Aberracje chromosomowe i mutacje
Magdalena Mayer
Katedra i Zakład genetyki Medycznej UM w Poznaniu
ABERRACJE CHROMOSOMOWE
Aberracje chromosomowe - zmiany materiału genetycznego, które są widoczne pod
mikroskopem w badaniu kariotypu. 0,6% noworodków ma aberrację chromosomową o
znaczeniu klinicznym
Podział aberracji chromosomowych:
" Aberracje
liczby chromosomów
struktury chromosomów
" Aberracje mogą dotyczyć zarówno chromosomów płci, jak i autosomów
" Aberracje są wynikiem mutacji chromosomowej powstałej w komórkach rozrodczych
rodziców lub bardziej odległego przodka
Prawidłowa liczba chromosomów:
46 (23 pary)  w komórkach somatycznych diploidia
23 - w gametach - haploidia
Aberracje liczby chromosomów:
" Poliploidia  liczba chromosomów stanowi wielokrotność liczby diploidalnej i jest
większa niż diploidalna
Triploidia - 69 chromosomów
Tetraploidia - 92 chromosomy
" Trisomia  dodatkowy chromosom w danej parze
" Monosomia  brak jednego chromosomu w danej parze
Aberracje struktury chromosomów:
Zrównoważone
" Translokacje zrównoważone - przemieszczenie się materiału genetycznego pomiędzy
chromosomami
a.) translokacje wzajemne - fragmenty chromosomów oderywają się i zamieniają
miejscami
b.) translokacje robertsonowskie - dotycza chromosomów akrocentrycznych - dwa
chromosomy akrocentryczne tracą ramiona krótkie i łączą się ze sobą  powstaje
jeden chromosom. Utrata ramion krótkich chromosomów akrocentrycznych nie
powoduje utraty genów
c.) translokacje inercyjne
d.)
" Inwersje - Chromosom ulega złamaniu w 2 miejscach, a fragment pomiędzy
złamaniami ulega odwróceniu o 180 stopni
a.) Inwersja paracentryczna  oba złamania są w obrębie jednego ramienia i odwrócony
fragment nie zawiera centromeru
b.) Inwersja pericentryczna  złamania nastąpiły w obydwu ramionach chromosomu i
odwrócony fragment zawiera centromer
Niezrównoważone
" Duplikacje - podwojenie części chromosomu
" Delecje - utrata części chromosomu
" Chromosomy pierścieniowe - chromosom pęka w obu ramionach, dystalne części
chromosomów ulegają utracie, a pozostała część chromosomu tworzy pierścień
" Izochromosom - Nieprawidłowy chromosom, który ma delecję jednego, a duplikację
drugiego ramienia. Może powstać wskutek poprzecznego podziału centromeru
" Fragmenty centryczne
Kliniczne skutki aberracji chromosomowych:
Niezrównoważonych
U zarodka - obumarcie
U dzieci żywo urodzonych
- Zespoły wad wrodzonych z upośledzeniem umysłowym
- Upośledzenie umysłowe z cechami dysmorfii
- Zaburzenia cielesno-płciowe
Zrównoważonych
nosiciel aberracji jest zdrowy, ale może mieć niepowodzenia rozrodu (brak ciąży,
poronienia samoistne, porody martwe, dzieci z zespołem wad i upośledzeniem umysłowym
Zasady zapisu kariotypu:
Na podstawowy zapis kariotypu składa się:
1) Liczba określająca całkowitą ilość chromosomów w komórce
2) Po przecinku wymienione chromosomy płciowe
3) Po przecinku ewentualny opis aberracji
Wykaz niektórych skrótów, używanych przy zapisie kariotypu:
p-ramię krótkie
q- ramię długie inv- inwersja
del- delecja mar-marker
dup- duplikacja t-translokacja
ins-insercja der  chromosomom pochodny
s-satelity
Wskazania do określenia kariotypu: dic-chromosom dicentryczny
" Zespół wad wrodzonych współistniejący z opóz
nieniem rozwoju / upośledzeniem
umysłowym
" Upośledzenie umysłowe
" Zaburzenia różnicowania płci
" Niepowodzenia rozrodu
Badanie kariotypu:
" Można użyć każdej rosnącej tkanki
" Najczęściej badanie wykonuje się na limfocytach krwi obwodowej, czasem także na
komórkach szpiku kostnego lub fibroblastach skóry
" W diagnostyce prenatalnej do badania kariotypu pobiera się komórki płynu
owodniowego lub kosmówki
Należy pobrać jałowo do probówki z heparyną ok. 2-5 ml krwi żylnej (od noworodka 1 ml) i
przesłać do laboratorium cytogenetycznego. Jeśli transport krwi jest następnego dnia,
probówkę z krwią należy przechowywać w lodówce (+4 stopnie C). Można też probówkę z
krwią przesyłać szybką pocztą
Uwaga: u noworodka z wadami wrodzonymi, który zmarł zanim zdążono pobrać krew na
badanie kariotypu, można jeszcze jak najwcześniej (ew. nawet do jednej godziny po zgonie)
pobrać krew bezpośrednio z serca
Wskazania do badania kariotypu na podstawie fibroblastów skóry:
" Kariotyp mozaikowy w badaniu limfocytów
" Brak aberracji chromosomowej w badaniu standardowym (limfocyty) przy fenotypie
wskazującym na aberrację
" Fenotyp zespołu Pallister-Killian
Fenotyp osoby z niezrównoważoną aberracją chromosomową w zakresie autosomów:
" Często dystrofia wewnątrzmaciczna
" Często nieprawidłowy przebieg ciąży (krwawienie z dróg rodnych, nieprawidłowa
ilość płynu owodniowego, wady płodu w badaniu USG)
" Wady wrodzone, w tym wady narządów wewnętrznych, często wada serca
" Dysmorfia twarzy, dysplastyczne małżowiny uszne
" Upośledzenie umysłowe  zawsze, nawet przy słabo wyrażonych pozostałych w.w.
objawach
ZESPÓA
DOWNA:
47,XX,+21 lub 47,XY,+21
1/700 żywych urodzeń
Częstość występowania wzrasta z wiekiem matki
Cechy fenotypowe: Wady narządowe:
Czaszka krótka z nieprawidłowo uformowanymi, Wady serca!!!
nisko osadzonymi uszami Zarośnięcie przewodu pokarmowego
Mały nos Przepuklina pępkowa
Skośno-górne ustawienie szpar powiekowych Wnętrostwo
Zmarszczka nakątna Problemy kliniczne:
Płaski profil UPOŚLEDZENIE UMYSA
OWE  100%
Płaska potylica Zaćma-2%
Na dłoniach bruzda poprzeczna (pojedyncza Padaczka-10%
bruzda zgięciowa) Niedoczynność tarczycy-3%
Plamki Brushfielda na tęczówkach
Ostra białaczka-1%
Duży język
Charakterystyczny jest nadmiar skóry na karku
U noworodków występuje obniżone napięcie
mięśniowe
ZESPÓA
PATAU
47,XX,+13 lub 47,XY,+13
1/5000 żywych urodzeń
Ryzyko wystąpienia rośnie z wiekiem matki
90% dzieci umiera przed ukończeniem pierwszego roku życia
Cechy fenotypowe
Wady narządowe:
Hipoteloryzm
Małogłowie
Małoocze
Wady serca
Rozszczep wargi i podniebienia
Wnętrostwo
Nieprawidłowe małżowiny uszne
Spodziectwo
Wystające pięty
Przerost łechtaczki
Wady skóry w obrębie części owłosionej głowy
Podwójna pochwa
Nadmiar skóry na karku
Polidaktylia
Bruzda poprzeczna
Dłonie zaciśnięte w pięści
ZESPÓA
EDWARDSA
47,XX,+18 lub 47,XY,+18
1/3000 żywych urodzeń
Ryzyko wystąpienia rośnie z wiekiem matki
90% dzieci umiera przed ukończeniem pierwszego roku życia
Cechy fenotypowe
Wady narządowe
Mała bródka
Małogłowie
Wypukła potylica
Wady nerek
Nisko osadzone i zniekształcone małżowiny uszne
Wady serca
Podeszwy stóp wygięte łukowato
Wady przewodu pokarmowego
Bruzdy poprzeczne na dłoniach
Wady układu moczowego
Dłonie zaciśnięte w pięści z palcem 2. i 5. zachodzącymi na 3. i 4.
Przerost łechtaczki
Czasem polidaktylia
ZESPÓA
TURNERA
45,X
99% płodów ulega poronieniu samoistnemu
W życiu płodowym uogólniony obrzęk płodu
Cechy fenotypowe
Wady narządowe
Niedobór wzrostu (wzrost ostateczny w przypadku
wrodzona wada serca-20%
braku terapii wynosi 145 cm).
wady nerek
Szeroka klatka piersiowa
Rozwój cech płciowych
Brodawki sutkowe szeroko rozstawione
Jajniki rozwijają się prawidłowo do 15
Niska linia owłosienia na karku
tygodnia ciąży, po tym okresie komórki
Płetwista szyja
jajowe degenerują i zanikają
Skrócenie kości śródręcza
Z jajników pozostają łącznotkankowe
Hipoplazja płytek paznokciowych
pasma
Liczne znamiona barwnikowe na skórze
Pierwotny brak miesiączki w ok. 90% i
wtórnych cech płciowych
Intelekt i długość życia są prawidłowe!
ZESPOA
Y MIKRODELECJI
" Delecje chromosomów są bardzo małe, na granicy rozdzielczości metod klasycznej
cytogenetyki, a nawet submikroskopowe
" Diagnostyka: analiza chromosomów prometafazowych (HRBT) i FISH
" Fenotyp: dysmorfia, wady rozwojowe i upośledzenie umysłowe
" Przykłady zespołów mikrodelecji:
Z. Prader-Williego 15q11-12
Z. Angelmana 15q11-12
Z. Langer-Giedion 8q24
Z. Miller-Dieker 17q13
TECHNIKA FLUORESCENCYJNEJ HYBRYDYZACJI IN SITU (FISH)
Zastosowanie FISH w genetyce klinicznej:
" diagnostyka submikroskopowych aberracji chromosomowych
" identyfikacja złożonych aberracji struktury chromosomów
" identyfikacja dodatkowego materiału chromosomowego
" identyfikacja chromosomów markerowych
" szybka diagnostyka aneuploidii chromosomowych
MUTACJE GENOWE
- Zmiany normalnej sekwencji DNA organizmu spowodowane błędami w replikacji DNA
(mutacje spontaniczne), lub działaniem czynników chemicznych i fizycznych (mutacje
indukowane).
- Zachodzą w zygocie, płodzie, komórkach somatycznych i rozrodczych osoby dorosłej.
- Istnieją systemy naprawy DNA.
- Niekiedy mutacje są utrwalane w replikacji i przekazywane komórkom potomnym.
- Mutacje w komórkach somatycznych (wszystkie komórki poza rozrodczymi) odgrywają
dużą rolę w rozwoju nowotworów u ludzi. Nie są przekazywane potomstwu
- Mutacje w komórkach rozrodczych mogą być odziedziczone lub powstać de novo w
procesie oogenezy lub spermatogenezy (tzw. nowe mutacje)
Mutacje w komórkach rozrodczych mogą być przekazane potomstwu.
Mutacje indukowane
- wprowadzenie analogu zasady w nici DNA
- bezpośrednia zmiana struktury DNA
- pośrednia zmiana struktury DNA
Mutageny chemiczne:
- wprowadzenie analogu zasady w miejscu występowania prawidłowej zasady w DNA (np. 5-
bromouracyl, 2-aminopuryna)
- czynniki deaminujące zasady w helisie DNA (np. kwas azotawy, dwusiarczyn sodowy)
- czynniki alkilujące  wprowadzają dodatkowe grupy alkilowe lub arylowe w nukleotydach
(np. metanosulfonian etylowy (EMS), dimetylonitrozoamina, halogenki metylu, produkty
metabolizmu azotynów)
- czynniki interkalujące  płaskie cząsteczki wnikające pomiędzy pary zasad w podwójnej
helisie; najczęściej mutacje typu inercji (np. bromek etydyny)
Mutageny fizyczne:
- promieniowanie jonizujące
- promieniowanie ultrafioletowe (UV)
- ciepło
Systemy naprawy DNA
- naprawa bezpośrednia
- naprawa z wycinaniem zasad
- naprawa z wycinaniem nukleotydów
- naprawa niedopasowanych nukleotydów
- naprawa rekombinacyjna
Niesprawny system naprawy DNA może skutkować występowaniem chorób
genetycznych, np. Xeroderma pigmentosum (inaczej: Skóra pergaminowata i
barwnikowa; częstość 1/70.000 urodzeń; upośledzona naprawa DNA po uszkodzeniu
promieniowaniem UV, występują liczne nowotwory skóry i bliznowacenie rogówki)
Skutki mutacji
- utrata funkcji  zmniejsza lub znosi aktywność białka; większość mutacji tego typu jest
recesywna, ale zdarzają się sytuację, w których mutacja ma charakter dominujący
- nabycie funkcji  mutacja nadaje białku nietypowa aktywność; mutacje tego typu występują
znacznie rzadziej i mają najczęściej charakter dominujący
Mutacje typu GOF (ang. gain of function  nabycie funkcji) czy LOF (ang. loss of function 
utrata funkcji) w tym samym genie mogą mieć wpływ na powstanie różnych chorób
genetycznych:
Gen PAX3
LOF GOF
Zespół Waardenburga  typ I Rozwój nowotworu u dzieci -alveolar
- Upośledzenie słuchu, głuchota rhabdomyosarcoma
- Zmiany pigmentacji tęczówki Nowotwór złośliwy występujący w
- Zmiany pigmentacji skóry mięśniach kończyn lub tułowia.
- Biały kosmyk włosów
Rodzaje mutacji
A. Duże rearanżacje genowe
1. Delecje - utrata części sekwencji DNA (alfa-talasemia, niedobór hormonu wzrostu,
rodzinna hipercholesterolemia, dystrofia mięśniowa Duchenne`a)
2. Duplikacje - powielenie sekwencji DNA (rodzinna hipercholesterolemia, dystrofia
mięśniowa Duchenne`a)
3. Insercje - wbudowanie dodatkowej sekwencji DNA (hemofilia, neurofibromatoza)
Dystrofia mięśniowa Duchenne`a (DMD):
Objawy::
Początek w wieku 3-8 lat
Utrata siły mięśniowej
Pseudo-hipertrofia mięśni łydek (łydki gnoma)
Hiperlordoza lędz
wiowa
Objaw Gowera- problem ze zmianą pozycji siedzącej na stojącą
Gen dystrofiny:
Zlokalizowany na krótkim ramieniu chromosomu X
79 egzonów!!!
Trankrypt długości około 14 kpz
Mutacje:
" W 60% delecja zmieniająca ramkę odczytu - brak białka o prawidłowej funkcji
" W 5% duplikacja jednego lub kilku egzonów
" Mutacje punktowe
B. Mutacje punktowe
Najczęstsza przyczyna mutacji w ludzkim genomie!
Typy (mechanizm):
" Insercje, delecje, tranzycje (zastąpienie zasady purynowej inną zasadą purynową lub
pirymidynowej - inną pirymidynową), transwersje (puryna <-> pirymidyna)
Typy (efekt):
" Zmiany sensu (missens)
" Neutralne (ciche)
Przykłady: mukowiscydoza, fenyloketonuria
Mutacja zmiany sensu  efektem jest zmiana kodowanego aminokwasu. Dotyczą pierwszej
lub drugiej zasady w kodonie.
Mutacja neutralna (cicha mutacja)  nie powoduje zmiany aminokwasu. Dotyczy zwykle
trzeciej zasady kodonu.
C. Mutacje transkrypcyjne
Występują w obszarze od końca 5` do początku kodonu inicjacyjnego w sekwencji DNA
(np.sekwencja TATA). Jest to miejsce krytyczne dla inicjacji transkrypcji.
Efekt: spadek efektywności transkrypcji->spadek produkcji białka.
D. Mutacje RNA
Proces składania RNA (usunięcie intronów i połączenie egzonów) jest krytyczny dla
prawidłowej ekspresji genu.
Mutacje:
" zmieniają prawidłowe miejsca łączące w regionie połączenia intronu i egzonu
" tworzą nowe miejsca łączenia wewnątrz intronów lub egzonów
Efekt: powstanie niestabilnego, szybko degradującego się RNA
E. Mutacje translacyjne
Zaburzają syntezę białka
2 typy:
" Mutacje nonsensowne (stop) - powstaje przedwczesny kodon terminacyjny ->
zaburzenie struktury białka -> wzrost niestabilności białka -> degradacja produktu
" Mutacje zmiany ramki odczytu - delecja lub insercja w rejonie kodującym genu
zmienia triplet kodu dla wszystkich kodonów następujących po nim -> kompletna
zmiana sekwencji aminokwasów lub zakończenie syntezy białka
Mutacja nonsensowna  zmienia kodon aminokwasowy na terminujący. Dochodzi do
przedwczesnego zakończenia translacji mRNA
Mutacja zmiany ramki odczytu  insercja lub delecja zasad, których liczba nie jest
wielokrotnością trzech, ramka odczytu przesuwa się w czasie translacji.
F. Mutacje dynamiczne
- Wzrost liczby trójnukleotydowych sekwencji powtarzalnych w genie lub obszarze nie
ulegającym translacji ( koniec 3` lub 5` genu)
- Korelacja między ciężkością choroby oraz wiekiem pojawienia się objawów a ilością
powtórzeń
- Ilość powtórzeń może wzrastać w kolejnych pokoleniach
- Objawy mogą nasilać się lub występować wcześniej w kolejnych pokoleniach
(ANTYCYPACJA)
- Pierwszą mutację dynamiczną odkryto w 1991 roku.
- Mutacje dynamiczne stwierdzono tylko u człowieka.
- Mutacje dynamiczne wykazują dużą zmienność populacyjną.
Mutacje dynamiczne stanowią podłoże molekularne 14 jednostek chorobowych i można je
podzielić na dwie grupy:
- Typ I  choroby neurodegradacyjne: ch. Huntingtona, rdzeniowo-opuszkowy zanik mięśni,
ataksje móżdżkowo-rdzeniowe
- Typ II  dystrofia miotoniczna, zespół kruchego chromosomu X, upośledzenie umysłowe
związane z kruchym miejscem FRAXE, ataksja Friedreicha.
Inkluzje neuronalne  struktury widoczne pod mikroskopem świetlnym, powstałe w wyniku
tworzenia makroagregatów białkowych.
Skutki tworzenia inkluzji białkowych:
- blokowanie transportu aksonalnego,
- zaburzenie funkcji mitochondriów
- zaburzenia transkrypcji
- zaburzenia apoptozy
Przykłady chorób związanych z ekspansją powtórek trójnukleotydowych:
Choroba Huntingtona Sekwencja prawidłowa - (CAG)10-35
Sekwencja zmutowana - (CAG)36-121
Zespół łamliwego chromosomu X (FraX)
prawidłowa
premutacja
pełna mutacja
G. Negatywne mutacje dominujące
- Zmutowany gen wytwarza produkt, który interferuje z funkcją produktu prawidłowego
allelu- efekt dominujący
- Geny kodujące białka strukturalne
- Przykłady: osteogenesis imperfecta, zespół Marfana