citogenetikai alapfogalmak, kromoszóma...

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CYTOGENETIK Seminar

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Cytogenetik/Zytogenetik

untersucht die Chromosomen und ihre Rolle

während der Vererbung.

Das Ziel von Zytogenetik ist:

1. diagnostisieren die Chromosomenstörungen.

2. lokalisieren die (oft abnormale)

chromosomale Regionen / DNA-Sequenzen .

Cytogenetik

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Chromatin: ist die nicht kondensierte DNA, die werden mit Proteinen beigefügt

(während der Interphase des Zellzyklus)

Chromosom: ist die kondensierte DNA mit Proteinen beigefügt (während der

M-Phase des Zellzyklus)

Karyotyp: bezeichnet alle Eigenschaften der Chromosomenansatz eines Individuums/

Zellkernes und die Anzahl der Chromosomen (zB 46 XY, 47 XYY)

Karyogramm: ist die paarweise und angeordnete zu photografierende

Chromosomenansatz

Idiogramm: ist die schematische Darstellung der Chromosomen nach abnehmende

Grösse und Form

Die menschliche Zellen enthalten normalerweise 46 Chromosomen:

44 Autosomen und

2 Geschlechtschromosomen.

Cytogenetische Begriffe

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Karyotyp

46 XX

Karyogramm Idiogramm

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Menschliche

Chromosomen werden sich

in teilenden Zellen

(Knochenmark / Plazenta-

Zellen, Lymphozyten)

untersucht.

Der Zellzyklus und

der Nachweis der

Chromosomen

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1. Chr.

(human)

DNA Länge 50

mm

Chr. Länge 3-4

µm

10.000 x Kondensation!

Aufbau der Chromosomenstruktur

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Aufbau des

Chromosoms

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Die Geschichte der Identifizierung des menschlichen Chromosoms

1879. Arnold: Erste Visualisierung der menschlichen Chromosomen.

1888. Waldeyer: Das Geburt des Wortes Chromosom (Chroma: Farbe, soma: Körper)

1882. Walther Flemming: 20-28 Chromosomen in den Zellen der Hornhaut

1921. T.S. Painter: 48 menschlichen Chromosomen, X & Y-Chromosomen (Wissenschaft)

1956. Jo Hin Tijo und Albert Levan: 46 menschlichen Chromosomen (Hereditas)

1959. Lejeune: Trisomie 21 = Down-Syndrom

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1960. Denver: Die menschlichen Chromosomen wurden von 1 bis 22 nummeriert, in der

Reihenfolge der Größe, mit Ausnahme der Geschlechtschromosomen. Die 22 Chromosomen

wurden in 7 Gruppen eingeteilt.

1963. London: der Schriftzug der Gruppe (AG) wurde angenommen

1966. Chicago: chromosomale Syndrome wurden markiert

1971. Paris, die 1976. Mexiko, 1978. Stockholm: Chromosom Banding

1995. ISCN: International System (für Menschen) Cytogenetische Nomenklatur

Kariotyping conferences

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46, XX

Die Gruppen des Chromosomansatzes

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46, XY

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Chromosomstruktur

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Chromosombänderung Die Chromosombänderungstecniken verwenden verschiedene

Färbungen um die Chromosomen und

Chromosomenstrukturänderungen zu zeigen.

Die folgende Bänderungstechniken sind oft verwendet:

G-bänderung: Giemsa Färbung

R-Bänderung: (rückwärts) geändert Giemsa Färbung

C-Bänderung: Centromer spezifische Färbung

T-Streifen: Telomer spezifische Färbung

Q-Streifen: Quinacrin Färbung (fluoreszierend)

Der kurze und lange

Chromosomarmen

werden aufgrund der

Färbungsmuster

nummeriert.

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Q-banding G-banding

R-banding C-banding T-banding

Chromosomenbänderung

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Die menschliche Krankheiten, die stammen von verschiedenen Karyotypen,

werden durch Aneuploidien, Translokationen oder Deletionen verursacht.

Chromosomale Abnormalitäten

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ANEUPLOIDIE

Die Aneuploidie ist eine numerische Chromosomenaberration, einzelne Chromosomen

zusätzlich zum üblichen Chromosomensatz vorhanden sind oder fehlen

(am häufigstenTrisomien und Monosomien).

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MITOTISCHE

NON-DISJUNCTION

MEIOTISCHE

NON-DISJUNCTION

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MEIOTISCHE NON-DISJUNCTION—>

ANEUPLOIDIE

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MEIOTISCHE/MITOTISCHE NON-DISJUNCTION

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numerische Chromosomenabnormalitäten

Euploid Chromosomenmutationen: Triploidie (3n), Polyploidie

Aneuploid Chromosomenmutation

Autosomale Häufigkeit Geschlechtschro

mosomale

Häufigkeit

Trisomie

Trisomie des 21. Chr.

Down-Syndrom 1/700 47, XXX Triplo-

X-Syndrom 1/1000 in

Frauen


Edwards- Syndrom 1/13000 47, XXY

Klinefelter-

Syndrom

1/1000 in

Männer


Patau-Syndrom 1/15000 47, XYY

Doppel-Y-

Syndrom

1/1000 in

Männer

Selte Trisomien 3-,7-,8-,9-,12-

,14-,15-,19-,22-es

Monosomie 45, X0 Turner-

Syndrom 1/2500 in

Frauen

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AUTOSOMALE ANEUPLOIDIE:

DOWN-SYNDROM

22 Kariotyp: Trisomie des 21. Chromosoms


DOWN-SYNDROM

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Der mütterliche Alter und die Wahrscheinlichkeit des

Down-syndroms

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Kariotyp: Trisomie des 18. Chromosoms


EDWARDS-SYNDROM

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Geschlechtschromosomale Aneuploidien:

26 Kariotyp: 45X0

Geschlechtschromosomale Aneuploidien: :

TURNER-SYNDROM

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KLINEFELTER-SYNDROM

Kariotyp: 47XXY

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TRIPLE X-SYNDROM

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Geschlechtschromosomale Aneuploidien :

XYY-SYNDROM

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Klassifizierung der strukturelle Chromosomenanomalien aufgrund der Zahl der

Chromosomenbrechungen

terminális deléció

1 törés

reciprok transzlokáció centrikus fúzió

vagy

Robertson-féle

transzlokáció

2 különböző kromoszómán

paracentrikus inverzió

uazon a kromoszóma

karon

gyűrű kromoszóma pericentrikus inverzió

ellentétes kromoszóma

karon

uazon a kromoszómán

2 törés

inszerció

3 törés2 különböző

kromoszómán

szerkezeti kromoszóma aberráció

1 Brechung 2 Brechung 3 Brechung

An denselben

Chromosomarm An gegenseitigen

Chromosomarm

An denselben Chromosom An 2 verschiedenen Chromosomen

Strukturelle Chromosomaberrationen

An 2 verschiedenen

Chromosomen

Terminale Deletion Insertion

Reziproke Translokation Zentrische

Fusion

oder

Robertson

Translokation

Parazentrische

Inversion

Ringchromosom Perizentrische

Inversion

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DELETION

Ein Stück eines Chromosoms geht verloren

Kartierung mit Hilfe der Deletionen

Interstiziale Deletion - Prader-Willi; Angelman Syndromen del15 (q11-

13), Williams-Syndrom

Terminale Deletion – ein Chromosom verliert des Telomers – schwierige

Symptomen zB.: Cri du chat Syndrom

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TRANSLOKATION

Die Zahl der Brechungen ist mehr als 1.

Die Brechungstellen sind im Fall der reziproken

Translokation:

- an denselben (homologen) Chromosomen

- an zwei verschiedenen Chromosomen

Die Brechungstelle sind meistens in den nicht kodierende Regionen

(die Proportion der kodierende Regionen sind nur 5-10 %)

Balancierte Translokation

Wenn die Brechungstelle ist innerhalb eines Gens, das Genprodukt:

- kann eine neue Funktion bekommen (selten)

-wird in anderen Mengen hergestellt

- verlort seine Funktion

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RING CHROMOSOM

nach serielle Telomerdeletionen bilden die

Chromosomen einen Ring

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INVERSION

Parazentrische Inversion Perizentrische Inversion

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Kongenitale Krankheiten nach Deletionen

Deletion Symptom

Kurzer Arm des 5. Chr. (del 5p) Katzenschreien, mentale Retardierung, Herzstörungen

Kurzer Arm des 18. Chr. Körperliche und geistige Retardierung

Langer Arm des X Chr. (Fragile X) Autism, karakteristisches Gesicht

Langer Arm des 22 Chr. Entwicklungsstörung in der Schilddrüse

Langer Arm des 13. Chromosoms Augenkrebs

Kongenitale Krankheiten nach Translokationen

TRANSLOKATION Symptom

ein Teil des 4. Chromosoms wird auf das 20. übergeträgt

Geistige Retardierung, deformiertes Gesicht

Ein Teil des X -> 13. Translokation Geistige Retardierung

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Erworbene Deletionen in Tumor

DELETION TUMOR

APC-Gene Kolorektalkrebs

Retinoblasztoma Tumor in irgendwelcher

P53 In jeden Organen

22. kromoszóma deléció Akute myeloische Leukämie

TRANSLOKATION TUMOR

9-22 Chromosom (Philadelphia-

Chromosom)

Chronische myeloische Leukämie

8-14 Chromosom Burkitt – Lymphom

8-21 Chromosom Akute myeloische Leukämie

Erworbene Translokationen in Tumor

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Das Fragile X-Syndrom (FXS) ist eine

der häufigsten Ursachen erblicher

kognitiver Behinderung des Menschen.

Klinische Symptomen:

-Grosser Kopf, schmales

Gesicht, grosse Ohren

-mild - schwere mentale

Retardierung

- 1/3 der behinderten Frauen

haben mentale Retardierung

Xq27.3 ist die häufigste zerbrechliche

Region

X fra(X) fra(X) Y

FRAGILES X SYNDROME

Xq27.3

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Die Mutation wirkt die CGG Trinukleotid Repeats des Gens FRAXA in der Region Xq28

Die Expansion der CGG Repeaten entsteht beim „mütterlichen Übertragung”

Es ist den 5’ Teil der nicht transkribierenden Region begleitet

die Verlängerung dieser Region folgt die Hemmung der Expression durch Methylieung

Das FMR1 Protein ist ein RNA-bindendes Protein

Für die mentale Retardation ist wahrscheinlich das mGluR5 (metabotrope glutamate receptor)

verantwortlich

FRAGILES X SYNDROME

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CGG

CGG

5-50 repeat

CGG

50-200 repeat

200 - repeat

Gesund

‘Prämutation’

Vollständige Mutation

FMR-1 Gen

FRAGILE X SYNDROM

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FISH: FLUORESCENT IN SITU

HIBRIDISATION

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FISH

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Die Behandlung der Proben: nach einer kurzen Fixierung wird die markierte Probe (Sonde)

auf unseren Probe pipettiert, nach ein-paar Stunden lang Hibridisierung wird die zusätzliche

markierte Probe (Sonde) gewaschen, dann werden die Chromosomen unter UV-Fluoreszenz

Mikroskop sofort untersucht.

.

FISH

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Verschiedene Arten der FISH Probe Mit Hilfe den Chromosom-spezifischen Testen werden die numerischen

Chromosomenanomalien detektiert.

Die X (rote) und Y (grüne) Chromosom-

spezifische Sonden in normalen männlichen

und weiblichen Zelkernen

Die Proben hybridisieren zu einem Abschnitt

der Chromosomen.

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Wenn jedes Chromosom wird mit einer anderen Farbe gemalt - painting Sonde – ist es möglich

neben der numerischen Chromosomenabnormalitäten die Translokationen auch unterzusuchen

Mit der Benutzung der färblichen Sonde wird jede Chromosom gut identifiziert,

zB. die relative grosse 1. (link), die kleineste 22. (in der Mitte) und 3. (recht)

Chromosomen.

Verschiedene Arten der FISH Probe

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Kariotyp Kariogram

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Identifizierung die Gonosomen.

In einem gesunden weiblichen Zellkern sind 2 X , in einem gesunden männlichen ist nur 1 X

Chromosom.


Identifizierung der Geschlechtschromosomen

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Die Locus-oder Gen-spezifische Sonde wird ein bestimmtes Zielgen identifiziert, und zeigt

die Position auf dem Chromosom, oder das Fehlen des Gens, oder die Duplikation des Gens,

als auch die Translokation, Deletion eines Tumorsuppressorgens.

Das RB1-Gen des13. Chromosoms ist sichtbar in zwei Kopien (rote Punkte)


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Locus specifische FISH Probe für

verschiedene Syndromen • Prader-Willi Syndrom 15q11-13

• Angelman Syndrom 15q11-13

• Di-George Syndrom /VCFS 22q11.2

• Williams Syndrom 7q11.23

• Wolf-Hirschhorn Syndrom 4p16.3

• Cri du Chat Syndrom 5p15.2

• Kallmann Syndrom Xp22.3

• SRY Gen Yp11.3

• X-verbundene Ichthyosis Xp22.3

• Retinoblastoma (RB1-Gen) 13q14

• Smith-Magenis Syndrom 17p11.2

• Miller-Dieker Syndrom 17p13.3

49 Pränatale Untersuchung von Down-Syndrom

Medizinische Verwendung der FISH Proben

50 Das p53 Tumorsuppressor-Gen ist sichtbar mit einem

lokusspezifischer Probe in den Zellkernen der leukaemischen Zellen.

Medizinische Verwendung der FISH in

Tumoren Die Deletion der

erb-B2, EGFR und myc Gene wurden in vielen

Tumoren beobachtet (welche sind Onkogene),

als auch die RB und p53 Gene (welche sind

Tumorsuppressore).

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Die Detektierung das Philadelphia Chromosom ist leichter mit FISH Proben in kronische

myeloische Leukaemie (CML), als mit anderen Methoden.

Philadelphia Chromosom

(Ph1) abl (Abelson cluster region) kodiert

ein Tyrosine Kynase Protein

bcr (breakpoint cluster region)

Medizinische Verwendung

der FISH

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Normalerweise das Gen BCR findet sich an das 22.,

das ABL Gen an 9. das Chromosom.

Nach der Translokation werden die zwei Gene oft fusioniert.

Medizinische Verwendung des FISH

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Verschiedene Arten des FISH

Telomerspezifische Probe

Telomer

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Das Barrkörperchen Regel: #BB = #X-1

zwei Barrkörperchen:

-> XXX

Die Funktion der X Inaktivierung:

Dosiskompensation der Genprodukte X Chromosoms

Heterochromatinisation: Gene werden inaktiv durch:

Xist RNS

DNS-Methylierung

Histon-Methylierung

X-CHROMOSOM INAKTIVIERUNG

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- Es ist ein random Prozess

- Während der frühen Embryogenese ist das Prozess schon aktiv

- Das Ergebniss ist unumkehrbar


http://www.eagle.ca/~roda/RodMerArts/SwallowHill/CatPics/Kiisu3B.jpg

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die Pseudoautosomale Region bleibt auf den inaktiven X

Chromosomen aktiv!

XX XO

?

Die Pseudoautosomale Region ist auch auf den X und Y Chromosom vorhanden.

Dieser Region versichert eine normale Chiasmabildung und Segregation während der

Meisose.


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Anhidrotische Ektodermale Dysplasie:

Schweissdrüsen sind nur in den Flecken aktiv


Bei Menschen: Mosaicism

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Bestimmen Sie das Genotyp aufgrund

der folgenden Kariogramme !

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Lösung

• Turner syndrom (X monosomie - XO)

• Down syndrom (21 trisomie)

• Klinefelter syndrom (XXY)

• Normale Frau (XX)

• Normaler Mann (XY)

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Viel Glück bei der Prüfung!

citogenetikai alapfogalmak, kromoszóma...

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