Χρωμοσωμικές ανωμαλίες

Transcript

1 Χρωμοσωμικές ανωμαλίες

2 Τα φυλετικά χρωμοσώματα Xρωμόσωμα Χ Xρωμόσωμα Υ Κατανομή γονιδίων στο Χ Κατανομή γονιδίων στο Υ Μέγεθος : 57 Μb Γονίδια : 40 ~250 νοσήματα συνδεδεμένα με το Χ και <20 με το Υ Μέγεθος : 155 Μb (6% του γονιδιώματος) Γονίδια : > 700

3 Απενεργοποίηση του χρωμοσώματος Χ Κατά την πρώιμη εμβρυική ανάπτυξη, στα θηλυκά σωματικά κύτταρα το ένα χρωμόσωμα Χ απενεργοποιείται Εξίσωση των επιπέδων έκφρασης των γονιδίων που χαρτογραφούνται στο Χ, στα δύο φύλα Κέντρο απενεργοποίησης του Χ Γονίδιο ΧΙST Το XIST RNA προσελκύει παράγοντες που προκαλούν συμπύκνωση της χρωματίνης και υπερμεθυλίωση Μεταγραφική καταστολή των γονιδίων ΧΙST RNA Απενεργοποιημένο Χ ΧΙST: ανενεργό, ενεργό

4 Χρωμόσωμα Χ μητρικής προέλευσης Χρωμόσωμα Χ πατρικής προέλευσης Ζυγωτό Έμβρυο κατά την απενεργοποίηση του Χ Έμβρυο με κλώνους κυττάρων Ενήλικογενετικό μωσαϊκό Απενεργοποίηση: ~3 μέρες μετά τη γονιμοποίηση, ολοκληρώνεται στα τέλη της πρώτης βδομάδας ανάπτυξης, κύτταρα.

5 Το Barr body αντιπροσωπεύει το απενεργοποιημένο χρωμόσωμα Χ θηλυκό άτομο XX θηλυκό άτομο XXΧ

6 Το Xist ευθύνεται για την απενεργοποίηση του χρωμοσώματος Χ: Το RNA του Xist εντοπίζεται μόνο στο απενεργοποιημένο Χ Η έκφραση του Xist προηγείται της απενεργοποίησης του Χ Αν το Xist είναι μεταλλαγμένο και τα δύο χρωμοσώματα Χ παραμένουν ενεργά Αν το Xist τοποθετηθεί σε αυτοσωμικό χρωμόσωμα, τότε αυτό απενεργοποιείται Tsix : ένα antisense μετάγραφο, συμπληρωματικό του Xist, που παράγεται από την συμπληρωματική αλυσίδα Tsix εκφράζεται σε υψηλά επίπεδα από το ενεργό χρωμόσωμα Χ και σε χαμηλά από το ανενεργό Πιθανώς εμποδίζει τη συσώρευση του Xist που μεταγράφεται πολύ πρώιμα από το ενεργό Χ Ορισμένα γονίδια «ξεφεύγουν» από την απενεργοποίηση, κυρίως από την ψευδοαυτοσωμική περιοχή Στις γυναίκες: ~15% των γονιδίων του Χ εκφράζονται και από τα δύο χρωμοσώματα (στα ποντίκια το 3%) Ορισμένα γονίδια εμφανίζουν ιστοειδικές διαφορές ως προς την απενεργοποίησή τους

7 ΠΕΡΙΠΤΩΣΕΙΣ ΜΗ ΤΥΧΑΙΑΣ ΑΠΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΣΗΣ ΤΟΥ ΧΡΩΜΟΣΩΜΑΤΟΣ X Στις περισσότερες περιπτώσεις ασθενών με δομικές ανωμαλίες του Χ, απενεργοποιείται το δομικά ανώμαλο X Στην περίπτωση ισοζυγισμένης χρωμοσωμικής μετάθεσης του Χ με αυτοσωματικό χρωμόσωμα (Χ ; αυτοσ.) απενεργοποιείται το φυσιολογικό X Στους μη ισοζυγισμένους απογόνους ατόμου με ισοζυγισμένη μετάθεση του Χ, απενεργοποιείται το μετατεθειμένο Χ ; αυτόσωμα που περιέχει το κέντρο απενεργοποίησης. Το φυσιολογικό Χ παραμένει ενεργό. Το πατρικό χρωμόσωμα Χ απενεργοποιείται στις εξω-εμβρυονικές μεμβράνες

8 Λεκιθικός ασκός 4 η εβδομάδα κύησης 6 η- 7 η εβδομάδα κύησης Μετανάστευση γεννητικών κυττάρων Αδιαφοροποίητη γονάδα Φυλετική διαφοροποίηση γονάδα Φυλετική διαφοροποίηση γονάδας Φλοιός Μυελός Απουσία του Υ Παρουσία του Υ Ο μυελός σχηματίζει τον όρχι Αναστολέας των πόρων του Muller Αναστέλλονται Ο φλοιός σχηματίζει την ωοθήκη Δεν σχηματίζονται πόροι του Wolff, ανάπτυξη πόρων του Muller που σχηματίζουν εσωτερικά γεννητικά όργανα Τεστοστερόνη (ανδρογόνο) Ανάπτυξη πόρων του Wolff που εξελίσσονται στα εσωτερικά αρσενικά γεννητικά όργανα

9 Καθορισμός του φύλου στα θηλαστικά Το 1959 με χρωμοσωμική ανάλυση των συνδρόμων Turner και Klinefelter: Γενετικοί παράγοντες στο χρωμόσωμα Y των θηλαστικών είναι σημαντικοί για τον καθορισμό του αρσενικού φύλου

10 Καθορισμός του φύλου στα θηλαστικά Το γονίδιο SRY (sex-related Y) στο χρωμόσωμα Υ των θηλαστικών επάγει την ανάπτυξη αρσενικού ατόμου, κατά την εμβρυογένεση

11 Η παρουσία του SRY επάγει την ανάπτυξη αρσενικού ατόμου, ανεξάρτητα από την παρουσία του υπόλοιπου Υ Διαγονιδιακό ποντίκι ΧΧ που φέρει την περιοχή Sry αναπτύσσεται σε αρσενικό με όρχεις και φυσιολογική αρσενική συμπεριφορά (και στείρο) Tο 25% των θηλυκών ατόμων XY φέρουν μεταλλαγές στο SRY

12 To SRY κωδικοποιεί μία πρωτείνη με μοτίβο HMGπρόσδεση στο DNA και μεταγραφική ενεργοποίηση SRY DNA

13 Τουλάχιστον ένα επιπλέον γονίδιο είναι απαραίτητο για την ανάπτυξη των όρχεων Sox9: μεταγραφικός παράγοντας (HMG) σε αυτοσωμικό χρωμόσωμα Εκφράζεται στην αδιαφοροποίητη γονάδα και στα δύο φύλα και η έκφρασή του διατηρείται στους όρχεις Πιθανώς ενεργοποιείται από το SRY Άτομα ΧΧ με επιπλέον αντίγραφο του SOX9 αναπτύσσονται σε αρσενικά ακόμα και απουσία του SRY Διαγονιδιακά θηλυκά ΧΧ με διαγονίδιο Sox9 αναπτύσσουν όρχεις

14 Dax1 Ταυτοποιήθηκε λόγω διπλασιασμού μιας περιοχής του χρωμοσώματος Χ που οδήγησε στην διαφοροποίηση ατόμων ΧΥ σε θηλυκά Μεταγραφικός παράγοντας, αρχικά εκφράζεται και στα δύο φύλα και αργότερα στην ωοθήκη

15 Ένα πιθανό μοντέλο

16 Τεχνικές χρώσεις των χρωμοσωμάτων Χρώση Giemsa: ζώνες ανά απλοειδική σειρά Καρυότυπος

17

18 Καρυότυπος ατόμου με τριπλοειδία

19 Ιδεόγραμμα-Ονοματολογία

20 Ανάλυση FISH σε μεταφασικά χρωμοσώματα Διακριτική ικανότητα ~1-2Mb Ανιχνευτής για το χρωμόσωμα 20 Ανιχνευτής για τελομερές

21 Ανάλυση FISH σε μεσοφασικά χρωμοσώματα (fiber FISH) Διακριτική ικανότητα ~0,1Mb Mapping at the 10kb level. Για ανίχνευση ελλειμμάτων σε κλώνους Για ταυτοποίηση χασμάτων κατά τη φυσική χαρτογράφηση

22 Χρώση των χρωμοσωμάτων Διαφορετικές φθορίζουσες χρωστικές

23 ΧΡΩΜΟΣΩΜΙΚΕΣ ΑΝΩΜΑΛΙΕΣ Ευθύνονται για: 50% ΤΩΝ ΑΥΘΟΡΜΗΤΩΝ ΑΠΟΒΟΛΩΝ ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΑ ΑΠΟ 60 ΣΥΝΔΡΟΜΑ ΕΜΦΑΝΙΖΟΝΤΑΙ ΣΤΟ ~0.7% ΤΩΝ ΒΡΕΦΩΝ ΕΜΦΑΝΙΖΟΝΤΑΙ ΣΤΟ 2 % ΤΩΝ ΚΥΗΣΕΩΝ ΜΗΤΕΡΩΝ ΑΝΩ ΤΩΝ 35

24 Ανωμαλίες στη δομή των χρωμοσωμάτων Αποτέλεσμα θραύσης και ανώμαλης ανασύστασης χρωμοσωμάτων Αμοιβαία μετάθεση 46,XY,t(6;9)(q24;p23)

25 ΓΑΜΕΤΕΣ Φορέας αμοιβαίας μετάθεσης Σύναψη στη μείωση α δ γ β α γ δ β Διαχωρισμός Εναλλασσόμενος (α+β / γ+δ) Παρακείμενος-1 (α+δ / γ+β) Παρακείμενος-2 (α+γ / δ+β) Φυσιολ. Ισοζυγ. Μη Ισοζυγ. Μη Ισοζυγ.

26 Μη ισοζυγισμένη μετάθεση

27 Μετατόπιση κατά Robertson Μεταξύ ακροκεντρικών χρωμοσωμάτων (13, 14, 15, 21, 22) 45,XX,der(13;14)(q10;q10) 4% του συνδρόμου Down: 46, XX, -14, + t (14q21q) είναι απόγονοι φορέων μετάθεσης κατά Robertson

28 Σχηματισμός γαμετών σε άτομο με μετατόπιση κατά Robertson

29 Ελλείμματα Έλλειμμα και ένθεση del(18)(pter p11.2) del(18)(p11.2)

30 Ταυτοποίηση μικροελλειμμάτων με FISH Ανιχνευτής για την περιοχή 22q11.2 Ανιχνευτής-control για το χρωμόσωμα 22

31

32 Σύνδρομα DiGeorge VCF (velocardiofacial) 1/4000 γεννήσεις Σύνδρομα απλοανεπάρκειας Έλλειμμα ~ 30 γονιδίων Καρδιακές ανωμαλίες Δυσμορφίες Μαθησιακές δυσκολίες Ποια γονίδια ευθύνονται?

33 Πολύ σημαντικός ο ρόλος του γονιδίου Tbx

34 ~1.6 Mb έλλειμμα στο 7q11.23 Σύνδρομο Williams-Beuren έλλειμμα του γονιδίου της ελαστίνης (υπεύθυνο για στένωση αορτής) καρδιακές ανωμαλίες, δυσμορφία προσώπου, διανοητική καθυστέρηση, ανωμαλίες συμπεριφοράς

35

36 Σύνδρομα ελλειμμάτων αυτοσωμικών χρωμοσωμάτων Σύνδρομο κλάματος γαλής (5p-) (cri-du-chat) ~ 1/ % των παιδιών με διανοητική καθυστέρηση Σποραδικές περιπτώσεις ή από γονείς-φορείς μεταθέσεων Ο φαινότυπος εξαρτάται από το μέγεθος του ελλείμματος Χαρακτηριστικό προσωπείο Μη φυσιολογική ανάπτυξη του λάρυγγα στα έμβρυα Αναπνευστικά προβλήματα Συνήθως με φυσιολογική διάρκεια ζωής Κρίσιμη περιοχή : 5p15

37 Χρωμοσωμικό έλλειμμα λόγω σχηματισμού δακτυλιοειδούς χρωμοσώματος (ring chromosome) Έχουν ταυτοποιηθεί για όλα τα χρωμοσώματα Φαινότυπος εξαρτάται από έλλειμμα χρωμοσωμικών τμημάτων Π.χ. r(20): επιληψία r(13), r(14): διανοητική καθυστέρηση κ.λπ. Πρόβλημα κατά τη μίτωση (αποχωρισμός χρωματίδων στην ανάφαση), θραύση του δακτυλίου, συγχώνευση, σχηματισμός μικρότερων/μεγαλύτερων δακτυλίων

38 Χρωμοσωμικό έλλειμμα λόγω σχηματισμού ισοχρωμοσώματος i (Xq) Turner i (18p), i (12p) σε αιματολογικούς και συμπαγείς όγκους i(18p) ισοχρωμόσωμα 18p διάγνωση με FISH και ανιχνευτή για το 18cen

39 Σύνδρομα Angelman-Prader Willi Μικροέλλειμμα στο 15q11-q13 Angelman: 1: Σοβαρή διανοητική καθυστέρηση, διαταραχές του λόγου, σπασμούς, δυσμορφίες (προεξέχουσα γλώσσα, μεγάλη γνάθο) Έλλειμμα στο μητρικής προέλευσης χρωμόσωμα Prader Willi: 1: Ήπια-μέτρια διανοητική καθυστέρηση, κοντή σωματοδομή, μικρά άνω & κάτω άκρα, μικρά εξωτερικά γεννητικά όργανα, παχυσαρκία Έλλειμμα στο πατρικής προέλευσης χρωμόσωμα

40 Μονογονεϊκή δισωμία πατρικό μητρικό πατρικό μητρικό

41 Θηλυκογενετικά-ανδρογενετικά έμβρυα ποντικού Θηλυκογενετικά: αρχικά φυσιολογική ανάπτυξη, πολύ μειωμένη η ανάπτυξη εξωεμβρυικών μεμβρανών Ανδρογενετικά: φυσιολογική ανάπτυξη εξωεμβρυικών μεμβρανών, ανώμαλες εμβρυικές δομές ΔΙΑΦΟΡΙΚΗ ΜΕΘΥΛΙΩΣΗ ΚΑΙ ΜΕΤΑΓΡΑΦΙΚΗ ΑΠΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΣΗ ΚΑΤΑ ΤΗ ΓΑΜΕΤΟΓΕΝΕΣΗ

42 Imprinting (Γονιδιακή αποτύπωση) Τα πατρικής προέλευσης γονίδια είναι ενεργά ενώ τα μητρικής προέλευσης ανενεργά (όχι όλα, ιστοειδικότητα, μεταλλάξεις) Prader-Willi, Angelman

43

44 Διπλασιασμοί 46,X,dup(X)(p11.2p22.1)

45 CMT1A Charcot-Marie-Tooth disease 1A Διπλασιασμός στο 17p12 Γονίδιο peripheral myelin protein 22 1/2500 άτομα Περιφερειακή νευροπάθεια περιφερειακών νεύρων (μυική ατροφία και αδυναμία)

46 Αναστροφή Αιμοφιλία A Αναστροφή που καταστρέφει το γονίδιο του παράγοντα VIII 46,XX,inv(9)(p13q13)

47 Περικεντρική αναστροφή χρωμοσώματος 3 Inv(3)(p25q21) Φορείς της αναστροφής: φυσιολογικοί Από μελέτη 53 απογόνων: - 7 αποβολές - 31 φυσιολογικοί - 15 πολλαπλές ανωμαλίες & πρόωρο θάνατο p25 cen q21 Χρ. 3 φυσιολογικό Χρ. 3 μη ισοζυγισμένο dup(3q21-qter); del(3p25-pter)

48 Ταυτοποίηση μικροσκοπικών ανωμαλιών με CGH (Comparative Genome Hybridization) Διακριτική ικανότητα <100kb Ταυτόχρονη υβριδοποίηση διαφορετικά σημασμένων DNAs Ταυτοποίηση αλλαγών στον αριθμό των αντιγράφων τμημάτων DNA BACs Μειονεκτήματα Δεν ταυτοποιούνται ισοσυγισμένες μετατοπίσεις Γονιδιωματικοί πολυμορφισμοί? Μικροσυστοιχίες

49

50

51 Ανωμαλίες στον αριθμό των χρωμοσωμάτων ΑΝΕΥΠΛΟΕΙΔΙΑ: -ΚΑΘΕ ΕΠΙΠΛΕΟΝ Ή ΛΙΓΟΤΕΡΟ ΧΡΩΜΟΣΩΜΑ ΑΠΟ ΤΟ ΦΥΣΙΟΛΟΓΙΚΟ 2Ν ΟΦΕΙΛΕΤΑΙ ΣΤΟ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΤΟΥ ΜΗ ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΥ (ΝΟΝ DISJUNCTION) = αποτυχία των χρωμοσωμάτων να διαχωριστούν φυσιολογικά κατά την κυτταρική διαίρεση (μείωση ή μίτωση) Πως μπορούμε να διακρίνουμε σε ποιο στάδιο (Ι ή ΙΙ) της μείωσης δεν έγινε σωστός διαχωρισμός?

52 Τρισωμίες αυτοσωμικών χρωμοσωμάτων Τρισωμία 21 (σύνδρομο Down) H πιο συχνή βιώσιμη τρισωμία αυτοσωμικού χρωμοσώματος 95%: χρωμόσωμα 21 x 3 Συχνότερη αιτία: Μη διαχωρισμός στη μητρική μείωση Ι 1 / 800 νεογνά, 1 / 300 νεογνά για μητέρες >35 ετών 47, ΧΧ (ή ΧΥ), +21 Δυσμορφία Διανοητική καθυστέρηση Καρδιοπάθεια Κίνδυνος λευχαιμίας Πρόωρη γήρανση Συμπτώματα Αlzheimer

53 Σύνδρομο Down και ηλικία της μητέρας

54 1 / γεννήσεις Πρόωρος θάνατος Ηλικία μητέρας Τρισωμία 13 (σύνδρομο Patau) λαγόχειλο πολυδακτυλία

55 1 / 8000 γεννήσεις Πρόωρος θάνατος Ηλικία μητέρας Τρισωμία 18 (σύνδρομο Edwards)

56 Διαταραχές φυλετικών χρωμοσωμάτων Οι φαινότυποι που συνδέονται με τις χρωμοσωμικές ανωμαλίες των φυλετικών χρωμοσωμάτων δεν είναι τόσο σοβαροί όσο εκείνοι που συνδέονται με διαταραχές των αυτοσωμικών χρωμοσωμάτων ΓΙΑΤΙ??

57 Σύνδρομο Turner (45, X) ~50% μωσαϊκά Συχνότητα: 1,5 / 100 συλλήψεις Γεννώνται 1/5000 κορίτσια Έλλειψη του Χ συνήθως λόγω μη αποχωρισμού κατά την σπερματογένεση Ενήλικα- στείρα Φυσιολογική ευφυΐα-συμπεριφορά Αυξημένη συχνότητα καρδιαγγειακώννεφρικών ανωμαλιών Θεραπεία (όχι πλήρης) με οιστρογόνα και αυξητική ορμόνη Σύνδρομο Klinefelter (47, XXY) Συχνότητα: 1/1000 γεννήσεις αγοριών (συνήθως στείρα) Μωσαϊκοί (15%) καρυότυποι με συμπτώματα του συνδρόμου Προκύπτουν από μειωτικό μη αποχωρισμό των φυλετικών χρωμοσωμάτων του πατέρα (κατά 40%) και της μητέρας (60%) Απενεργοποίηση του ενός Χ Μαθησιακά προβλήματα

58 ΕΥΘΡΑΥΣΤΕΣ ΧΡΩΜΟΣΩΜΙΚΕΣ ΘΕΣΕΙΣ ΣΥΝΗΘΕΙΣ (σε όλα τα άτομα) Aphidicolin (76) 5-azacytidine (4) BrdU (7) BrdU (2) ΣΠΑΝΙΕΣ (σε <5% του πληθυσμού) Distamycin A (5) Απουσία φυλλικού οξέος (22) Δυναμικές μεταλλαγές FRAXA (10q23.3) επέκταση επανάληψης σοβαρότητα ασθένειας ηλικία εμφάνισης (CGG) επέκταση (CGG) γενιές

59 Συντομογραφίες