cytogenetika Flashcards
cytogenetika
štúdium chromozómov (počet, morfológia, funcie, početné a štruktúrne aberacie, segrácia za normálnych aj patologických podmienok) + štúdium týchto nálezov s fenotypom
čo objavil Mendel
- jednotky dedičnosti (gény) sú materiálnej povahy
- jednotky dedičnosti za nemiešajú (zákon segregácie)
- jednotky dedičnosti sú párové a sú dvojakého charakteru (dominantné a recesívne)
- dedičné jednotky sa prenášajú do ďalšej generácie pomocou pohlavných buniek
- u heterozygota sa dve alely v priebehu tvorby gamét od seba oddeľujú (segregujú)
- alely rôznych génov sa kombinujú nezávisle na sebe (zákon o voľnej kombinovateľnosti)
Mendelove pokusy
- použil viac ako 27 tis rastliniek hrachu
- pokusy vykonával v rokoch 1854-1863
- prezentoval ich 8.2. a 8.3. 1865 na zasadaní Prírodovedeckého spolku v Brne
- publikácia v roku 1866
prvé pozorovania chromozómov
- Nageli pozoroval vlaknité útvary v bunkách rastlín
- Flemming pozoroval mitózu u ľalií a mloka
- Hartz použil názov “chromo soma”
chromozómová teória dedičnosti
- chovanie chromozómov počas mitózy opisuje princípy segregácie a voľnej kombinovateľnosti génov (Boveri a Sutton)
- TH Morgan preukázal na pokusoch s drozofilami (mutácia white na chromozóme X), že gény sú na chromozómoch (tiež vysvetlil väzbu génov)
- teóriu definitívne preukázal Bridges
chromozómy a genetická diverzita
- segregácia, kombinácia a rekombinácia génov
- tvorba geneticky rozmanitých buniek
- príčinou je správanie chromozómov v meióze
- počet rôznych kombinácií chromozómov na úrovni gamét je 2^23, na úrovni zygóty je to 2^46 kombinácií + rekombinácia (spolu je to asi 6x10^46)
štruktúrna variabilita genómu
- CNV (1 kb - 5 Mb)
- delécie, duplikácie, triplikácie, inzercie
- ale existuje aj prirodzene sa vyskytujúci copy number polymorphism (odlišnosť 2 jedincov je cca 20 Mb)
počet chromozómov hrachu siateho 2n
14
počet chromozómov arabidopsis thaliana 2n
10
počet chromozómov pšenice obecnej 2n
42
počet chromozómov drozofily 2n
8
počet chromozómov včely 2n
16, 32
história cytogenetiky
- 1950 náhodný objav hypotónie - bunky naboptnajú a chromozómy sa od seba vzdialila a sú lepšie pozorovateľné
- 1956 správne spočítanie (2n = 46) Tjio a Levan
podmienky rozvoja cytogenetiky
- zdokonalenie techník kultivácie buniek in vitro
- použitie hypotónie (0,075 M KCl)
- zavedenie techniky roztlakov
- využitie kolchicínu
- farbenie 1 % orceínom
- zavedenie mikrofotografie pre účely dokumentácie
objav prvej chromozómovej abnormality
- 1958
- Jerome Lejeune
- Downov syndróm 47, XX/XY (+ 21)
Cri du chat
- delécia 5p
- môžu byť potomkami prenášačov s translokáciou
- PMR, srdcové vady, typický krik, hypotónie, hypotrofia
Klineferterov syndróm
- 47, XXY
Patauov syndróm
- 47, XX/XY (+ 13)
Edwardsov syndróm
- 47, XX/XY (+ 18)
Turnerov syndróm
- 45, X
klasifikácia chromozómov
- denverská konferencia (1960)
- triedy A - G
Filadelfský chromozóm
- translokácia medzi dlhým ramienkom chromozómu 22 a dlhým ramienkom chromozómu 9
prvý prečítaný chromozóm
- 22
chromozómy s najvyššou hustotou génov
- 19 a 22
chromozómy s najnižšou hustotou génov
- 13 a Y
- ale tiež málo majú 8, 18 a 21
klinické indikácie pre vyšetrenie karyotypu človeka
- promblémy skorého rastu a vývoja
- narodenie mŕtveho plodu a úmrtie novorodenca
- problémy s fertilitou, opakované aborty
- rodinná anamnéza
- tehotné ženy s komplikáciami (vek, pozitívne biochemické a ultrazvukové nálezy)
- nádorové ochorenia
čím sa zaoberá laboratórium prenatálnej diagnostiky
- vyšetrenie karyotypu z amniocytov, choriových klkov, placenty, tiež z kožných fibroblastov plodu
- a tiež vyšetrenie karyotypu potratených plodov
čím sa zaoberá laboratórium postnatálnej diagnostiky
- stanovením VCA a ZCA
čím sa zaoberá laboratórium nádorovej cytogenetiky
- vyšetrenie karyotypu z kultivovaných buniek kostnej drene alebo nádorov
- vyšetrenie prognosticky významných chromozómových zmien
použiti mikroskopu v cytogenetike
- svetelný mikroskop
- fázový kontrast (nefarbené preparáty)
- fluorescenčný mikroskop (FISH)
najčastejšie fluorochrómy používané v cytogenetike
- AMCA (modrá)
- FITC (zelená)
- TRITC (červená)
- Texas Red
- Cy3 (červená)
- Sprectrum Orange
- Spectrum Green
- Spectrum Aqua
farbenie pozadia
- DAPI
- HOECHST
- PI
svetelné zdroje fluorescenčného mikroskopu
- ortuť
- xenón
fluorescenčný mikroskop
- flitračná kocka: emisných filter, excitačný filter, dichroické zrkadlo
- zdroj svetla
- okulár, objektív
dichroické zrkadlo
- odráža krátlovlnné žiarenie
- prepúšťa dlhovlnné žiarenie do objektívu
typy filtrov do FM
- jednopásmové (zobrazuje len jednu farbu)
- dvojpásmové (zobrazuje dve farby súčasne)
- trojpásmové (tri farby)
úzkopásmové filtre
- používame, keď je preparát farbený viacerými fluorochrómami
- je nutné presne odlíšiť jednotlivé farby
- napr. M-FISH
nevýhody FM
- photobleaching (výber fluorochrómu s minimálnym fadingom, zníženie intenzity excitovaného svetla, poižitie antifadeu
typy kamier pre mikroskopu
- digitálne
- založené na CCD čipu
- farebné vs. čiernobiele
- monochromatické (snímanie obrazu v cytogenetike je vždy čiernobiele)
snímanie obrazu FM
- snímanie obrazu po farbách
- integrácia a vytvorenie farebného obrazu
- úprava snímky
- popis snímky
optický mikroskop časti
- mechanická časť: statív, makrometrický a mikrometrický štoub, tubus (binokulárny alebo trinokulárny), stolček, objektivový revolver
- osvetlenie: svetelný zdroj, kondenzor, zrkadlá, irisové clonky
- optické časti: okuláry, objektívy
- príslušenstvo pre FM: svtelná kocka - ortuťová výbojka a emisné a excitačné filtre
- príslušenstvo pre fázový kontrast: kondenzory a objektívy PHACO, pomocný okulár
- môže mať CCD kameru a farebný monitor
dôvody použitia imerzného oleja
- predchádza stratám svetla
- do objektívu dopadne väčšie množstvo paprskov
- imerzné objektívy zachytia viac detailov
- má vysokú hodnotu N (index lomu = optická hustota)
aký obraz sa tvorí v mikroskope
- zdanlivý, zvetšený, prevrátený
vady šošoviek
- farebná vada (obrazy pre rôzne farby sú rôzne veľké)
- guľová vada
- astigmatická vada
- vyklenutie zorného poľa
- vady sú odstránené buď kombináciou okulárov a objektívov alebo už konštrukčne (plan-apo)
typy objektívov
- achromáty (korekcia farebnej vady a čiastočne guľovej vady)
- fluorority (korekcia farebnej a guľovej vady)
- apochromáty (farebná vada je korigovaná pre tri farby)
- planachromáty a planapochromáty (odstránené vyklenutie zorného poľa, vhodné pre digitálne zobrazovacie metódy)
- širokouhlé objektívy (korigovaná farebná vada a vyklenutie zorného poľa, väčšie zorné pole)
- tiež sa môžu rozdeľovať na suché (NA<1) a imerzné (NA>1)
typy okulárov
- Huygensov
- kompenzačné (s apochromátmi)
- periplanatické (s planachromátmi)
- projektívy (projekcia a mikrofotografie)
- širokouhlé
- okuláry s dioptrickou korekciou
kondenzor
- sústreďuje paprsky pre dokonalé osvetlenie zorného poľa
- mikroskop najlepšie rozlišuje ak sa NA objektívu a konsenzoru zhodujú
- typy: Abbeho, aplanatický, aplanaticko-achromatický
zisk a odber cytogenetického materiálu
- na metafázne analýzy: intenzívne próoferujúce bunky (krvné, epiteliálne, sliznice, plodová voda, nádorové bunky)
- médium pre kultiváciu
- rastliny: koreňové špičky, peľové materské bunky, kalus
- pre interfázne analýzy je možné použiť akékoľvek bunky
jednotlivé kroky prípravy cytogenetických preparátov
- predpôsobenie (fytohemaglutinín, potom kolchicín)
- hypotónia (0,075 M KCl)
- fixácia (zvyšuje kontrast, metanol + kys. octová 3:1)
- u rastlín macerácia (= roztlaky)
- kvapkanie (alebo roztlaky)
- farbenie (Feulgenovo farbenie)
- uzatváranie preparátov (nie u ľudských)
synchronizácia bunkových kultúr
- získanie väčšieho počtu mitóz
- amethopterín, 5-fluorodeoxyuridín
- blokáda syntézy DNA
zhotovenie parafínových rezov
- odber
- fixácia (formaldehyd)
- dehydratácia etanolovou radou
- prevedenie do xylénu
- prevedenie do xylén-parafínu
- prevedenie do parafínu
- rezanie na mikrotomu
- prevedenie rezov na sklíčko
- deparafinácia (zahriatím)
- farbenie
príprava parafínových rezov pre I-FISH
- deparafinácia
- denaturácia skiel
- hybridizácia s DNA sondou
- odmytie nenaviazanej sondy
- pozorovanie a hodnotenie signálu
- vyšetrenie aberácií
materiál pre vyšetrenie karyotypu
- periférne lymfocyty (T-lymfocyty)
- fibroblasty
- stery bukálnej sliznice
- amniocyty
- choriové klky
- kostná dreň
- nádorové tkanivo
- periférna krv sa odoberá do skúmavky s heparínom
neoptimálne prostredie pri vyhotovavaní cytogenetických preparátov
- vysoká vlhkosť: kys. octová sa dlho vyparuje a dochádza k degradácii bunkových membrán, chromozómy sú rozsypané
- nízka vlhkosť: kys. ocotová sa vyparuje rýchlo a chromozómy sú nedostatočne rozložené
-optimálne podmienky: 20 stupňov a 40 - 45 % vlhkosť
využitie PC analýzy v cytogenetike
- vhľadávačka mitóz
- zostavenie karyotypu (software LUCIA)
- databáza
farbiace techniky chromozómov
- konvenčné farbenie (Giemsa, acetoorceín)
- prúžkovanie (Giemsa)
hybridizačné techniky v značení chromozómov
- molekulárna cytogenetika: aCGH, FISH, M-FISH
- použitie fluorescenčných sond
triedy chromozómov
- A: veľké metacentrické chromozómy (1, 2, 3)
- B: veľké submetacentrické chromozómy (4, 5)
- C: stredne veľké metacentrické alebo submetacentrické chromozómy (6 - 12, X)
- D: stredne veľké akrocentrické chromozómy so satelitmi (13, 14, 15)
- E: malé metacentrické alebo submetacentrické chromozómy (16, 17, 18)
- F: malé metacentrické chromozómy (19, 20)
- G: malé akrocentrické chromozómy so satelitmi (21, 22, Y - nemá satelit)
prúžkovacie metódy
- G-pruhy
- R-pruhy
- Q-pruhy
- C-pruhy
- T-pruhy
- NOR farbenie
- D-pruhy
farbenie heterochromatínu
- Q-pruhy
- C-pruhy
farbenie euchromatínu
- G-pruhy
- R-pruhy
- T-pruhy
- Q-pruhy
Q-pruhovanie
- AT oblasti vysoká fluorescencia
- GC oblasti nízka fluorescencia
- detekcia eu- aj heterochromatínu
- v praxi sa už nepoužíva
DAPI pruhovanie
- pseudo G-pruhy
- používa sa u aCGH, SKY, FISH
G-pruhovanie
- interakcia s DNA po denaturácii proteínov (inkubácia v soľných roztokoch alebo pôsobením trypsínu)
- trvalé preparáty
- horšie farbenie distálnych častí
- počet pruhov závisí na stupni kondenzácie chromozómov
- tmavé pruhy = AT
- svetlé pruhy = GC
- zmes metylénovej modrej a eozínu
- vysoké rozlíšenie - natiahnutie chromozómov - použitie EtBr (detekcia mikrodelécií, už sa nepoužíva, nahradené technikou FISH)
R-pruhovanie
- reverzné ku G-pruhovaniu
- používa sa k zobrazovaniu telomér
- ale vyvinuli sa vylepšené T-pruhy
C-pruhy
- konštitutívny heterochromatín
- výrazné C-pruhy na chromozómoch 1, 9, 16 a Y
- ako doplnkové vyšetrenie pre identifikáciu centromér
NOR-pruhovanie
- farbenie oblastí, ktoré v interfáze tvoria jadierko
- identifikácia akrocentrických chromozómov so satelitmi (13, 14, 15, 21, 22)
- ako doplnkové vyšetrenie pre overenie pôvodu markerových chromozómov
- detekcia oblasti NOR pomocou AgNO3
D-pruhovanie
- pôsobenie DNázou I, potom farbenie Giemsou
- AT páry sú citlivejšie
- zobrazenie inaktívneho chromozómu X
kvalita pruhovania
- KD menej pruhov (150 - 200 pruhov)
- lymfocyty periférnej krvi viac pruhov (300 - 400 - 550 - 850 pruhov)
- čím viac pruhov, tým vyššia kvalita
hetefomorfizmus chromozómov
- polymorfizmy v morfológii pruhovania
- rozlične dlhé úseky heterochromatínu
- distálne oblasti dlhých ramien Y
- centromerické oblasti 1, 9, 16
- krátke ramienka akrocentrických chromozómov
FISH princíp
- denaturácia
- 90 - 100 °C, formamid, močovina, vysoké pH-
- dôležitá je teplota topenia DNA (Tm) - závisí na pH, zastúpení GC párov, iónovej sile, zložení roztoku - hybridizácia
- 30 - 45 °C (najčastejšie 37 °C) - odmytie nešpecificky naviazaných sond
- roztoky solí
FISH materiál
- metafázne chromozómy
- interfázne jadrá
- otisky nádorov
- parafínové rezy (deparafinácia)
- izolované DNA (= aCGH)
FISH typy DNA sond
- centromerické - identifikácia a počítanie chromozómov
- celochromozómové (maľovacie) - translokácie
- lokusovo špecifické - mikrodelécie
- celogenómové
- telomerické, ramenovo špecifické, pruhovo špecifické
FISH zdroje pre prípravu sond
- klonované sekvencie inkorporované do plazmidov, BAC, YAC
- somatické hybridné bunky
- chromozómy získané flow cytometriou
- mikrodisekcia chromozómov
- sekvencie amplifikované pomocou PCR
- syntetické oligonukleotidy
- v praxi sa často využíva kombinácia dvoch sond (napr. lokusovo špecifická a centromerická)
FISH značenie sondy
- rádioaktívne (trítium - rádioaktívny vodík)
- fluorescenčne (FITC)
- haptény (biotín + avidín)
- priame vs. nepriame
FISH značenie mechanizmy
- enzýmy (vytvorí sa zlom, DNázou I sa úsek vyštiepi, náhrada značenými nt)
- inkorporácia modifikovaných dUTP (počas PCR)
FISH využitie
- klinické (prenatálna a postnatálna diagnostika, nádory)
- evolučné štúdie karyotypu
- mapovanie ľudského genómu
- genetická toxikológia
- analýza vírových infekcií
FISH interpretácia výsledkov
- hodnotenie 5 mitóz
- 100 - 200 interfáznych jadier
- % vyjadrenie, koľko jadier má pozitívny signál
- inkorporovanie cut-off level
I-FISH
- dôležitý je počet a poloha signálu
- štúdium štruktúrnych chromozómových aberácií
- stanovuje sa pomer počtu signálov lokusu a centroméry (= kontroly), (napr. 1/2 je delécia; 5/2 amplifikácia) - - signálový index (menší ako 1 - delécia, väčší ako 1 amplifikácia)
-fúzny signál vzniká translokáciou - štúdium početných aberácií pomocou centromerických sond, ale nemôžeme použiť na diagnostiku Downovho syndrómu pretože centromerická sonda k 21 kohybridizuje aj k 13
I-FISH detekcia translokácií
- splitové sondy (poznáme miesto translokácie) - normálne tvorí žltý signál, keď dôjde k translokácii signál sa rozštiepi na zelený a červený
- translokačné sondy (poznáme chromozómy a gény) - normálne zelený a červený signál, pri translokácii fúzuje do žltého
- teraz sa používajú sondy, kedy translokácia vytvorí 2 fúzne signály