
•
konference Paříž 1971 - identifikace a označování chromozomů barvených pruhovacími technikami
•
An International Systém for Human Cytogenetic Nomenclature (ISCN 1978)
Karyotyp člověka – konveční barvení
Metody současné cytogenetiky
Možnosti vyšetření karyotypu člověka •
Metafázní cytogenetika
• Interfázní cytogenetika
• Cytogenetika založená na izolaci DNA
Molekulární cytogenetika
FISH (fluorescenční hybridizace in situ)
MOLEKULÁRNÍ CYTOGENETIKA
Multiformní glioblastom
Multiformní glioblastom
SKY: 78~82,XYY,+der(X),+der(X),+der (1),+der(2),+3,+3,+der(3),der(4)t(4;4), +5+5,+6,+6,+7,+8,+8,+der(9), +der(10),+der(10),+11,+der(11), +12,+der(12),+13,+15,+der(15)t(9; 15),+16,+16,+17,+18,+18, +19,+21,+21,+2dmin[cp5]
Chromozomy člověka – mnohobarevné pruhování
Chromozomové syndromy
Chromozomové aberace Pro každé počaté dítě platí obecné genetické riziko 3 - 5%, že se může narodit s nějakou VVV !!! •
vrozené CHA: 20 – 50 % všech početí 50 – 60 % abortů v I. trimestru
0,56 % živě rozených dětí → VVV, psychomotorická retardace, sterilita, hypoplázie varlat, amenorhea, obezita aj. CHA – zodpovědné asi za 100 klinicky def. syndromů !!!
• získané CHA (onkocytogenetika) → nádory (leukémie, solidní nádory)
Klinické indikace pro vyšetření karyotypu člověka • problémy časného růstu a vývoje (neprospívání, opoždění, malá postava, obojetný genitál, mentální retardace) • narození mrtvého plodu a úmrtí novorozence • problémy s fertilitou • rodinná anamnéza (známá chromozomová abnormalita u příbuzných I. stupně) • těhotenství u žen pokročilého věku • nádorová onemocnění
Prenatální cytogenetická diagnostika
- vyšetření chromozomů u plodu těhotných žen patřících do geneticky rizikových skupin - prevence narození dětí s těžkými poruchami duševního a tělesného vývoje
Prenatální diagnostika - indikace k cytogenetickému vyšetření
• věk otce i matky (18, 35) • výsledky screeningu biochemických markerů v séru matky (AFP↓, hCG↑, uE3↓) • nosičství balancované translokace • porod dítěte s prokázanou nebo susp. aberací • přímý styk s teratogeny a mutageny (nad 3% A.B) • UZ zjištěné vývojové vady (srdeční vady aj.) • intrauterinní růstová retardace plodu
Amniocentéza
Downův syndrom – klasická cytogenetika
Downův syndrom - FISH
Downův syndrom (47,XX nebo XY,+21) • • • • • • • • • • •
výskyt 1:800 IQ 25-50 malá zavalitá postava kulatý obličej mongoloidní oční štěrbiny epikantus široký kořen nosu kožní řasa na zátylku malá ústa, velký jazyk opičí rýhy na dlani srdeční vady, častější leukémie, Alzhaim. choroba…
popsán v roce 1866 J.L.Downem
Patauův syndrom (47,XX,+13 nebo 47,XY,+13) • výskyt 1 : 20 000 • těžká růstová a mentální retardace • microcephalie • trigonocephalie • kožní defekty ve vlasaté části calvy • vrozené vady mozku • oboustranný rozštěp • hexadactilie • VCC a jiné
Edwardsův syndrom (47,XX nebo XY,+18) • • • • • • • • • •
věk matky nad 35 let výskyt 1:7500 růstová retardace microcephalie dolichocephalie – protáhlá hlava rozštěp patra nízko posazené uši držení prstů další závažné VVV (srdce) přežití jen několik měsíců
V ČR se ročně narodí dětí s Downovým syndromem asi 70 dětí
Downův syndrom
Epikantus
„Opičí“ rýha
Klinefelterův syndom – 47,XXY výskyt 1 : 1000 z vysoká postava, porucha růstu vousů z ženská distribuce podkožního tuku z hypogonadizmus z infertilita z gynekomastie z snížení inteleku z varianty: 48,XXYY; 48,XXXY; 49,XXXXY z
Preimplantační genetická diagnostika PGD Jedná se o časnou prenatální diagnostiku, která je vázaná na techniky umělého oplodnění. PGD je metoda umožňující genetickým vyšetřením jedné nebo dvou buněk (blastomer) odebraných z vyvíjejícího se embrya odhalit genetické abnormality budoucího plodu. K transferu do dělohy lze vybrat pouze embrya bez genetické zátěže. Před provedením PGD doporučujeme prekoncepční genetické vyšetření a stanovení karyotypu partnerů.
Děti ze zkumavky
Buňky (blastomery) z embryí ve stádiu rýhování
3.den po oplození - fertilizované embryo složeno z 6-8 buněk (blastomer)
každá buňka obsahuje stejnou genetickou výbavu buňky ještě nejsou specializovány
odebrány 1 – 2 blastomery
provedeno genetické vyšetření
AneuVysion (13/21)(18,X,Y) Vysis MultiVysion Probe Panel (13,18,21,X,Y, 16,22)
SpectrumGreen 21 SpectrumRed 13 SpectrumBlue X SpectrumGold Y SpectrumAqua 18
Postnatální cytogenetické vyšetření
• • • • • • • • •
poruchy fertility, sterilita výskyt chromozomových aberací v rodině stigmatizovaní novorozenci práce v rizikovém prostředí amenorhea u dívek vyšetření karyotypu před IVF PMR nejasné etiologie somatická retardace podezření na genetické choroby
Odběr periferní krve pro vyšetření karyotypu
snímání, počít. analýza obrazu
FISH
Mikrodeleční syndromy • skupina geneticky podmíněných chorob, jejichž příčinou jsou drobné delece (ztráty) DNA segmentů (2 - 4 Mb), které nejsou detegovatelné klasickými cytogenetickými metodami • důsledek: mentální retardace, VVV aj.
Syndrom kočičího křiku (Cri du chat delece 5p-) Jerome LeJeune, 1963
• • • • • • • •
1 : 50 000 typický křik novorozence laryngomalacie kulatá hlava PMR, srdeční vady epicanthi hypotonie hypotrofie
Prader-Williho syndrom Hlavní klinické příznaky:
Snížená aktivita plodu Neprospívání kojenců Hypotonie novorozenců Obesita Hyperfagie, neukojitelný hlad Hypogenitalismus, hypogonadismus PMR Malá postava Akromikrie Hypopigmentace Problémy s chováním
Angelmanův syndrom Hlavní klinické příznaky
Vážná PMR Trhavé pohyby, špatná rovnováha Hyperaktivita Výbuchy smíchu , šťastná povaha Absence řeči Hypotonie Epilepsie Abnormální tvar lebky Hypopigmentace
Molekulární karyotypování Celogenomový screening chromozomových abnormalit u pacientů pomocí array-CGH arrays MM CGH (Agilent 44K) aneb
genetické vyšetření pomocí DNA čipů High resolution genome-wide molecular karyotyping using array-CGH
Ukázky DNA čipů firmy a) Affymetrix a b) Agilent.
www.abbottmoleculars.com
a)
b)
www.affymetrix.com
www.agilent.com
Mentální retardace (MR): příčiny •
Výskyt MR u 2-3 % populace
•
17- 20% pacientů s idiopatickou PMR kauzální nebalancované aberace celogenomový screening pomocí array-CGH Častý nález mikrodelecí/mikroduplikací v genomu - mohou být postiženy různé chromozomy
Mentální retardace - korelace genotypu s fenotypem
Využití web. databází k interpretaci výsledků • • • •
DECIPHER: ECARUCA: GENOGLYPHIX: CARTAGENIA BENCH:
DECIPHER DatabasE of Chromosomal Imbalance and Phenotype in Humans Using Ensembl Resourses
Založena 2004 (UK), databáze sdružuje genetická oddělení z:
UK USA & Canada Europe Australia
OLG FN Brno aktivní přístup do databáze od roku 2009 jako první v ČR
https://decipher.sanger.ac.uk/application/
DECIPHER: cíle • databáze nových vrozených aberací, aberací vyskytující se ojediněle • nových klinických syndromů • korelace fenotypu s genotypem • představuje pomoc pro lékaře při interpretaci submikroskopických chromozomových aberací, inverzí a translokací • CNVs v normální populaci • obsahuje přesný popis aberací a klinický obraz pacientů • k
30.4.2010 - více než 4700 pacientů
Jak se používá DECIPHER
Syndrom 12q14 – srovnání velikosti mikrodelece u různých pacientů
Syndrom 12q14 – srovnání fenotypů u různých pacientů
různí pacienti se stejným syndromem !
Syndrom 12q14 – geny související s fenotypem
Existují v databázi pacienti s podobnou mikrodelecí ?
Případ 1 (DECIPHER 00000126) důležitost spolupráce kliniků a vědců při odhalování nových mikrodelečních syndromů Děvče 4 roky Hypotonie, v jednom roce života ztráta sociálního kontaktu, minimální oční kontakt, absence úsměv Karyotyp v normě Pomocí DNA sondy nalezena submikroskopická delece oblasti 14q11.2 Dg. Protože se v DECIPHERU žádný podobný případ nenalezl, lékaři předpokládali, že stav pacientky je způsoben nálezem na chromozomu 14, zřejmě CNVs Po roce se v databázi objevily další pacienti se stejným fenotypem, v oblasti 14q11 leží geny SUPT16H a CHD8, které se podílejí na vývoji nervového systému
Závěr Databáze jsou důležité pro: • •
klinickou interpretaci výsledků array-CGH identifikaci kauzálních regionů pro nové chromozomové syndromy
• možnost vyhledat stejnou či podobnou aberaci a srovnat fenotypové projevy • možnost rozlišení benigních CNVs • odhad prognózy dle typu a funkce genů nacházejících se v sledované oblasti
Děkuji za pozornost !!!
