שינויים כרומוזומלים באדם 6.11.08 - תורשת האדם שינויים כרומוזומלים באדם 6.11.08 - תורשת האדם

הכרומוזום: מבנה דחוס של מולקולת דנ"א ארוזה בחלבונים

תכולת הדנ"א בתא משתנה כתלות במחזור התא מחזור התא ביחס למספר הכרומוזומים: אינטפרפאזה – לא רואים כלום S – הכפלת כמות הדנ"א התארגנות לקראת המיוזה – כיווץ הכרומוזומים חלוקה 2 שלבים חשובים במיוחד: תקופת S – דרושה העתקה מדויקת, אחרת יש מוטציות שלב האנאפזה – חלוקה מדויקת של הכרומוזומים בין תאי הבת

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 -

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 -

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

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(13) LSI(21)

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

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 אפיגנטיות אופיניות עמידים בפני DNase I 2 סוגים : הטרוכרומטין קונסטיטוטיבי: צנטרומרים, טלומרים ורצפים חוזרים אחרים בגנום עניים בגנים הטרוכרומטין פקולטטיבי: כרומוזום X אינאקטיבי בנקבות Euchromatin Heterochromatin

Medium submetacentric 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 קבוצה כרומוזום מראה וגודל A 1-3 Largest metacentric B 4-5 Large submetacentric C 6-12 + X Medium submetacentric D 13-15 Medium acrocentric E 16-18 Small submetacentric F 19-20 G 21-22 + Y Small acrocentric

הגדרות ציטוגנטיקה - בחינה ויזואלית של כרומוזומים ברמה מיקרוסקופית - בחינה ויזואלית של כרומוזומים ברמה מיקרוסקופית קריוטיפ (karyotype) - תכולת הכרומוזומים בגרעין - תמונת כרומוזומים אידיוגרמה (idiogram) - 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 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

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

אידיוגרמה (Idiogram)

Q (Quinacrine) banding 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

צביעת כרומוזומים פלואורסנטיות סוג צביעה אפליקציה FISH הסתכלות על כרומוזומים בודדים SKY בחינת קריוטיפ CGH

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

SKY (Spectral Karyotyping)

CGH (Comparative Genomic Hybridization)

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

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

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 ועוברים בשלבי חלוקה ראשונים רובם לא חיוניים, לא ניתן למצוא בולדות חיים יוצאים מן הכלל הם הטריזומיות (2n+1) לכרומוזומי המין והאוטוזומים 13,18, ו-21

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

השינוי הנפוץ ביותר באדם הוא טריזומיה השינוי הכרומוזומלי תדירות באוכלוסיה (מתוך 1,000 לידות חי) 47,XY/XX,+21 1.5 47,XY/XX,+18 0.12 47,XY/XX,+13 0.07 47,XXY 45,XO 0.4 47,XYY 47,XXX 0.65 הפלות ספונטניות טריזומיה (2n+1) 52% מונוזומיה (2n-1) 18% טריפלואידיה (3n) 17% שינויי מבנה 2-4% רוב העוברים עם השינויים הכרומוזומלים מופלים באופן טבעי במהלך ההתפתחות ברחם השינוי הנפוץ ביותר באדם הוא טריזומיה

תדירות אנאואפלואידיה במהלך ההתפתחות סוג השינוי זרע 1-2% שונים ביצית ~20 % עוברים טרום-השרשה הפלות ספונטניות 50 % 45,X; +16; +21; +22 לידות מת (משבוע 24) 4 % +13; +18; +21 לידות חי 0.3 % +13; +18; +21; XXX; XXY; XYY

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

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

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

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

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

המקור לתסמונת דאון

גיל האם לתינוקות עם תסמונת דאון

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

תדירות טריזומיה 21 כתלות בגיל האם Maternal 1st meiotic division 2nd meiotic division Sub total Paternal 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

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

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

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

גיל האם העדר שחלופים ביוולנטים לא יצבים במיוזה I (טלומרים) < 29 52% 80% 29-34 29% 33% 34 < 45% 14% קבוצת ביקורת 16% 10% 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?)

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

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

שינויים נוספים בכרומוזומי המין טריזומיה X (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

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

סדרות חד-הוריות (מולות וטרטומות) 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)

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)

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

Prader-Willi syndrome Angelman syndrome (Paternal 15 UPD) Prader-Willi syndrome (Maternal 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 הומולוגים, 2 שברים ואיחוי אינברסיה: 2 שברים בכרומוזום יחיד, היפוך ואיחוי אינסרציה: תוספת מכרומוזום אחר חסר: אובדן של מקטע

02_20.jpg 02_20.jpg

תסמונות מוכרות כתוצאה מחסרים Cri du Chat 46,del(5)[ p14.2] תדירות 1:20,000-1:50,000 Williams syndrome 46,del(7)[q11.23] תדירות 1:7,500-1:20,000 DiGeorge syndrome 46,del(22)[q11.2] תדירות1:4,000

טרנסלוקציות