שינויים כרומוזומלים באדם 6.11.08 - תורשת האדם

שינויים כרומוזומלים באדםתורשת האדם - 6.11.08

הכרומוזום: מבנה דחוס של מולקולת דנ"א ארוזה בחלבונים

תכולת הדנ"א בתא משתנה כתלות במחזור התא

חלוקה משווה )מיטוזה( בתאים הסומטים

מיטוזה:מתרחשת בתאים הסומטים

2n כרומוזומים חלוקה יחידה

אין זיווג בין הומולוגיםרקומבינציה בין הומולוגים נדירה

התוצרים זהים

חלוקת השוואה -

חלוקת הפחתה )מיוזה( בתאי הנבט

חלוקת הפחתה -

מיוזה:מתרחשת תאי הנבט

nכרומוזומים חלוקות עוקבות2

זיווג בין כרומוזומים הומולוגיםרקומבינציה הכרחית

תוצרים נבדלים גנטית

האלמנטים הדרושים לכרומוזום פונקציונלי

-צנטרומר. 1

מחלק את הכרומוזום לשתי זרועות

(q) וארוכה (p)קצרה -טלומרים. 2

לכל כרומוזום(2 קצות הכרומוזום )

-(ORIs, Origin of Replication)מקור השכפול . 3

DNA רצפים שמהם מתחיל תהליך שכפול ה-

Synthetic human mini-chromosome

הצנטרומר

אזור בדנ"א המורכב מעותקים רבים •alpha-satelliteשל רצף חוזר מסוג

מיקומו מחלק את הכרומוזום לשתי • (q) וארוכה (p)זרועות קצרה

מהווה את נקודת החיבור בין •כרומטידות אחיות בעת הכפלת

הדנ"א ובמהלך חלוקת התאאחראי על תנועת הכרומוזום על-גבי •

סיבי הכישור

LSI(13)

LSI(21)

לכל 2 מהווים את קצות הכרומוזום )•כרומוזום(

מגנים על קצות הכרומוזומים ושומרים על •שלמותם

TTAAGGGבאדם מורכב מרצף חוזר של •3-20kbבאורך של

מתוחזק ע"י האנזים טלומראז•קיצור הטלומרים מתרחש באופן קבוע עם •

חלוקות התא לאיחוי בין : אובדן טלומרים גורם •

כרומוזומים, לחוסר יציבות גנומי ולמוות תאי מתוכנן

טלומרים

הטרוכרומטין

הגדרה: אזורים של כרומטין אשר נשארים דחוסים גם במהלך •האינטרפאזה

מאפיינים:•אזורים עם שעתוק מועט

Sעוברים הכפלת דנ"א יחסית מאוחר בשלב ה-מועשרים במודיפיקציות אפיגנטיות אופיניות

DNase Iעמידים בפני

סוגים :2הטרוכרומטין קונסטיטוטיבי: צנטרומרים, טלומרים ורצפים חוזרים אחרים בגנום עניים בגנים

אינאקטיבי בנקבותXהטרוכרומטין פקולטטיבי: כרומוזום

HeterochromatinEuchromatin

כרומוזומים באדם

(Y או X אוטוזומים + כרומוזום מין )22,(2n=46) זוגות של כרומוזומים 23satellitesמסווגים על-פי: אורך,מיקום צנטרומר,נוכחות של רצפי

מראה וגודל כרומוזום קבוצה

Largest metacentric 1-3 A

Large submetacentric 4-5 B

Medium submetacentric 6-12 + X C

Medium acrocentric 13-15 D

Small submetacentric 16-18 E

Small submetacentric 19-20 F

Small acrocentric 21-22 + Y G

הגדרות

ציטוגנטיקה•

בחינה ויזואלית של כרומוזומים ברמה - מיקרוסקופית

(karyotype)קריוטיפ •תכולת הכרומוזומים בגרעין-

תמונת כרומוזומים-

(idiogram) אידיוגרמה•תמונה מסודרת של הקריוטיפ-

צביעת כרומוזומים במטפאזה

ביופסיה

גידול בתרבית לקבלת תאים מתחלקים

תאים במטפאזה

עצירה במטפאזה )טיפול במעכבים לעצירת התארכות סיבי הכישור(

טיפול היפותוני

קיבוע

צביעה

G banding

השיטה הנפוצה לצביעת כרומוזומים•טיפול בטריפסין לדנטורציה של החלבונים•Giemsaצביעת •לכל כרומוזום דגם אופייני של פסים כהים ובהירים• פסים עבור סט הפלואידי של כרומוזומים400כ-•Megabases 5-10כל פס שקול לכ- •רזולוציה יחסית גבוהה•(ATפסים כהים דלים בגנים )עשירים ב-•

פרישות במטפאזה• מטפאזות10-15סה"כ בחינת • מטפאזות30במידה ויש חשד לאברציה סורקים • מטפאזות5 עד 3אנליזה מדוקדקת ל-•צילום הכרומוזומים לסידור בזוגות•תוכנה ממוחשבת לסידור הכרומוזומים•

(karyotype)תכולת הכרומוזומים בתא

46,XX 46,XY

(Idiogram )אידיוגרמה

Q (Quinacrine) banding G bandingצביעה פלואורצנטית מקבילה ל-

מתאימה לאזורים דחוסים במיוחדYמתאימה במיוחד לאיתור שינויים ב-

R (Reverse) bandingG banding ל- צביעה הופכית

CGהעדפה לאזורים עשירים ב-Xמתאימה במיוחד לאיתור שינויים ע"ג

צביעת כרומוזומים פלואורסנטיות

אפליקציה סוג צביעה

הסתכלות על כרומוזומים בודדים FISHבחינת קריוטיפ SKYבחינת קריוטיפ CGH

צביעות כרומוזומים עם גלאים פלואורצנטים

Centromerespecific

Uniquesequence

Partialchromosome

paint

Wholechromosome

paint

sat WCPPCPBAC/YAC

InterphaseFISH

SKY (Spectral Karyotyping)

CGH (Comparative Genomic Hybridization)

שינוים כרומוזומלים מורשים באדם

תהיה הפרעה כרומוזומלית 80 הריונות ב-1,000מתוך (Y או X יחסר כרומוזום מין )14ב-• עודף16 יהיה כרומוזום 11ב-• עודף21 יהיה כרומוזום 4ב-• עודף18 יהיה כרומוזום 2ב-•ליתר יהיו אברציות אחרות•

יסתיימו בהפלה טבעית75 ההריונות הלא תקינים 80מתוך ה-( יתפתחו לוולדות חיים:5היתרה )• עודף18 עם כרומוזום 0.1• עם חסר של כרומוזום מין0.1•21 עם תוספת של כרומוזום 1• עם תוספת של כרומוזום מין1.5• עם אברציות אחרות2•

שינויים כרומוזומליים - סוגים

שינויים במספר

(Aneuploidyהכפלה של כרומוזומים בודדים )(Polyploidyהכפלות של סדרות שלמות )

שינויים במבנה

שברים ואיחוי

כוללים: חסרים, תוספות, אינברסיות, טרנסלוקציות, כרומוזום טבעתי, איזוכרומוזום

עוברים צעירים(/ קונסטיטוטיביים )בגמטותשינויים כרומוזומליים

נרכשים )בתאים סומטים(

שינויי מספר בכרומוזומים בודדים (Aneuploidy)

השינוי הכרומוזומלי הכי שכיח• של כרומוזום בודד(2n-1) או חסר (2n+1)כרוך בתוספת •בשלבי חלוקה ראשונים מקור: על-פי רב בביציות ועוברים•רובם לא חיוניים, לא ניתן למצוא בולדות חיים•

לכרומוזומי המין (2n+1)יוצאים מן הכלל הם הטריזומיות 21, ו-13,18והאוטוזומים

מה התדירות?•

מה המקור )אב או •אם?(

מה המנגנון?•

באדם(2n+1)טריזומיות

תדירות באוכלוסיה

לידות 1,000)מתוך חי(

השינוי הכרומוזומלי

1.5 47,XY/XX,+21

0.12 47,XY/XX,+18

0.07 47,XY/XX,+13

1.5 47,XXY

0.4 45,XO

1.5 47,XYY

0.65 47,XXX

הפלות ספונטניות

52% ( 2n+1 )טריזומיה

18% (2n-1)מונוזומיה

17% (3n)טריפלואידיה

2-4% שינויי מבנה

רוב העוברים עם השינויים הכרומוזומלים מופלים באופן טבעי במהלך •ההתפתחות ברחם

השינוי הנפוץ ביותר באדם הוא טריזומיה•

תדירות אנאואפלואידיה במהלך ההתפתחות

סוג השינוי תדירות

שונים 1-2%זרע

שונים ביצית 20%~

שונים עוברים 20%~טרום-השרשה

45,X; +16; +21; +22 הפלות ספונטניות 50%

+13+ ;18+ ;21 לידות מת 4%(24)משבוע

+13; +18; +21; XXX; XXY; XYY

לידות חי 0.3%

תאים( בעלי קריוטיפ תקין8 )שלב של 3 מעוברי יום 36% רק •

מהעוברים נמצאה שונות כרומוזומלית בין התאים )מוזאייקה(50% ב-•

בראשית ההתפתחות העוברית חלה סלקציה כנגד תאים עם הרכב כרומוזומלי לא תקין

טריזומיות מוכרות באדם

47,XX,+18 or 47,XY,+18

תדירות1/6,000לידות חי

תסמינים:- גפיים מעוותות

- פיגור קשה- פגיעה רב מערכתית

- שורדים חודשים ספורים

18 (Edwards Syndrome)

47,XX,+13 or 47,XY,+13

לידות תדירות 1/12,000חי

13 (Patau Syndrome)

תסמינים:- חיך ושפה שסועים

- פיגור קשה- פגיעה רב מערכתית

- שורדים חודשים ספורים

( Down Syndrome) 21 טריזומיה

47,XX,+21 or 47,XY,+21

תדירות1/700לידות חי

תסמינים:- מראה פנים אופייני )עיניים מלוכסנות,

אוזניים קטנות, פנים שטוחים, לשון בולטת מהפה(

- פיגור שכלי35- מפתחים אלצהיימר החל מגיל

(80%- רפיון שרירים )(40%- מומי לב מולדים )

(1%- לויקמיה )

כרומוזומים הפרדת-המנגנון לטריזומיה: אי (non-disjunction)במיוזה

המקור לתסמונת דאון

גיל האם לתינוקות עם תסמונת דאון

הסיכון לתסמונת דאון כתלות בגיל האם

כתלות בגיל האם21טריזומיה תדירות

Maternal1st meiotic division2nd meiotic divisionSub total

Paternal1st meiotic division2nd meiotic divisionSub total

Mitotic division

73%18%91%

1.7%2.3%

4 %

5%

21 גיל האם מהווה גורם סיכון מובהק לטריזומיה • עיקר הטעויות מתרחשות כתוצאה מאי הפרדה של הכרומוזומים בחלוקה הראשונה של המיוזה•

הבדלים בגמטוגנזה בין זכרים ונקבות)במטרה למצוא קשר בין גיל ואיכות ביציות(

נקבותזכרים

רב הטעויות מתרחשות במהלך הגמטוגנזה אצל האםרובן במהלך החלוקה המיוטית הראשונה

בקבוצת הכרומוזומים האקרוצנטרים מתרחשות טעויות גם במיוזה IIה-

אצל האםI אי-הפרדה מתרחשת אך ורק במיוזה ה-16בטריזומיה II אי-הפרדה יותר נפוצה במיוזה ה-18בטריזומיה

מקור יתר הטריזומיות באדם

הקשר בין רקומבינציה במיוזה וגיל האם

עדויות בחיות מודל מרמזות על קשר הפוך בין אי הפרדה ושעור רקומבינציה במיוזה

: הפרעה ברקומבינציה במיוזה מושפעת מגיל האםהשערה21ל- (n+1) דיזומיות : להעריך את שעור הרקומבינציה בגמטותהמטרה

Lamb and Sherman (2005)- כתוצאה מאי-הפרדה בחלוקה המיוטית 21 מיקרים של טריזומיה 400

הראשונה קבוצות לפי גיל אם בעת ההתעברות3חלוקה ל-

קביעת תדירות ומיקום השחלופים באמצעים מולקולרים

מסקנות:יש התאמה בין העדר שחלוף ותדירות אי ההפרדה, אך היא לא תלוית גיל•בנשים צעירות אי-הפרדה נמצאת בקורלציה עם היווצרות ביוולנטים לא •

יציבים ע"י שחלופים בטלומריםהשפעת הגיל על חוסר הפרדה כנראה מתבטאת באופן אחר•

)אובדן הבקרה על מחזור התא?(

ביוולנטים לא יצבים )טלומרים(Iבמיוזה

העדר שחלופים גיל האם

80% 52% < 29

33% 29% 29-34

14% 45% 34<

10% 16% קבוצת ביקורת

שינויי מספר בכרומוזומי המין

שינויים יותר נסבלים• עודף, יתרה של תוצרי גנים אחראים בקביעת המיןYכרומוזום • עודף, אינאקטיבציה של הכרומוזומים המיותריםXכרומוזום •

X (Turner syndrome (45,XOמונוזומיה ל-

1:2,500תדירות בנשים

היחידה שניתן למצוא באדם המונוזומיהתסמינים:רק מעטות שורדות

מתות בראשית ההתפתחות העוברית( 98% )רובן נמוכות, עקרות

שינויים נוספים בכרומוזומי המין

X (47,XXX)טריזומיה

פנוטיפ נורמלי בתאXהשתקה של כל כרומוזומי ה-

מלבד אחד

1:500תדירות בגברים

(XXY תסמונת קליינפלטר (

תסמינים:עקרות

מבנה גוף אופיני

הכפלת סדרות שלמות של כרומוזומים (Polyploidy)

(3n). טריפלואידיה 1

(4n). טטרפלואידיה 2

סדרות חד-הוריות )מולות וטרטומות(

( Teratoma). טרטומות 3 אקטיבציה של ביציות )פרתנוגנזה( )תכולת כרומוזומים אימהית בלבד(

(Mole). מולות 4הפריה כפולה של ביצית ללא חומר גנטי )תכולת כרומוזומים אבהית בלבד(

Normal UPD heterodisomy isodisomy

Uniparental Disomy (UPD)

השלכות:ביטוי לא מאוזן של אלל אימהי ואבהי )גנים מוחתמים הורית(

(UPD isodisomy)הומוזיגוטציה למוטציות רצסיביות

UPDUPD

UPD

n+1

trisomy

UPD

n+1 n-1

UPD

UPD

n-1

monosomy

Normal

disomy

Gametes

Zygote

Soma

UPDמנגנונים אפשריים ל-

Prader-Willi syndrome(Maternal 15 UPD)

Angelman syndrome(Paternal 15 UPD)

שינויים במבנה הכרומוזום

הרבה יותר נדירים משינויים במספר הכרומוזומים•גם אם חיוניים בד"כ גורמים לבעיות בפוריות•כרוכים בשבירה של לפחות כרומוזום אחד•

סוגים:טרנסלוקציה: החלפה של מקטעים בין כרומוזומים לא

שברים ואיחוי2הומולוגים, שברים בכרומוזום יחיד, היפוך ואיחוי2אינברסיה:

אינסרציה: תוספת מכרומוזום אחרחסר: אובדן של מקטע

02_20.jpg

Cri du Chat 46,del(5)[ p14.2]

1:20,000-1:50,000תדירות

תסמונות מוכרות כתוצאה מחסרים

Williams syndrome46,del(7)[q11.23]

1:7,500-1:20,000תדירות

DiGeorge syndrome46,del(22)[q11.2]

1:4,000תדירות

טרנסלוקציות