שינויים כרומוזומלים באדם 6.11.08 - תורשת האדם

1. שינויים כרומוזומלים באדם6.11.08 - תורשת האדם

2. הכרומוזום: מבנה דחוס של מולקולת דנ"א ארוזה בחלבונים

3. תכולת הדנ"א בתא משתנה כתלות במחזור התא

4. חלוקה משווה (מיטוזה) בתאים הסומטים מיטוזה: מתרחשת בתאים הסומטים 2n כרומוזומים חלוקה יחידה אין זיווג בין הומולוגים רקומבינציה בין הומולוגים נדירה התוצרים זהים חלוקת השוואה -

5. חלוקת הפחתה (מיוזה) בתאי הנבט מיוזה: מתרחשת תאי הנבט n כרומוזומים 2 חלוקות עוקבות זיווג בין כרומוזומים הומולוגים רקומבינציה הכרחית תוצרים נבדלים גנטית חלוקת הפחתה -

6. האלמנטים הדרושים לכרומוזום פונקציונלי 1. צנטרומר - מחלק את הכרומוזום לשתי זרועות קצרה (p) וארוכה (q) 2. טלומרים - קצות הכרומוזום (2 לכל כרומוזום) 3. מקור השכפול (ORIs, Origin of Replication) - רצפים שמהם מתחיל תהליך שכפול ה-DNA Synthetic human mini-chromosome

7. הצנטרומר • אזור בדנ"א המורכב מעותקים רבים של רצף חוזר מסוג alpha-satellite • מיקומו מחלק את הכרומוזום לשתי זרועות קצרה (p) וארוכה (q) • מהווה את נקודת החיבור בין כרומטידות אחיות בעת הכפלת הדנ"א ובמהלך חלוקת התא • אחראי על תנועת הכרומוזום על-גבי סיבי הכישור LSI(21) LSI(13)

8. טלומרים • מהווים את קצות הכרומוזום (2 לכל כרומוזום) • מגנים על קצות הכרומוזומים ושומרים על שלמותם • באדם מורכב מרצף חוזר של TTAAGGG באורך של 3-20kb • מתוחזק ע"י האנזים טלומראז • קיצור הטלומרים מתרחש באופן קבוע עם חלוקות התא • אובדן טלומרים גורם : לאיחוי בין כרומוזומים, • לחוסר יציבות גנומי ולמוות תאי מתוכנן

9. הטרוכרומטין • הגדרה: אזורים של כרומטין אשר נשארים דחוסים גם במהלך האינטרפאזה • מאפיינים: אזורים עם שעתוק מועט עוברים הכפלת דנ"א יחסית מאוחר בשלב ה-S מועשרים במודיפיקציות אפיגנטיותאופיניות עמידים בפני DNase I 2 סוגים : הטרוכרומטין קונסטיטוטיבי: צנטרומרים, טלומרים ורצפים חוזרים אחרים בגנום עניים בגנים הטרוכרומטין פקולטטיבי: כרומוזום Xאינאקטיבי בנקבות Euchromatin Heterochromatin

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

11. הגדרות • ציטוגנטיקה - בחינה ויזואלית של כרומוזומים ברמה מיקרוסקופית • קריוטיפ(karyotype) - תכולת הכרומוזומים בגרעין - תמונת כרומוזומים • אידיוגרמה(idiogram) - תמונה מסודרת של הקריוטיפ

12. צביעת כרומוזומים במטפאזה ביופסיה גידול בתרבית לקבלת תאים מתחלקים תאים במטפאזה עצירה במטפאזה (טיפול במעכבים לעצירת התארכות סיבי הכישור) טיפול היפותוני קיבוע צביעה

13. G banding • השיטה הנפוצה לצביעת כרומוזומים • טיפול בטריפסיןלדנטורציה של החלבונים • צביעת Giemsa • לכל כרומוזום דגם אופייני של פסים כהים ובהירים • כ-400 פסים עבור סט הפלואידי של כרומוזומים • כל פס שקול לכ- 5-10 Megabases • רזולוציה יחסית גבוהה • פסים כהים דלים בגנים (עשירים ב-AT) • פרישות במטפאזה • סה"כ בחינת 10-15 מטפאזות • במידה ויש חשד לאברציה סורקים 30 מטפאזות • אנליזה מדוקדקת ל-3 עד 5 מטפאזות • צילום הכרומוזומים לסידור בזוגות • תוכנה ממוחשבת לסידור הכרומוזומים

14. תכולת הכרומוזומים בתא(karyotype) 46,XX 46,XY

15. אידיוגרמה (Idiogram)

16. R (Reverse) banding צביעה הופכית ל-G banding העדפה לאזורים עשירים ב-CG מתאימה במיוחד לאיתור שינויים ע"ג X Q (Quinacrine) banding צביעה פלואורצנטית מקבילה ל-G banding מתאימה לאזורים דחוסים במיוחד מתאימה במיוחד לאיתור שינויים ב-Y

17. צביעת כרומוזומים פלואורסנטיות

18. צביעות כרומוזומים עם גלאים פלואורצנטים sat BAC/YAC PCP WCP Partial chromosome paint Whole chromosome paint Centromere specific Unique sequence Interphase FISH

19. SKY (Spectral Karyotyping)

20. CGH (Comparative Genomic Hybridization)

21. שינוים כרומוזומלים מורשים באדם מתוך 1,000 הריונות ב-80 תהיה הפרעה כרומוזומלית • ב-14 יחסר כרומוזום מין (X או Y) • ב-11 יהיה כרומוזום 16 עודף • ב-4 יהיה כרומוזום 21 עודף • ב-2 יהיה כרומוזום 18 עודף • ליתר יהיו אברציות אחרות מתוך ה-80 ההריונות הלא תקינים 75 יסתיימו בהפלה טבעית • היתרה (5) יתפתחו לוולדות חיים: • 0.1 עם כרומוזום 18 עודף • 0.1 עם חסר של כרומוזום מין • 1 עם תוספת של כרומוזום 21 • 1.5 עם תוספת של כרומוזום מין • 2 עם אברציות אחרות

22. שינויים כרומוזומליים - סוגים קונסטיטוטיביים (בגמטות/עוברים צעירים) שינויים כרומוזומליים נרכשים (בתאים סומטים) שינויים במספר הכפלה של כרומוזומים בודדים (Aneuploidy) הכפלות של סדרות שלמות (Polyploidy) שינויים במבנה שברים ואיחוי כוללים: חסרים, תוספות, אינברסיות, טרנסלוקציות, כרומוזום טבעתי, איזוכרומוזום

23. שינויי מספר בכרומוזומים בודדים (Aneuploidy) • השינוי הכרומוזומלי הכי שכיח • כרוך בתוספת (2n+1) או חסר (2n-1) של כרומוזום בודד • מקור: על-פי רב בביציות ועובריםבשלבי חלוקה ראשונים • רובם לא חיוניים, לא ניתן למצוא בולדות חיים יוצאים מן הכלל הם הטריזומיות(2n+1) לכרומוזומי המין והאוטוזומים 13,18, ו-21

24. טריזומיות(2n+1) באדם • מה התדירות? • מה המקור (אב או אם?) • מה המנגנון?

25. רוב העוברים עם השינויים הכרומוזומלים מופלים באופן טבעי במהלך ההתפתחות ברחם • השינוי הנפוץ ביותר באדם הוא טריזומיה

26. תדירות אנאואפלואידיה במהלך ההתפתחות

27. רק 36% מעוברי יום 3 (שלב של 8 תאים) בעלי קריוטיפ תקין • ב-50% מהעוברים נמצאה שונות כרומוזומלית בין התאים (מוזאייקה)

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

29. טריזומיות מוכרות באדם 18 (Edwards Syndrome) 13 (Patau Syndrome) 47,XX,+13 or 47,XY,+13 לידות חי1/12,000תדירות תסמינים: - חיך ושפה שסועים - פיגור קשה - פגיעה רב מערכתית - שורדים חודשים ספורים תסמינים: - גפיים מעוותות - פיגור קשה - פגיעה רב מערכתית - שורדים חודשים ספורים 47,XX,+18 or 47,XY,+18 לידות חי1/6,000תדירות

30. טריזומיה 21 (Down Syndrome) תסמינים: - מראה פנים אופייני (עיניים מלוכסנות, אוזניים קטנות, פנים שטוחים, לשון בולטת מהפה) - פיגור שכלי - מפתחים אלצהיימר החל מגיל 35 - רפיון שרירים (80%) - מומי לב מולדים (40%) - לויקמיה (1%) לידות חי1/700תדירות 47,XX,+21 or 47,XY,+21

31. המנגנון לטריזומיה: אי-הפרדתכרומוזומים(non-disjunction) במיוזה

32. המקור לתסמונת דאון

33. גיל האם לתינוקות עם תסמונת דאון

34. 45y-1:32 40y-1:112 39y-1:146 38y-1:189 37y-1:242 36y-1:307 35y-1:384 הסיכון לתסמונת דאון כתלות בגיל האם

36. תדירותטריזומיה 21 כתלות בגיל האם Maternal 1st meiotic division 2nd meiotic division Sub total Paternal 1st meiotic division 2nd meiotic division Sub total Mitotic division 73% 18% 91% 1.7% 2.3% 4 % 5% • גיל האם מהווה גורם סיכון מובהק לטריזומיה 21 • עיקר הטעויות מתרחשות כתוצאה מאי הפרדה של הכרומוזומים בחלוקה הראשונה של המיוזה

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

38. מקור יתר הטריזומיות באדם רב הטעויות מתרחשות במהלך הגמטוגנזה אצל האם רובן במהלך החלוקה המיוטית הראשונה בקבוצת הכרומוזומים האקרוצנטרים מתרחשות טעויות גם במיוזה ה-II בטריזומיה 16 אי-הפרדה מתרחשת אך ורק במיוזה ה-I אצל האם בטריזומיה 18 אי-הפרדה יותר נפוצה במיוזה ה-II

39. הקשר בין רקומבינציה במיוזה וגיל האם עדויות בחיות מודל מרמזות על קשר הפוך בין אי הפרדה ושעור רקומבינציה במיוזה השערה: הפרעה ברקומבינציה במיוזה מושפעת מגיל האם המטרה: להעריך את שעור הרקומבינציה בגמטות דיזומיות (n+1)ל-21 Lamb and Sherman (2005) - 400 מיקרים של טריזומיה 21 כתוצאה מאי-הפרדה בחלוקה המיוטית הראשונה חלוקה ל-3 קבוצות לפי גיל אם בעת ההתעברות קביעת תדירות ומיקום השחלופים באמצעים מולקולרים

40. 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 בטלומרים • השפעת הגיל על חוסר הפרדה כנראה מתבטאת באופן אחר • (אובדן הבקרה על מחזור התא?)

41. שינויי מספר בכרומוזומי המין • שינויים יותר נסבלים • כרומוזום Y עודף, יתרה של תוצרי גנים אחראים בקביעת המין • כרומוזום X עודף, אינאקטיבציה של הכרומוזומים המיותרים

42. מונוזומיה ל-X (Turner syndrome(45,XO המונוזומיה היחידה שניתן למצוא באדם תסמינים: רק מעטות שורדות רובן (98%) מתות בראשית ההתפתחות העוברית נמוכות, עקרות תדירות 1:2,500 בנשים

43. שינויים נוספים בכרומוזומי המין טריזומיהX(47,XXX) (XXY תסמונת קליינפלטר ( פנוטיפ נורמלי השתקה של כל כרומוזומי ה-X בתא מלבד אחד תדירות 1:500 בגברים תסמינים: עקרות מבנה גוף אופיני

44. הכפלת סדרות שלמות של כרומוזומים (Polyploidy) 1. טריפלואידיה (3n) 2. טטרפלואידיה (4n)

45. סדרות חד-הוריות (מולותוטרטומות) 3. טרטומות(Teratoma) אקטיבציה של ביציות (פרתנוגנזה) (תכולת כרומוזומים אימהית בלבד) 4. מולות(Mole) הפריה כפולה של ביצית ללא חומר גנטי (תכולת כרומוזומים אבהית בלבד)

46. Uniparental Disomy (UPD) Normal UPD heterodisomy isodisomy UPD UPD השלכות: ביטוי לא מאוזן של אלל אימהי ואבהי (גנים מוחתמים הורית) הומוזיגוטציה למוטציות רצסיביות (UPD isodisomy)

47. מנגנונים אפשריים ל-UPD Normal n+1 n-1 n+1 n-1 Gametes Zygote disomy trisomy monosomy UPD Soma UPD UPD UPD

48. Angelman syndrome (Paternal 15 UPD) Prader-Willi syndrome (Maternal 15 UPD)

49. 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 הומולוגים, 2 שברים ואיחוי אינברסיה: 2 שברים בכרומוזום יחיד, היפוך ואיחוי אינסרציה: תוספת מכרומוזום אחר חסר: אובדן של מקטע

50. 02_20.jpg