Основы клинической цитогенетики Xp 21

Основы клинической цитогенетики

Xp 21 46, XY, 9 ph 46, XX, 1 qh+, 21 pstk+mat 46, XX, t(3; 13)(q 29; q 13) 46, XY, 15 cenh+ 45, X 45, X/46, XX 47, XXY 47, XX, 9 ph, +21 47, XX, +18[20]/46, XX[2] 45, XY, der(13; 22)(q 10; q 10) 46, XX, t(2; 9)(p 22; p 23) 46, X, del(X)(qter p 21: ) 46, XY 47, XY, +18 48, XXYY 69, XXX 47, XX, +der(13)t(3; 13)(q 29; q 13) 47, XX, +mar

Клиническая цитогенетика – раздел медицинской генетики, изучающий связь изменений в кариотипе человека с патологией. Кариотип – совокупность морфологических особенностей полного хромосомного набора, свойственного клеткам данного биологического вида Мужчина – 46, XY Женщина – 46, ХХ Анализ кариотипа (кариотипирование) необходим для диагностики: § хромосомных болезней § некоторых онкологических заболеваний § моногенных болезней с признаками генетической нестабильности § моногенных болезней с нарушением дифференцировки пола

Хромосомные болезни • врожденные наследственные болезни, причиной которых являются геномные и несбалансированные хромосомные мутации Синдром Дауна Синдром Эдвардса Синдром крика кошки Синдром Патау Синдром Клайнфельтера Синдром Шерешевского -Тернера

Деление клеток Соматические клетки: митоз Половые клетки: мейоз

Хромосомные болезни Геномные мутации: üнерасхождение хромосом в мейозе

Хромосомные болезни Геномные мутации: ü нерасхождение хромосом в митозе Генетический мозаик – организм, развивающийся из одной зиготы, но имеющий клетки с разным кариотипом (геномом)

Хромосомные болезни Структурные перестройки хромосом Сбалансированные – не изменяется количество генетической информации в клетке, не изменяется работа генов (нормальный фенотип) Øтранслокации Øинверсии Несбалансированные – изменяется количество генетической информации в клетке (аномальный фенотип) Øделеции Øдупликации Øизохромосомы

ХРОМОСОМНЫЕ БОЛЕЗНИ Геномные мутации (изменение числа хромосом) • Спорадические • Гаметогенез родителей • Ранний эмбриогенез 69, ХХХ 47, ХY, +21 Хромосомные мутации (изменение структуры хромосом) • Гаметогенез родителей • Спорадические • Унаследованные от родителей – носителей сбалансированных хромосомных мутаций 46, XY, t(3; 4)(p 21; q 32)

Хромосомные болезни ØНаследственное заболевание ØИзменение конституционального кариотипа ØФенотипические проявления: • летальность • врожденные пороки развития АУТОСОМНЫЕ СИНДРОМЫ ГОНОСОМНЫЕ СИНДРОМЫ • Множественные врожденные • Отсутствие тяжелых пороков пороки развития развития • Резкое снижение • Нормальная продолжительность продолжительности жизни • Многочисленные микроаномалии • Задержка психомоторного • Нерезкая задержка психомоторного развития, умственная развития, нормальный интеллект отсталость • Ранняя диагностика • Диагностика в период полового созревания

Онкологические заболевания ØДиагностика опухолеспецифических хромосомных перестроек (транслокаций, инсерций, инверсий), результатом которых является активация протоонкогенов или возникновение химерных генов üДиагностика 75% химерных генов – опухоли системы кроветворения üВыбор необходимого лечения üПрогноз течения болезни Филадельфийская хромосома (Ph) – образование химерного гена BCR-ABL при хроническом миелолейкозе t(9; 22)(q 34; q 11)

Моногенные болезни ØДиагностика моногенных болезней с генетической нестабильностью, которая проявляется в виде множественных неспецифических структурных перестроек хромосом, увеличении СХО и нестабильности центромерных районов хромосом Анемия Фанкони Синдром Робертса Синдром Блума

Методы клинической цитогенетики Кариотипирование – диагностическое исследование хромосом пациента, которое включает в себя определение числа хромосом (исключение геномных мутаций) и анализ структуры хромосом (исключение хромосомных мутаций) Методы получения препаратов Стадия клеточного цикла хромосом Прямые: используются клетки, делящиеся in vivo • клетки костного мозга, • клетки цитотрофобласта Непрямые: используются клетки, делящиеся in vitro • лимфоциты периферической крови • фибробласты кожи • амниоциты

Методы клинической цитогенетики Культивирование лимфоцитов периферической крови Требования к биологическому материалу: 1. Использование антикоагулянта (гепарина) 2. Стерильность Культура лимфоцитов: • Кратковременная (72 ч) • Митоген (ФГА) • Цитостатик (колхицин) • Гипотоническая обработка клеток • Фиксация клеток • Приготовление препаратов

Нормальный кариотип человека Денверская классификация хромосом (1960 -1966 гг) • Рутинное окрашивание хромосом • Размер и морфология хромосом

Методы анализа кариотипа Дифференциальное окрашивание хромосом QFH/Ac RBA D Ag. NOR GTG

Методы анализа кариотипа

Методы анализа кариотипа • Идентификация всех хромосом • Анализ структуры хромосомы • Выявление полиморфизма хромосом

Парижская классификация хромосом человека • Дифференциально окрашенные хромосомы • Позволяет описать локус генома 1. Хромосома (1 -22, X, Y) 2. Плечо (p, q) 3. Район 4. Блок 5. Подблок 6. …

Описание локуса генома 10 q 21

Xp 21

Парижская классификация хромосом человека 9 q 21. 11

Полиморфизм хромосом человека ØИзменение величины или местоположения определенных участков хромосом, которое часто встречается в популяции и не имеет фенотипического проявления Ø Полиморфизму подвержены: § гетерохроматиновые блоки (h) хромосом 1, 9, 16, 15, Y § спутники (s) коротких плеч акроцентрических аутосом § спутничные нити (stk) коротких плеч акроцентрических аутосом satellit e Satellite stalk

Полиморфизм хромосом человека

Полиморфизм хромосом человека

Полиморфизм хромосом человека

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

Обозначение полиморфных вариантов хромосом 16 qh+ increase in length of the heterochromatin on the long arm of chromosome 16 Yqh- decrease in length of the heterochromatin on the long arm of the Ychromosome 21 ps+ increase in length of the satellite on the short arm of chromosome 21 22 pstk+ increase in length of the satellite stalk on the short arm of chromosome 22 15 cenh+pat increase in length of the centromeric heterochromatin of the chromosome 15 inherited from the father 1 qh+, 13 cenh+, 22 ps+ increase in length of the heterochromatin on the long arm of chromosome 1, increase in length of the centromeric heterochromatin of the chromosome 13, increase in length of the satellite on the short arm of chromosome 22 15 cenh+pstk+ps+ increase in length of the centromeric heterochromatin of the chromosome, the satellite stalk, and the size of satellites on the same chromosome 15

Обозначение полиморфных вариантов хромосом Yqs satellites on the long arm of the Y chromosome 9 phqh heterochromatin in both the short and the long arms of chromosome 9 9 ph heterochromatin only in the short arm of chromosome 9 21 pss double satellites on the short arm of chromosome 21

Методы анализа кариотипа Fluorescent in situ hybridisation (FISH)

Принципы проведения FISH CEP 9 CEP 15 CEPX CEPY CEP 18 ДНК пробы для FISH LSI 5 p 15. 2 v. CEP (Chromosome Enumeration Probe) § α- сателлитная ДНК (центромеры) § III сателлитная ДНК (1, 9, 16, 15, Y) v. LSI (Locus Specific Identificator) § микроделеционные пробы § онкологические пробы v. WCP (Whole Chromosome Paints) v. TEL (Telomere probe)

Методы анализа кариотипа Сравнительная геномная гибридизация (CGH)

Принципиальная схема a. CGH

Сравнительная геномная гибридизация Результаты сравнительной геномной гибридизации ДНК клеток бластоцисты (зеленое мечение) с референсной ДНК 46, XY (красное мечение). Результат верифицирован методом FISH Fragouli E et al. Hum. Reprod. 2011; 26: 480 -490 © The Author 2010. Published by Oxford University Press on behalf of the European Society of Human Reproduction and Embryology. All rights reserved. For Permissions, please email: journals. permissions@oup. com

Методы анализа кариотипа üСтандартное кариотипирование на метафазных хромосомах с помощью методов дифференциального окрашивания (геномные мутации, хромосомные мутации, выявляемые на уровне 300 -850 блоков). üМолекулярно-цитогенетические методы (FISH) – уточняющая диагностика структурных перестроек хромосом, анализ мозаицизма, выявление аномалий числа отдельных локусов хромосом и структурных перестроек хромосом в интерфазных ядрах клеток. üМолекулярно-генетические методы (QF-PCR, array-CGH) – диагностика анеуплоидий по целым хромосомам и несбалансированных структурных перестроек хромосом без использования цитологических препаратов.

Патология кариотипа Percentage All spontaneous abortions 50 Up to 12 weeks 60 12 -20 weeks 20 Stillbirths 5

Патология кариотипа До 70% оплодотворенных ооцитов гибнет из-за аномалий кариотипа 60% спонтанных выкидышей раннего срока связаны с мутациями кариотипа Подавляющее большинство аномалий кариотипа – спорадические мутации Частота и спектр выявленных аномалий кариотипа у спонтанных абортусов (n=128)

16 Частота трисомий в спонтанных абортусах Почему не встречается трисомий 1 и 19?

Патология кариотипа Генетическая значимость хромосомы

Frequency of chromosomal abnormalities in the population Chromosome abnormalities in unselected newborns Abnormality Frequency (per 1000 births) All abnormalities 9. 1 Autosomal trisomies 1. 4 Balanced autosomal rearrangements 5. 2 Unbalanced autosomal abnormalities 0. 6 Sex chromosome abnormalities: in phenotypic males 1. 2 in phenotypic female 0. 75 Какие хромосомные патологии встречаются среди живорожденных детей? Чем плохо быть носителем сбалансированной хромосомной перестройки?

Abnormality Karyotype Numerical Chromosome Polyploidy Triploidy 69, XXX Abnormalities 69, XXY (Genomic mutations)* Aneuploidy Trisomy 47, XX(XY), +21 Down’s syndrome 47, XX(XY), +18 Edward’s syndrome 47, XX(XY), +13 Patau’s syndrome 47, XX(XY), +8 Trisomy 8 47, XX(XY), +9 Trisomy 9 47, XX(XY), +22 Trisomy 22 47, XXY Klinefelter syndrome *only viable 47, XXX Triple X syndrome Mosaicism (the presence of more then one cell line): 47, XYY Disomy Y syndrome For example 47, XX(XY), +21/46, XX(XY) Polysomy 48, XXXX Tetrasomy X 47, XY, +8[53]/46, XY[37] Pentasomy X 45, X/46, XX 49, XXXXX 45, X/46, XY 48, XXXY Klinefelter syndrome 45, X/47, XXX/46, XX 48, XXYY 49, XXXXY 49, XXXYY Monosomy 45, X Turner syndrome

normal monosony Х mosaicism Turner syndrome

Патология кариотипа Риск рождения ребенка с трисомией 21

Structural Chromosome Rearrangements (Chromosomal mutations)* Balanced Unbalanced Inversion 46, XX, inv(7)(p 11 q 11) Deletion 46, X, del(X)(p 21) 46, XY, inv(20)(p 11. 1 q 11. 2) 46, XX, del(4)(p 16) 46, XY, del(5)(p 15) Reciprocal 46, XX, t(1; 4)(q 42; q 21) 46, XX, del(5)(q 13 q 33) translocation 46, X, t(X; 6)(p 21; q 26) 46, X, r(X) 46, X, t(Y; 5)(q 11; p 15) Insertion 46, XX, ins(2; 1)(q 31; q 25 q 42) Duplication 46, XX, dup(9)(p 11 p 24) Robertsonian 45, XX, der(14; 22)(q 10; q 10) Isochromosome 46, XY, i(18)(p 10) translocation 45, XY, der(14; 21)(q 10; q 10) 46, X, i(X)(q 10) 45, XX, der(13; 14)(q 10; q 10) 46, XX, i(17)(q 10) *short system Detailed system: 46, XX, inv(7)(pter→p 11: : q 11→qter) 46, XX, t(1; 4)(1 pter→ 1 q 42: : 4 q 21→ 4 qter; 4 pter→ 4 q 21: : 1 q 42→ 1 qter) 46, XX, ins(2; 1)(2 pter→ 2 q 31: : 1 q 25→ 1 q 42: : 2 q 31→ 2 qter; 1 pter→ 1 q 25: : 1 q 42→ 1 qter) 45, XY, der(14; 21)(14 qter→ 14 q 10: : 21 q 10→ 21 qter) 46, X, del(X)(qter→p 21: ) 46, XX, dup(9)(qter→p 11: : p 24→pter)

Сбалансированные хромосомные мутации Гаметогенез у носителей хромосомных мутаций Инверсии

Сбалансированные хромосомные мутации Гаметогенез у носителей хромосомных мутаций Реципрокная транслокация

Сбалансированные хромосомные мутации Гаметогенез у носителей хромосомных мутаций Робертсоновская транслокация

Патология кариотипа Носительство сбалансированной структурной перестройки

Патология кариотипа Носительство сбалансированной структурной перестройки Носители сбалансированных транслокаций между негомологичными хромосомами могут иметь здоровых детей, но имеют высокий риск рождения ребенка с хромосомной болезнью. Носительство транслокаций между гомологичными хромосомами - неблагоприятный фактор для деторождения 46, XX, der(14; 21)(q 10; q 10), +21 46, XY, der(21; 21)(q 10; q 10)

Показания для цитогенетического обследования: Множественные врожденные пороки развития у новорожденного Умственная отсталость с сочетании с врожденными пороками развития или дизморфиями Нарушение полового развития Мужское и женское бесплодие Спонтанные аборты, мертворождения и рождение детей с пороками развития