MUTACE A JEJICH KLINICKÉ DOPADY

CYTOGENETIKA
MUTACE A JEJICH
KLINICKÉ DOPADY
CHROMOZOMY A PORUCHY
100% všech známých znaků (chorob) –vztah ke
genetické výbavě jedince
Chromozomální vady - 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 - 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 ve fyziologických pochodech
• Zvýšený výskyt chorobných stavů
• Kongenitální (vrozené) malformace
• Snížený intelekt či mentální retardace
• Vývoj maligních (nádorových) onemocnění
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. MECHANISMUS VZNIKU
2. TYP MUTAGENU
3. TOPOGRAFIE ZÁSAHU
4. FENOTYPOVÉ DŮSLEDKY
5. EVOLUČNÍ DOPADY
TYPY MUTACÍ
SPONTÁNNÍ
(NÁHODNÉ)
• DŮSLEDEK CHYB PŘI
REPLIKACI DNA
INDUKOVANÉ
(VYVOLANÉ)
• VYPLÝVAJÍ Z INTERAKCE
MEZI DNA A MUTAGENEM
• REPAROVATELNÉ?
• REPAROVATELNÉ?
• MOHOU HRÁT ROLI PŘI
• MOHOU HRÁT ROLI PŘI
EVOLUCI
EVOLUCI
FYZIKÁLNÍ MUTAGENY
CHEMICKÉ
MUTAGENY
BIOLOGICKÉ MUTAGENY
FYZIKÁLNÍ FAKTORY
• Záření (UV, rentgenové)
• Přírodní zdroje radonu
• Radiomagnetické vlny
ULTRAFIALOVÉ ZÁŘENÍ
NEIONIZUJÍCÍ
ZÁŘENÍ
• Bodové mutace
• Vznik melanomu
(nádor kůže) a
poškození sítnice
Thyminové dimery
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 (NH2 OH,
HNO2)
Alkylující látky (nitrosaminy)
BIOLOGICKÉ MUTAGENY
VIRY
•DNA viry
•RNA viry
Amesův test
Bruce Ames (narozen 1928)
Výsledek Amesova testu
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
PŘÍČNÁ VAZBA
PYRIMIDINOVÝ DIMÉR
ALTEROVANÁ BÁZE
APYRIMIDINOVÉ MÍSTO
APURINOVÉ MÍSTO
PŘÍČNÁ VAZBA MEZI OBĚMA
ŘETĚZCI DNA
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
POLYPOSIS COLI
Nukleotidová excizní reparace (NER)
Rozsáhlejší poškození DNA
(např. UV světlem indukované
T dimery)
Hydrolýza 2 fosfodiesterových
vazeb obraničující lézi
Odstranění poškozeného
úseku DNA a nahrazení novým
pomocí DNA polymerázy
XERODERMA PIGMETOSUM
•Defekt v DNA reparaci
•Kůže exponovaná slunečnímu
záření – ztráta pigmentací
•Nádory kůže - časné (medián
= 8 let)
•Autozomálně recesivní
Mismatch Reparace
MMR proteiny rozpoznávají
a váží nesprávně spárovaná
místar
ATP
Separace, degradace a
syntéza nového vlákna DNA
20 párů bazí max
KOLOREKTÁLNÍ KARCINOM
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
TŘI VŠI ŠLY PRO MED ALE POD VSÍ BYL LED.
Missense
TŘQ VŠI ŠLY PRO MED ALE POD VSÍ BYL LED.
Nonsense
TŘI VŠI ŠLY PRO
Posun rámce TŘI VŠI OŠL YPR OME DAL EPO DVS ÍBY LLE.
Delece
TŘI VŠI ŠLY PRO ALE POD VSÍ BYL LED.
Inzerce
TŘI VŠI PSÍ ŠLY PRO MED ALE POD VSÍ BYL LED.
Duplikace
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
• Pozitive 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
HEMOFILIE
A modest pedigree
HEMOFILIE
Grigorij Jefimovič Rasputin
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
Dosažitelná
léčba
Před 1938
11
žádná
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
http://tooldoc.wncc.edu/Infections/lymphoma.JPG
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
NORMÁLNÍ
NONDISJUNKCE
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
OBECNÉ CHARAKTERISTIKY
SYNDROMŮ
• FENOTYPOVÝ (VNĚJŠÍ) VZHLED
• FYZIOLOGIE „TĚLESNÝCH PROCESŮ“
• DUŠEVNÍ STAV
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
http://wwwmedlib.med.utah.edu/WebPath/TUTORIAL/PRENAT
AL/PREN003.html
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 4p46, XX 4p1 : 50 000
ŠIROKO POSAZENÉ OČI
MIKROCEFALIE
MENTÁLNÍ DEFICIENCE
DEFEKTY KARDIOVASKULÁRNÍHO SYSTÉMU
http://www.icomm.ca/geneinfo/wolf.htm
SYNDROM KOČIČÍHO KŘIKU
http://www-medlib.med.utah.edu/WebPath/TUTORIAL/PRENATAL/PREN003.html
46, XY 5p46, XX 5p1 : 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 lelého muže – vznikla z cca 400
mitotických dělení od vzniku oplodněného vajíčka
• OTCOVÉ – pravděpodobnější přenašeči mutací de
novo
• MATKY - pravděpodobnější vznik a přenos
aneuploidií