Медицинская генетика СПб ГУ Ефимова Ольга

Медицинская генетика • СПб. ГУ • Ефимова Ольга Алексеевна

Лекция № 5 Упаковка ДНК. Хромосомы. Клеточный цикл • Уровни упаковки ДНК • Организация митотической хромосомы • Кариотип человека • Митоз • Мейоз

Эукариотическая клетка

Длина каждой соматической клетки человека: • 3, 2 млрд пар оснований • 2 метра Размер эукариотической клетки - от 10 до 50 мкм

Первый уровень упаковки ДНК - нуклеосомный «Бусины на нитке» Упаковка в 6 -7 раз Диаметр 10 нм

Нуклеосомы формируются за счет компактизации ДНК с белками-гистонами

Гистоны Н 2 А, Н 2 В, Н 3 и Н 4 формируют октамерные структуры, вокруг которых закручивается нить ДНК, образуя таким образом нуклеосомы

Схема расположения гистонов в нуклеосоме

Второй уровень упаковки ДНК - фибрилла диаметром 30 нм Гистон Н 1 обеспечивает взаимодействие между соседними нуклеосомами Упаковка 40 -70 раз

Третий уровень упаковки ДНК петлевые домены ДНК (хромомеры) 600 -700 кратная упаковка Требуются негистоновые белки!

Четвертый уровень упаковки ДНК - хромонемный

Уровни компактизации ДНК

Упаковка хроматина

Типы хроматина гетерохроматин эухроматин транскрипционно инертный факультативный (гетерохроматинизированный эухроматин) транскрипционно активный конститутивный

Хромосомы Хромосома – сложное надмолекулярное образование, состоящее из ДНК и белков Термин «хромосома» (греч. «окрашенное тело» ) был предложен В. Вальдейером в 1888 году (Waldeyer, 1888 ) Геномы эукариот организованы в виде хромосом – дискретных линейных надмолекулярных комплексов Цитогенетика – наука о структуре, функциях и эволюции хромосом

Строение хромосомы теломера Короткое плечо p (petite – fr. ) центромера Длинное плечо q (почему? ) теломера

Морфология хромосом метацентрические субметацентрические акроцентрические

Какие хромосомы можно отнести к каким типам?

Метафазная пластинка – хромосомы клетки, зафиксированные на стадии деления Кариограмма – упорядоченное расположение хромосом на основе их размера и морфологии

Соматические клетки диплоидны – каждая хромосома представлена двумя копиями – гомологами. Половые клетки гаплоидны – каждая хромосома представлена одной копией n – количество хромосом в гаплоидной клетке 2 n – количество хромосом в диплоидной клетке

Идиограмма – схематичное изображение хромосом

Кариотип – совокупность морфологических особенностей полного хромосомного набора, свойственного клеткам данного биологического вида Кариотип может быть описан формулой: число хромосом, включая половые запятая половые хромосомы Например: 46, XX – нормальный женский кариотип человека 46, XY – нормальный мужской кариотип человека

1956 год - установление точного числа хромосом в кариотипе человека – 46 (Tjio, Levan, 1956) Joe-Hin Tjio (1919– 2001) Albert Levan (1905– 1998)

В 1952 году Хсю (Hsu) удалось добиться хорошего качества препаратов митотических хромосом, благодаря открытому им способу гипотонической обработки материала Без гипотонической обработки После гипотонической обработки

Cytogenetics – study of chromosomes

Инактивация хромосомы Х при женском кариотипе Компенсация дозы генов, благодаря гетерохроматинизации одной из хромосом Х в каждой клетке при женском кариотипе Выбор хромосомы Х для инактивации случаен Инактивируются все хромосомы Х в клетке, кроме одной Инактивированная хромосома Х видна в неделящейся клетке – тельце Барра

Общие принципы описания кариотипа При описании кариотипа в первую очередь записывают общее количество хромосом, включая половые хромосомы, затем через запятую дается описание половых хромосом. Аутосомы описываются только в случае их изменений. 46, XX – нормальный женский кариотип 46, XY – нормальный мужской кариотип

Аномалии кариотипа человека • летальность • врожденные пороки развития

Изменения кариотипа Числовые аномалии хромосом (геномные мутации) Структурные перестройки хромосом (хромосомные мутации) инверсии полиплоидия Анеуплоидия Реципрокные транслокации инсерции триплоидия трисомия полисомия моносомия Робертсоновские транслокации делеции дупликации изохромосомы

Кариотипирование с использованием компьютерных программ

Автоматизация работ и программное обеспечение в микроскопических исследованиях

Типы деления клеток: 46 – Копирование клетки (генетическая информация идентична) 46 • митоз – Производство половых клеток (дочерние клетки получают половину хромосом) • мейоз 46 23 23 23

Клеточный цикл Интерфаза – период клеточного роста, подготовка к делению Митоз – период деления 1/7 -1/10 часть У дифференцировавшихся клеток, которые более не делятся, в клеточном цикле может отсутствовать G 1 фаза. Такие клетки находятся в фазе покоя G 0

Интерфаза: Пресинтетический период – G 1 Период синтеза ДНК – S Постсинтетический период – G 2

Хроматин в интерфазе, хромосомные территории Метафазные хромосомы Интерфазное ядро

Репликация ДНК (хромосом) Replication Condensation Schematic

Mitosis

Метафаза Метафазная пластинка

Ошибки митоза мозаицизм

Мейоз – это 2 следующих друг за другом деления клетки, которые лежат в основе образования гамет (половых клеток), содержащих один набор хромосом (n) Два деления мейоза: Мейоз II

интерфаза Мейоз II Профаза I Метафаза I Анафаза I Телофаза I Лептотена Зиготена Пахитена Диплотена Диакинез Мейоз I Профаза II Метафаза II Анафаза II Телофаза II

Мейоз I – редукционное деление

Sperm and Egg formation

Аномалии кариотипа часто наследуются из гамет родителей

Робертсоновские транслокации – транслокации между акроцентрическими хромосомами