Subtelne zmiany w chromosomach na przykładzie mikrodelecji.„Aberracje” bez konsekwencji fenotypowych. Subtelne zmiany w chromosomach na przykładzie mikrodelecji.

„Aberracje” bez konsekwencji fenotypowych.

DELECJE INTERSTYCJALNE - utrata części chromosmu na skutek jego podwójnego pęknięcia

i połączenia dystalnych odcinków, obejmująca acentryczny (interstycjalny) fragment znajdujący się między pęknięciami

DELECJE TERMINALNE - utrata części chromosmu na skutek jego pojedynczego pęknięcia

Mutacja chromosomalna - delecja

• pewne regiony chromosomów predysponowane do formowania delecji (tzw. regiony hot spot) np.: 15q11-q13, 16p13.3, 22q11

• pewne delecje (także duplikacje) pojawiają się częściej u danej płci - np. regiony 17p11.2, 17p12 i ogólnie chromosom X częściej podlegają rearanżacjom u mężczyzn

KLINICZNE PRZYPADKI MIKRODELECJI

Zespół Wolfa - Hirschhorna [46,XX,del(4)(p15.32p16.3)] -delecja terminalna w krótkim ramieniu chromosomu 4 (głównie region WHSC1 i WHSC2); Oprócz delecji terminalnej, mogą wystąpić: translokacja t(4;8)(p16;p23) lub t(11q;22q) , delecja interstycjalnej ramienia krótkiego, chromosom pierścieniowy; 87% przypadków - delecja de novo; częstość występowania około 1:50 000 urodzeń; częściej u dziewczynek (2:1); około 20% dzieci nie dożywa 2 r.ż

Cechy kliniczne:

• mikrocefalia (91%)

• upośledzenie umysłowe (100%)

• zaburzenia wzrastania w okresie płodowym (IUGR) (86%)

• zaburzenia wzrastania w okresie postnatalnym (76%)

• hiperteloryzm oczny (74%)

• hipoplazja żuchwy (69%)

• duże małżowiny uszne (69%)

• skolioza (66%)

• wady budowy narządów płciowych zewnętrznych (64%)

• szeroki, dziobiasty nos (64%)

• wąskie i wysoko sklepione podniebienie (podniebienie gotyckie) (57%)

• wrodzone wady serca (55%)

• napady padaczkowe (47%)

• zez (36%)

ZESPÓŁ CRI-DUCHAT - 46,XY, del(5p); 46,XX, del(5p); częstość występowania 1:50000

Cechy kliniczne:

• hiperaktywność, agresja, nagłe wybuchy złości,

• zdolność do samookaleczeń,

• powtarzające się ruchy,

• nadwrażliwość na dźwięk,

• nisko osadzone uszy, krótkie palce, nieprawidłowo mała żuchwa

• liczne wady wrodzone (np. anomalie w budowie krtani)

• uszkodzenie OUN

• upośledzenie umysłowe (IQ ~25)

• szczególny płacz dziecka przypominający miauczenie kota

ZESPÓŁ Williamsa-Beurena - del(7)(q11.23); częstość występowania ~1 : 10 000 - 20 000 żywo urodzonych; prawie zawsze de novo; Utrata ~ 25 genów, m. in. ELN (elastyna - składnik włókien sprężystych występujących w ścianie naczyń krwionośnych, płuc, w więzadłach i ścięgnach) - w diagnostyce wykorzystuje się sondę FISH specyficzną dla tego genu, LIMK1 (utrata związana z zaburzeniem procesów poznawczych i postrzegania), RCF2 (utrata związana z zaburzeniem procesu replikacji - zaburzenie tworzenia się kompleksu replikacyjnego, co ma też wpływ na proces wzrostu)

Cechy kliniczne:

• niski wzrost

• charakterystyczną dysmorfia twarzy, -"twarz elfa„: charakterystyczne małżowiny uszne, szerokie czoło, długa rynienka podnosowa, grube wargi, pogłębiona nasada nosa, niebieskie (~70%) lub zielone tęczówki

• wady układu krążenia

• upośledzenie umysłowe (od głębokiego do niewielkiego)

ZESPÓŁ Langera- Giediona - 46,XX,del(8)(q24.11q24.21)

Cechy kliniczne:

• łagodne lub umiarkowane problemy z uczeniem się

• niski wzrost

• charakterystyczne rysy twarzy, mała głowa, duże uszy, szerokie brwi, głęboko osadzone oczy, bulwiasty nos, długie, wąskie wargi, braki w uzębieniu

• nieprawidłowości w układzie kostnym

ZESPÓŁ Rubinsteina-Taybiego - del(16)(p13.3); delecja regionu zawierającego gen CREBBP (4-25% przypadków, białko związane ze wzrostem komórek, plastycznością neuronów);

mutacja genu EP300

Cechy kliniczne:

• małogłowie, skośno-dolne ustawienie szpar powiekowych, wąskie usta

• klinodaktylia, szerokie kciuki i paluchy,

• wrodzone wady serca i układu moczowego,

• zwężenie szczęki, hipoplazja żuchwy, wysoko wysklepione podniebienie, tyłozgryz, gruszkowate guzki na zębach,

• wnętrostwo,

• upośledzenie umysłowe

ZESPÓŁ Millera-Diekera - del(17)(p13.3); jeden z genów ulegających delecji to gen LIS1 (koduje enzym inaktywujący czynnik PAF związany z rozwojem mózgu) - wykorzystywany w diagnostyce jako marker (FISH z sondą dla LIS1)

Cechy kliniczne:

• lizencefalia (płaska powierzchnia kory mózgowej) z niewieloma szerokimi i grubymi zakrętami lub wieloma drobnymi fałdami,

• dysmorfia twarzy (obustronne spłaszczenie w płacie skroniowym, wysokie czoło, mały nos, wąska granica górnej wargi, mikrognacja = hipoplazja żuchwy),

• wady układu sercowo-naczyniowego, nerek, przewodu pokarmowego,

• opóźnienie umysłowe

Zespół Smith-Magenisa - del(17)(p11.2), u nielicznych pacjentów duplikacja tego regionu; w większości przypadków delecja de novo; delecja 80-100 genów; częstość występowania 1:15 000 urodzeń

Cechy kliniczne:

• dysmorfia twarzy (brachycefalia, szeroka twarz, wydatne czoło)

• upośledzenie umysłowe,

• zaburzenia snu związane z odwróceniem normalnego wzoru sekrecji melatoniny

• zmniejszenie wrażliwości na ból,

• charakterystyczny fenotyp

• neurobehawioralny (autoagresja, nadaktywność, nieposłuszeństwo),

• bezsenność,

• wady układu kostnego i układu sercowo-naczyniowego,

• wady oczu (wady tęczówki, odwarstwienie siatkówki)

Zespół Di-George- del(22)(q11.2); w około 90% przypadków powstaje de novo; najczęstszy zespół mikrodelecyjny, stwierdzany u 1/4000 osób; u większości pacjentów delecja ma wielkość 1,5 do 3 Mpz - region ten zawiera około 20-30 genów np. UFD1L (koduje białko szlaku ubikwityno-proteasomowego,odpowiedzialnego za degradację białek komórkowych), COMT (koduje enzym katecholo-O-metylotransferazę) - ujawnienie objawów psychiatrycznych; cecha charakterystyczna - zaburzenia rozwoju grasicy i jej aplazja (najczęściej w 6-10 tyg. życia płodowego)

Cechy kliniczne:

• wrodzone wady serca (74%)

• zaburzenia rozwoju podniebienia (69%)

• trudności w uczeniu (70-90%)

• pierwotny niedobór odporności (77%) spowodowany aplazją grasicy - konsekwencje: niedorozwój limfocytów grasiczozależnych (znaczny wzrost odsetka limfocytów B w stosunku do limfocytami T)

• wzmożona zapadalność na choroby wirusowe, bakteryjne i grzybicze (objawy w pierwszych 6 miesiącach życia)

• hipokalcemia (50%) powodowana niedorozwojem gruczołów przytarczycznych

• cechy dysmorficzne twarzy pod postacią antymongoidalnego ustawienia szpar powiekowych oraz rybich ust

DISOMIA JEDNORODZICIELSKA - diploidalny zestaw chromosomów, ale chromosomy jednej z par pochodzą TYLKO od jednego z rodziców; zwykle jest wynikiem naprawy stanu aneuploidalnego powstającego wskutek nieprawidłowej segregacji chromosomów w mejozie lub rzadziej w czasie podziałów mitotycznych komórek somatycznych; została dotychczas udokumentowana dla większości chromosomów z niemal trzykrotnie większą częstością disomii matczynej niż ojcowskiej (zróżnicowanie częstości UPD - uzasadnienie: aneuploidia powstaje częściej podczas gametogenezy żeńskiej)

Typy disomii

• izodisomia jednorodzicielska (UPIS) - oba chromosomy są identyczne (prowadzi do niej nondysjunkcja w mejozie II lub w mitozie)

• heterodisomia jednorodzicielska (UPHD) - chromosomy różnią się zestawem alleli (prowadzi do niej nondysjunkcja w mejozie I)

Zespoły spowodowane disomią jednorodzicielską: zespół Becwitha-Wiedemanna, zespół Prader-Williego, zespół Angelmana, zespół Silvera-Rusella

IMPRINTING - piętno gametyczne; jest to określony wzór metylacji genu, zależny od pochodzenia allela (od ojca, czy matki); wzorzec piętna genomowego ustalony jest od nowa w linii komórek płciowych w każdym pokoleniu (aktywność danego genu zależna od pochodzenia a nie od tego, czy dana kopia była aktywna u rodzica)

Zespół Pradera - Williego - częstość urodzeń = 1 dziecko/15 000 urodzeń

PRZYCZYNA

- u około 60-70 % dzieci brakuje małej części chromosomu 15q11-13 - od ojca

- w 25-30% przypadków dzieci otrzymują podwójny chromosom 15 od matki (disomia), a żadnego od ojca

- 5% stanowią translokacje - nowa mutacja, przy prawidłowym kariotypie rodziców

Cechy kliniczne:

• obniżenie napięcia mięśniowego oraz słaby odruch połykania u noworodków

• cechy dysmorficzne twarzy (twarz płaska z uniesioną namiotowato górną wargą, wąskie czoło, antymongoidalne ustawienie szpar powiekowych, skierowane w dół kąciki ust, małe usta)

• hiperpigmentacja skóry, tęczówek i włosów,

• niski wzrost,

• małe dłonie i stopy

• wady OUN (IQ ~50),

• zmiany zachowania,

• wysoki próg odczuwania bólu

TESTY ANALIZY WZORU METYLACJI - doskonałe metody przesiewowe - nie wymagają skomplikowanych i czasochłonnych czynności związanych z hodowla komórkową ; łatwe metodycznie i bardziej korzystne ekonomicznie, eliminują konieczność analizy DNA rodziców pacjenta; szczególnie przydatne u noworodków i małych dzieci, u których nie ujawniły się jeszcze charakterystyczne zespołom cechy kliniczne, u pacjentów, u których cechy kliniczne nie są jednoznaczne

MS - PCR - dwie pary starterów: Mat i Pat; cytozyny Mat - metylowane, Pat - niemetylowane; amplifikacja obejmuje fragment egzonu 1 genu SNRPN, umożliwia rozróżnienie DNA metylowanego od niemetylowanego po modyfikacji wodorosiarczanem IV sodu

Zespół Angelmana - dzieci rodzą się na ogół z ciąży o prawidłowym przebiegu, z masą i długością ciała w normie, pierwsze objawy nieprawidłowego rozwoju psychoruchowego -pomiędzy 6 a 9 miesiącem życia; stwierdza się mutacje genu UBE3A, kodującego enzym ligazę ubikwityny E3A, położonego w regionie 15q11-q13 konsekwencją większości mutacji jest powstawanie skróconej, nieaktywnej formy tego białka

Cechy kliniczne:

• opóźnienie rozwoju, bardzo słaby rozwój mowy

• dysmorfia twarzy (duże usta, wystający język, szeroko rozstawione zęby

• charakterystyczny nieprawidłowy zapis EEG

• liczne sensoryzmy (zaburzenia w odbiorze i przetwarzaniu bodźców zmysłowych)

WARIANTY CHROMOSOMÓW (HETEROMORFIZM CHROMOSOMÓW)

• podczas analizy kariotypu obserwowane są niekiedy pewne różnice w wyglądzie obu homologów tzw. heteromorfizm lub warianty chromosomowe różne od patologicznych zmian dla których zarezerwowany jest termin aberracje.

• warianty mogą być częste lub rzadkie (tzw. „prywatne warianty” - występowanie ograniczone do jednej rodziny)

Trzy grupy zróżnicowania chromosomowego (morfologia chromosomów odbiega od przyjętych standardów), nie mające konsekwencji klinicznych dla osób nosicieli :

• I Grupa - tzw. warianty chromosomowe

• II Grupa - translokacje heterochromatyny i obszarów organizatora jąderka między chromosomami

• III Grupa - tzw. rearanżacje euchromatyny (delecje i duplikacje, które z uwagi na swoją wielkość powinny przejawiać się szeregiem nieprawidłowości klinicznych, ale są obserwowane u zdrowych osób)

• Osobną grupę stanowią chromosomy markerowe, których obecność nie musi być związana z nieprawidłowym fenotypem.

CHROMOSOMY MARKEROWE - częstość występowania: 2-7/10 000 urodzeń; dodatkowe strukturalnie różne chromosomy znajdowane podczas cytogenetycznych badań pre- i postnatalnych są definiowane jako nadliczbowe chromosomy markerowe (SMCs); chromosomy markerowe występujące konstytucyjnie są małe (zwykle mniejsze od chromosomu 22); mogą to być chromosomy meta- lub akrocentryczne lub o strukturze pierścieniowej; zawierają 1 lub 2 centromery; często wykazują obecność satelitów; mogą wywodzić się z każdego chromosomu i mieć różny kształt; w około 60% przypadkach występowania sSMC powstają de novo, w 40% przypadków są dziedziczone

w około 30% przypadków obserwuje się kliniczne następstwa ich występowania

Wpływ obecności chromosomów markerowych na fenotyp zależy od:

• zawartości euchromatyny,

• pochodzenia chromosomowego,

• stopnia mozaikowatości

• rodzicielskiego pochodzenia

bardzo małe SMCs zawierające materiał pochodzący z krótkich ramion chromosomów 13, 14, 15 i 21 - niskie ryzyko nieprawidłowości klinicznych, w przeciwieństwie do wywodzących się z chromosomu 22

• SMCs(15) stanowią ~ 50% wszystkich markerów; pacjenci nosiciele SMC(15) złożonych wyłącznie z heterochromatyny lub/i z niewielkiej ilości euchromatyny (punkt pęknięcia: 15q11.1) są klinicznie zdrowi; większe SMC(15) obejmujące przynajmniej region 15q12 są przyczyną licznych defektów fenotypowych.

• Zaledwie 15% wszystkich SMCs wywodzi się z chromosomów nieakrocentrycznych, a potencjalne ryzyko konsekwencji klinicznych szacowane jest na 28%

• bez wpływu na fenotyp pozostają chromosomy markerowe zawierające heterochromatynę okołocentromerową chromosomów 1, 9 i 16, jak również te których obecność przyczynia się do częściowych proksymalnych trisomii regionów 2q, 3p, 3q, 5q, 7p, 8p, 17p i 18p.

• Poważne kliniczne konsekwencje towarzyszą obecności SMCs powodującej małe proksymnalne trisomie 1p, 1q, 2p, 6p, 6q, 7q, 9p i 12q.

• 1/3 przypadków SMCs to chromosomy występujące rodzinnie. Uważa się, że takie dziedziczne markery są nieszkodliwe, zwłaszcza jeśli są obecne u fenotypowo normalnych osób.

WARIANTY CHROMOSOMÓW (HETEROMORFIZM CHROMOSOMÓW)

Wyróżnia się cztery podstawowe grupy heteromorfizmu chromosomowego:

• wielkość Yq

• wielkość regionu heterochromatyny przycentromerowej chromosomów 1, 9 i 16 (1qh, 9qh, 16qh)

• polimorfizm satelitów

• miejsca łamliwe

Polimorfizm dotyczący wielkości chromosomów ma związek ze zmianą liczby kopii sekwencji powtarzalnego DNA!

WARIANTY CHROMOSOMU Y - Chromosom Y wykazuje największą zmienność spośród wszystkich chromosomów i u ok. 10% zdrowych mężczyzn jest znacząco dłuższy lub krótszy niż zazwyczaj; Gardner i Sutherland (2004) wyróżnili dwie kategorie morfologicznych wariantów chromosomu Y:

1. Ciągła zmienność w ilości pozytywnej w prążkowaniu C heterochromatyny długiego ramienia chromosomu Y( Yqh) - wpływa na wielkość chromosomu (bardzo mała = połowie wielkości chromosomu 22; ekstremalnie duża += porównywalna z chromosomem 13)

2. Zmienność nieciągła będąca skutkiem inwersji pericentrycznej, która prowadzi do przyjęcia przez chromosom Y metacentrycznego kształtu

Przykładem innych wariantów pozostających bez efektu fenotypowego dla ich nosicieli są tzw. satelitowane chromosomy Y (Yqs) - zrekombinowane chromosomy Y, powstają w wyniku translokacji pomiędzy chromosomem Y a krótkim ramieniem NOR-chromosomów; znane są również przypadki heteromorfizmu wynikającego z translokacji części heterochromatyny chromosomu Y (Yqh) na ramię p NOR-chromosomu np. t(Y;15) lub t(Y;22)

Warianty morfologiczne heterochromatyny konstytutywnej

• heteromorfizm prążków C dotyczy w szczególności wielkości przycentromerowych regionów chromosomów 1, 9, 16 oraz długiego ramienia chromosomu Y (warianty znane : 1qh, 9qh, 16qh i Ygh)

• heteromorfizm może też dotyczyć samego centromeru i wyraża się w różnej liczbie kopii sekwencji alfa satelitarnego DNA, co prowadzi do zmiennej wielkości centromeru

• inny rodzaj heteromorfizmu - zmienna pozycja centromeru wewnątrz regionu qh ww. chromosomów; często warianty te są określane jako inwersje heterochromatyny (najczęstszy wariant - inv(9))

MIEJSCA ŁAMLIWE

• obszary w chromosomie szczególnie podatne na pękanie chromatyd

• większość miejsc łamliwych jest związana z konkretnymi prążkami i występuje jako nieszkodliwe warianty, z wyjątkiem fra(X)(q27.3) i fra(X)(q28), które mają związek ze specyficznymi chorobami

• wyróżniane są trzy kategorie miejsc łamliwych na podstawie ich częstości w populacji:

• powszechne

• o średniej częstości występowania

• rzadkie (spotykane u 5% osób i w przeciwieństwie do tych częściej spotykanych występują tylko na jednym homologu)

przykłady: 2q13, 6p23, 9q32

WARIANTY EUCHROMATYNY (EVs)

• Wszystkie EVs koncentrują się w pięciu regionach: 8p23.1; 9p12; 9q12; 15q11.2 i 16p11.2

• Dodatkowy pozytywny prążek obserwowany w tych częściach chromosomów jest wynikiem rosnącej liczby kopii pseudogenów, a jego detekcja jest możliwa tylko kiedy amplifikacja przekroczy pewien specyficzny poziom

NIEZBALANSOWANE REARANŻACJE EUCHROMATYNY

Delecje - chociaż monosomie dotyczące obszarów euchromatyny przejawiają się nieprawidłowościami klinicznymi, istnieją udokumentowane przypadki takich delecji (w większości dziedziczne), które pozostają bez wpływu fenotyp nosicieli

Teorie wyjaśniające brak konsekwencji klinicznych w przypadkach utraty znacznych regionów euchromatynowych

1. małe zagęszczenie genów w obszarze delecji, względnie obecność wyłącznie sekwencji niekodujących

2. geny zlokalizowane w tych częściach chromosomów są tzw. „haplosufficient”, czyli już pojedyncza kopia genu wystarcza do jego prawidłowego funkcjonowania

3. gen ulegający delecji może mieć dodatkowe kopie w innych częściach genomu, które rekompensują jego utratę

4. utracony region chromosomu był inaktywowany jako rezultat piętnowania genomowego prowadzącego do ekspresji genów jedynie w chromosomie pochodzenia ojcowskiego lub matczynego

---