Kariotyp + elementy cytogenetyki

Kariotyp - zespół chromosomów osobnika lub gatunku

Teoretycznie kariotyp powinien być taki sam u wszystkich osobników danego gatunku, jednak zdarzają się różnice między osobnikami, wynikające z aberracji chromosomowych.

Do badań nad kariotypem wykorzystuje się komórki:

U roślin:

• Merystematyczne

• Macierzyste ziaren pyłku

U zwierząt, w tym człowieka:

• Gruczołów płciowych

• Szpiku kostnego

• Limfocyty (można je indukować do podziału)

• Płyn owodniowy (badania prenatalne)

Kolejne stopnie upakowania chromatyny - schemat z Albertsa (przypomnienie):

Nić DNA nawinięta na histony H2A, H2B, H3,H4 tworzy nukleoid (o średnicy 10 nm, 146 par zasad). Nić z nukleosomami upakowana jest w solenoid (o średnicy 30nm). Solenoidy tworzą pętle (o średnicy 300nm), które są oddzielnymi jednostkami replikacyjnymi. Chromosom metafazowy (najbardziej upakowany) ma średnicę około 1400nm - nić DNA jest wtedy skrócona 50 tys. razy.

Budowa chromosomu:

Ramię krótsze - ramię p, ramię dłuższe - ramię q.

Centromer jest punktem przyczepu dla kompleksu białkowego - kinetochoru - który umożliwia rozdzielenie chromosomów przez wrzeciono kariokinetyczne do kom. potomnych.

Podstawowe cechy chromosomów (decydują o przydziale do gatunków):

• Wielkość (liczba chromosomów i zawartość DNA) - liczba chromosomów nie świadczy
  o poziomie rozwoju, ani nie decyduje o miejscu w systematyce, np. pewna paproć posiada 146 chromosomów, podczas gdy glista ludzka Ascaris metalocefala tylko 2.

• Kształt (położenie przewężenia pierwotnego i wtórnego)

• Metacentryczne (oba ramiona równej długości)

• Submetacentryczne (jedno ramię krótsze)

• Akrocentryczne (jedno ramię bardzo małe)

• Telocentryczne (jedno ramię zupełnie zredukowane)

Budowa chromosomu satelitarnego (satelita = trabant, przewężenie wtórne)

Przewężenie wtórne

• oddziela od chromosomu satelitę (tarbanta)

• zawiera geny kodujące prawie wszystkie rodzaje rRNA!

• Podłużne zróżnicowanie (prążkowanie) - prążki i podprążki są nazwane numerycznie;
  Prążki powstają poprzez potraktowanie chromosomów alkaliami lub enzymami i ich wybarwienie

Telomery - charakterystyczne sekwencje DNA przy końcach chromosomów, niezbędne do pełnej replikacji nici opóźnionej DNA z udziałem telomerazy (zapobiega ona skracaniu się chromosomów), stabilizują DNA i chronią przed nukleazami

Idiogram - graficzne przedstawienie kariotypu, diagram statystycznych długości chromosomów (nie jest to zdjęcie chromosomu)

Podział chromatyny:

• heterochromatyna (wysoce repetytywne DNA, bogata w pary A-T,
  ulega replikacji w późnej fazie S)

1. konstytutywna - zawsze pozostaje w tej samej postaci

2. fakultatywna- czasem się przekształca w euchromatynę

• euchromatyna

Barwniki wykazują większe powinowactwo do heterochromatyny niż do euchromatyny

Metody barwienia chromatyny:

• Prążków G (nazwa pochodzi od barwnika Giemzy) - ): trypsyna (→ łatwiejsze oddysocjowanie odcinków heterochromatyny) + barwnik Giemzy - odcinki heterochromatynowe barwią się na fioletowo-niebiesko (powstają prążki)

• Prążków Q (barwnikiem jest kwinakryna) - trypsyna + barwnik fluorescencyjny kwinakryna - w miejscach heterochromatynowych powstają fluorescencyjne jasne żółte plamki

W obu przypadkach przed barwieniem chromosomy traktuje się wpierw trypsyną → powoduje
to łatwiejsze oddysocjowanie odcinków heterochromatyny.

W późnej profazie analiza wykazuje więcej prążków.

Cele badania kariotypu:

• ustalenie budowy chromosomu

• cele cytodiagnostyczne (dotyczy głównie człowieka - w okresie prenatalnym)

• określenie zmian ewolucyjnych genotypu i powstawanie nowych gatunków (np. okazuje się, że koza jest blisko spokrewniona z owcą, człowiek z małpami człekokształtnymi; nie zawsze gatunki tego samego rodzaju mają podobne kariotypy)

• Koza i owca

1. i 3., 2. i 8. oraz 4. i 9. chromosomy kozy połączyły się i tak powstała owca :)

• Człowiek i małpy człekokształtne (szympans, goryl, orangutan)

Małpy człekokształtne mają 48 chromosomy, człowiek - 46, ponieważ dwie pary małpich chromosomów połączyły się.

• 2 gatunki sarny - blisko spokrewnione, ale kariotypy znacznie się różnią!

Kariotyp człowieka: 46 chromosomów w tym 22 pary chromosomów homologicznych, chromosom 21. jest najmniejszy

Klasyfikacje kariotypu człowieka:

• Denverowska (z Denver) (1966) - podział na grupy wg wielkości

grupy A-G, gdzie grupa A zawiera chromosomy największe

np. 47XXG+ (zespół Downa: o 1 chromosom za dużo w grupie G)

• Paryska (1971) - nazewnictwo prążków

Ponumerowano wszystkie chromosomy, nazwano każde ramię (długie - q, krótkie - p), ponumerowano prążki (od centromeru) i podprążki (z późnej profazy).

Do błędów w kariotypie dochodzi:

• w czasie mejozy - np. nondysjunkcja chromosomów homologicznych - np. w gametach

• w II podziale mejotycznym - gdy chromatydy źle się rozejdą

• zaburzenie podczas pierwszych podziałów mitotycznych zarodka

Zmiany w liczbie chromosomów

Mogą wynikać z nieprawidłowego rozchodzenia się chromosomów lub chromatyd siostrzanych podczas podziału mejotycznego prowadzącego do powstania gamet albo nieprawidłowości w pierwszych podziałach (mitotycznych) zygoty.

• Euploidia: 2n, 3n, 4n itd.

• Aneuploidia

• Monosomia (2n-1)

• Zespół Turnera (45,X0)

U kobiet, brak jednego chromosomu X, brak ciałka Barra, za które odpowiedzialna jest heterochromatyna fakultatywna, zmiany fenotypowe
; bezpłodne, b. niski wzrost (ok. 145 cm), charakterystyczna, „płetwiasta” szyja, prawidłowy rozwój umysłowy

• Trisomia (2n+1)

• Zespół Downa (47,XX lub 47,XY)

Trisomia 21. chromosomu (najmniejszego) albo zwielokrotnienie nawet tylko jego fragmentu i translokacja na inny chromosom, np. 14

Odcinek gart chromosomu 21. zawiera m. in. gen kodujący dysmutazę ponadtlenkową (enzym antyoksydacyjny), gen kodujący białaczkę limfatyczną,
gen odpowiedzialny za syntezę puryn.

• Zespół Klinefeltera (47, XXY i więcej) - dodatkowy chromosom X (lub nawet kilka), ciałko Barra; mężczyźni o b. wysokim wzroście, kobiecej budowie klatki piersiowej
  i miednicy (cechy eunuchoidalne), niepłodni, z lekko obniżonym IQ;

• 47,XYY - mężczyźni o b. wysokim wzroście, czasem ze skłonnością do silnego trądziku; niewielki wzrost podatności na stresy, agresja (dużo częściej diagnozowany u więźniów); dodatkowy chromosom X nie dziedziczy się!

Aberracje chromosomowe:

• Delecja

• Zespół Chri-du-Chat, tzw. zespół kociego krzyku (5p^{- =} utrata fragmentu krótszego ramienia piątego chromosomu)spłaszczona głośnia, charakterystyczny głos

Ogólnie na temat mutacji:

Mutacja - Zmiana dziedziczna, pojawiająca się skokowo, powoduje zmianę informacji genetycznej.

Mogą być:

• Spontaniczne: pomyłka podczas replikacji

• Indukowane: wywołane przez czynniki zewnętrzne, np. promieniowanie UV, rentgenowskie

Mogą mieć różne poziomy:

• Punktowe (genowe): zmiana na poziomie jednego genu (powstają podczas replikacji DNA)

• 
  Tranzycja: zamiana jednej zasady na inną taka sama

• Transwersja: wstawienie innego nukleotydu długość

• Delecja: utrata jednego lub więcej nukleotydów

• Addycja (inercja): wstawienie dodatkowo jednego lub więcej nukleotydów

• Chromosomowe (strukturalne): zmiana w chromosomie (powstają w trakcie procesu crossing-over)

• Definicjencja (delecja): utrata części chromosomu wraz z genami

• Duplikacja (podwojenie): powtórzenie określonego fragmentu chromosomu

• Inwersja:wstawienie fragmentu chromosomu w odwrotną stronę

• Translokacja: wymiana odcinków pomiędzy parami chromosomów niehomologicznych

• Genomowe: dotyczy liczby chromosomów

• Autoploidia: zmiany w obrębie tego samego gatunku

• Aneuploidia: zmiana pojedynczego chromosomu (nondysjunkcje)

• Monosomia: 2n-1

• Trisomia: 2n+1

• Autopoliploidia: zmiana liczby wszystkich chromosomów (ten sam gatunek)

• Triploidalna: 3n

• Tetraploidalna: 4n

• Alloploidia: połączenie genomów różnych gatunków (np. muł=koń+osioł)

4

---