KROMOSZÓMA ÉS A RÁK

Előadó: Dr. Kocsis Zsuzsanna

Országos Kémiai Biztonsági IntézetBudapest, Nagyvárad tér 2.

Helyszín: SOTE, 2012. 04. 19.

Örökletes betegség-e a rák?A rák genetikai betegség.Sejtről sejtre öröklődik .Bizonyos rák-típusok családi halmozódást mutatnak.

A sejtműködés összes információja a DNS-ben kódolt.

A DNS tömörülése NukleoszómaDNS kettős spirál és a hisztonok alkotják Hisztonok: bázikus fehérjék (argininben és lizinben

gazdag)

5 osztályuk van: H1H1, H2A, H2B, H3 és H4: nukleoszomális hisztonok

Hisztonkorong (oktamer):8 hisztonmolekulából álló (2*4)2 csavarulatban 146 bázispárnyi DNS tekeredik rá2 korong között kb. 60 bp linkerrégió + H1 molekula

Nukleoszómák feltekeredése kromatin struktúra

Kromoszóma morfológia

testvérkromatidák

centroméra

hosszú kar

rövid kar

Eukromatikus régió: aktív géneket tartalmaz (génexpresszió, RNS szintézis)

Heterokromatikus régió: inaktív DNS szakaszok konstitutív heterokromatin (pl. centromer) fakultatív heteroktromatikus régió

Kromoszóma territórium Egy adott kromoszóma a sejtmag egy adott régiójában található.Szigorú sejtmagi rend.

Genom: a sejtmagban található összes genetikai információ.Kromoszóma: A genetikai információt tároló strukturális egység. Kromoszóma száma, morfológiája szervezettsége fajra jellemző és állandó.

Fajokecetmuslica

rozs

galamb

egér

patkány

ember

mezei nyúl

kutya

ponty

páfrány

Kromoszómaszám8

14

16

40

42

46

48

78

104

1200

Humán kromoszóma Gének

1 2 968

13 748

18 766

21 303

X 1184 (Barr test)

Y 231 (mikrodeléció meddőség)

Nemhez kötött öröklődés

Humán lymphocyta kromoszóma preparátum

A sejtek kromoszómaszáma fajra jellemző, állandó érték.

Telomer: - kromoszóma vége- rövid TTAGGG szakasz, tandem duplikációja, több ezerszeres mennyiségben (20-25 ezer bázispár)- minden osztódáskor 100 bp rövidülés a DNS polimeráz enzim működéséből adódóan genetikai óra, telomer rövidülés a sejtek öregedésével arányos 2009 orvosi Nobel Díj - egészséges sejtekben a telomeráz inaktív- Az emberi sejt 50 osztódásra képes.- 50 osztódás után a sejt apoptozissal meghal.

Tumoros sejtekben a telomer szerepe:A telomeráz enzim aktivitása magasabb, a rákos sejt inmortalizált sejt.Azt gondolják, hogy a telomeráz enzim retrovírus eredetű.

Öregedés, rák, kromoszóma stabilitás

Werner szindróma: autoszomális recesszív öröklésmenetWRN génre kiterjedő mutáció.Telomer rövidülés.korai öregedéssel járó betegség (progéria),több szervre kiterjedő daganattal társul.

A mitózis és meiózis összehasonlító elemzése

                                                                             

             

Kariogram készítés

A kromoszóma számát és szerkezeti sajátságát vizsgálja a sejtben.

Vizsgálati minta:sejttenyészethumán limfocita ,csontvelő bőr fibroblasztköldökvérmagzatvíz sejtek stb.

Citogenetikai módszerek klasszikus mikroszkópos értékelés

sejt vonalak azonosítása, tipizálása alkalmas

genetikai elváltozások azonosításakromoszóma számbeli megoszlása, 50 metafázis ért.Összehasonlító kromoszóma analízisEltérések kimutatása: marker krom. polip. CA.

Emlős fibroblaszt sejt kariotípizálása

Giemsa festés-Kromoszóma sávozás

humán limphocita preparátum

*kromoszóma szerkezet kutatás*fajok kromoszómális evolúciójának kutatása*klinikai genetika*rákos szövetek genetikai elemzése

Humán limphocita standard G-sávos kariogramja

Kromoszóma preparátum enyhe proteolitikus emésztéseGiemsa festéssötét és világos csíkoka mintázat egy fajon belül állandó

Normál perifériás limphociták festése FISH technikával, két DNS próba alkalmazása 21q22.3 szakasza: piros 13q14 szakasza: zöld Az interfázisos magokban a diploid kromoszómaszámnak megfelelően két piros és két zöld fluoreszcens szignált eredményez. A kék szín a DNS-t festő DAPI fluoreszcenciájától származik.

FISH (Fluoreszcens in situ hibridizáció)DNS specifikus próbákkal (DNS marker) jelöljük a krom. specifikus régióit

FISH alkalmazása:krom. rendellenesség kimutatásagenetikai betegségek diagnosztizálása géntérképezésnélkromatin struktúra vizsgálata

KROMOSZÓMA ABERRÁCIÓ TÍPUSAI:

Strukturális kromoszóma aberráció:deléció

inszerciótranszlokáció

Numerikus kromoszóma aberráció:poliploidia

aneuploidia

Az aneuploid sejtekre jellemző a kromoszóma többlet vagy hiányA leggyakoribb aneuploid típus a triszómia. A poliploidia és aneuploidia egészségügyi vonatkozásai

Hamerton spontán abortusz vizsgálat (1291 embrió): 5% monoszóm (2 homológ helyett 1)11,9% triszóm 4,1% triploid 1,2% tetraploid 22%A kromoszóma anomáliák gyakran járnak együtt rendellenes fejlődéssel,többé-kevésbé súlyosan befolyásolja az idegrendszer működését a szellemi képességet.

NUMERIKUS KROMOSZÓMA ABERRÁCIÓ

Jellegzetes (nem véletlenszerű) aneuploidiák az ember malingus betegségeiben (Rowley - Yunis – Sandberg után)

-5 monoszómia akut nonlimfoid leukémia

+6 triszómia akut limfoid leukémia

-7 monoszómia akut nonlimfoid leukémia

+7 triszómia vastagbél-adenokarcinóma

+8 triszómia akut nonlimfoid leukémia

+12 triszómia leukémiák, különösen az idült limfoid leukémia, limfómák, hereszeminóma

+21 triszómia akut limfoid leukémia

-22 monoszómia meningióma (agydaganat)

±3, -5, -7, ±12, ±17 másodlagos leukémiák

Autoszomális triszómiákAutoszomális triszómiák21-es triszómia: Down-kór (értelmi fogyatékosság)21-es triszómia: Down-kór (értelmi fogyatékosság)13-as triszómia: Patau-szindróma (letális, 1év)13-as triszómia: Patau-szindróma (letális, 1év)18-as triszómia: Edwards-szindróma (letális, 1 év)18-as triszómia: Edwards-szindróma (letális, 1 év)

Numerikus kromoszóma aberráció jelentősége a rák-diagnosztikában

Deléció kromoszóma szegmentek elvesztése

Különböző humán betegségek delécióra vezethetőek vissza.

A kis deléciók tolerálhatóak.

A nagy deléciók nem tolerálhatóak, letalitáshoz vezetnek.

Cri du chat – macskasírás szindróma

• Az ember esetében a genom kiegyensúlyozatlanság miatt a legkisebb deléciók is komoly abnormalitást okoznak.

• A macskasírás szindróma estében az 5. kromoszóma rövid (p) karjának vége hiányzik.

• Mikroenkefáliával, holdszerű arccal és szellemi elmaradottsággal jár. 4 év alatti halál.

• születéskori gyakoriság: 1/50.000

Deléció

5

• Letört darab elvész

• Terminális deléció: a kromoszóma végéről törik le egy darabpl. macskanyávogás-szindróma (5-ös krom.)

• Köztes deléció: 2 törés a kromoszómán belülpl. 15-ös kromoszómán (Pader-Willi, Angelman-szindróma)

DELÉCIÓ

Pader –Willi: csak az apai krom. működikEpigenetikai tényező: genomiális imprintig

az elasztin génjének kieséséhez vezető mikrodeléció

Williams szindróma

Hiány bizonyító erejű.

Rákos sejtek gyakran mutatnak deléciókat

Jellegzetes (nem véletlenszerű) kromoszómaaberrációk (deléció) az ember malignus betegségeiben(Yuins-Klein - Sandberg 1984 után)

1 p- malignus melanóma 1p22, neuroblasztóma 1p31, méhtestrák

3 p- tüdőrák 3p14p23, másodlagos leukémia

5 q- másodlagos leukémia, akut nonlimfoid leukémia, méhnyakrák

6 q- limfóma, akut limfoid leukémia, malignus melanóma

7 q- másodlagos melanóma, akut nonlimfoid leukémia, hólyagrák

8 p- hólyagrák

9 p- hólyagrák, akut limfoid leukémia

11 p- Wilms vesedaganat

11 q- akut nonlimfoid leukémia -Wilms tumor 11p13, méhnyakrák

12 p- hereszeminóma, tesztikuláris tumor

12 q- másodlagos leukémia, vastagbél adenokarcinóma

13 q- retinoblasztóma

20 q- polycythaemia vera (vörösvértest-túltengés)

21 q- leukémia, akut nonlimfoid leukémia

22 q- idült mieloid leukémia, meningióma (agydaganat)

Leukémiák gyakorisága nagy

DUPLIKÁCIÓ:Kromoszóma szegmensek megkettőződése.

A gén duplikáció evolúciós szerepe

Ha a gén fontos a szervezet számára nem változhat.

De ha a génből több kópia van a képződő proteinek módosulhatnak és új funkciókat láthatnak el.

Duplikációval keletkezett gén családok hasonló proteineket készítenek.

Jó példa erre a globin gének, amelyekről α és β globin láncok szintetizálódnak, a hemoglobin szerkezeti alegységei.

Inverzió:Egy kromoszóma szakasz 180 fokos megfordulásának

az eredménye. pericentrikus inverzió magába foglalja centromert

paracentrikus inverzió a centromert nem érinti, csak a kromoszóma egyik v. másik karját

Gén környezet, gén kapcsoltság, génátírás módosul.

inzerció – vírus DNS beépül a gazda DNS-be – pozíció effektus – vírusfehérjék komplexet képeznek a szupresszor gének termékeivel pl. p53; pRb; → gátolja a tumor szupressziót és/vagy gátolhatják az apoptózis is

TRANSZLOKÁCIÓ:intrakromoszómális transzlokáció:

Egy kromoszóma szakasz áthelyeződéseugyanabba a kromoszómába.

interkromoszómális transzlokáció: Nem homológ kromoszómák

közötti transzlokáció.

Transzlokáció során nincs genetikai anyag vesztés.A gének pozíciója azonban megváltozik.

Down szindróma:•A 21-es krom. transzlokációja a 14-es krom.-ra eredményezi a familiáris Down syndromát. Örökölhető.

14 és 21-es kromoszóma közötti Robertson transzlokáció. 21-es kromoszóma triszómia (Osztódási hiba)(kis kro. nagy az osztódási instabilitás)

Az anya életkorának előrehaladtával (40-45 év felett) az előfordulási gyakoriság exp. növekszik. Prenatális szűrés. Születéskori gyakorisága nagy: 1/500-1/700

                                                                A 21-es kromoszóma triszómiájának kimutatása FISH-sel, interfázisos amniocytákban.

piros jel: 21q22.3-szekvenciára specifikus DNS-próba

 

Down-szindrómát igazoló triszómia

Myeloid leukémiaA 9-es és a 22-es kromoszómák közötti transzlokáció eredménye a

“Philadelphia kromoszóma”Az esetek 90%-ban krónikus myeloid leukemiát okoz.

                                                               Ph1 kromoszóma kimutatása FISH-sel. CML-es betegből származó interfázisos sejtek

hibridizációja 9q22 (zöld) és 22q11 (piros) DNS-szekvencia-specifikus próbákkal. A nyíl a két kromoszómaszegmens fúziója eredményeképpen létrejött Ph1 kromoszómára mutat, a

szignálok fedettsége egyértelmű jele a transzlokációnak

Burkitt’s lymphoma

Az esetek 90% esetén a 8-as és 14-es kromoszómák közötti transzlokáció

következménye.

Transzlokáció következtében kialakuló pozíció effektus hatására aktiválódó onkogének, sejtosztódást, rák

keletkezését okozhatják.

Jellegzetes (nem véletlenszerű) transzlokációk az ember malignus betegségeiben(Rowley -Yunis -Sandberg után)

t(9;22)(q34;q11) = Ph1 idült mieloid leukémia, akut leukémiák

t(8;21)(q22;q22) akut mieloid leukémia

t(8;22)(q22;q22) Burkitt-limfóma, meningeóma (agydaganat)

t(4;11)(q21;q23) akut limfoid leukémia

t(8;14)(q23;q32) akut limfoid leukémia, limfómák

t(15;17)(q24;q21) akut promieloid leukémia

t(11;C)(q21-23;C) akut nonlimfoid leukémia

t(3;8)(p25;q21) fültőmirigy-daganat

t(6;14)(q21;q24) petefészekrák

t(9;11)(p21;q23) akut monoblasztos leukémia

t(11;21)(q22;q21) akut nonlimfoid leukémia, más csontvelő-sejtburjánzások

t(6;12)(q15;p13) promieloid leukémia

t(6;9)(p23;q24) akut nonlimfoid leukémia

t(15;18) hólyagrák

A KROMOSZÓMA INSTABILITÁST JELLEMZI

a/ a kromoszóma törések nagy száma

b/ a testvér kromatida kicserélődések nagy gyakorisága

c/ a magasabb daganatképződési kockázat

d/ DNS reparációs hibák

Kromoszóma szerkezeti instabilitásból eredő törékeny kromoszóma szindrómák:1. Ataxia teleangiectasia egy és kétszálú CA aberráció, reparáció gyenge2. Bloom szindróma: magas spontán mutációs ráta, nagyfokú CA és

transzlokáció, emelkedett SCE 6-12/90 felett, gyenge immunitás, fényérzékenység, fokozott rákveszély.

3. Falconi anémia: törpenövés magas CA gyakoriság, mutagénekre fokozott érzékenység, fokozott rákveszély.

4. Xeroderma pigmentosum: bőrrák, fényérzékenység, timin dimérek kimetszésére képtelen, reparációs hiba. Nukleuotid exciziós repair hibája

Kromoszóma instabilitással összeföggőAutoszomális recesszív módon öröklődő daganatszindrómák

Szindróma Funkció Gén Daganatok kiindulási helyei

Xeroderma pigmentosum NER XP (ERCC) és mások

bőr

Ataxia teleangiectasia lánctörés felismerése, jelzése ATM több szerv

Fanconi-anémia keresztkötés-javítás FANC gének, BRCA2

hemopoetikus rendszer stb.

Nijmegen-szindróma kettős lánctörés javítás NBS hemopoetikus rendszer

Bloom-szindróma rekombináció BLM több szerv

Werner-szindróma rekombináció javítás, telomer

WRN több szerv

NER: nukleotide excision repair

Fragilis X szindróma

•Törékeny X krom. szindróma (fra-X) X krom. kapcsolt mentális retardációKromoszómális alapú értelmi fogyatékosságDown kór---fra-X 10 ezer/2-9 fra-X•autoszómális törékeny pontokörökletes folsav érzékeny pontok2q11, 2q13, 6p23, 7p11, 8q22, 9p21, 10q23,11q13 és 11q23, 12q13, 16p12, 20p11,

Xp27(fra-X )a fragilis X vírusos eredetű is lehet

Bloom syndroma

• Örökletes betegség, családi halmozódás

15q26.1, a BLM gén mutációja.• Fokozott sister chromatid exchange (SCE) • spontán kromoszóma törékenység emelkedés• DNS repair enzimek károsodása• Jelentős mutagén túlérzékenység.

normál sejt Bloom szindrómás sejt

A KROMOSZÓMA INSTABILITÁST JELLEMZI*DNS reparációs hibák*a magasabb daganatképződési kockázat

 

Retinoblasztóma, a retina rákja.  A retinoblasztóma mutációs eredete öröklődő és sporadikus esetekben.

Retinoblasztóma. 40%-uk öröklött. Az RB gén egyik allélja már a csirasejtben károsodhat, ebben az esetben a daganat korán kialakul, 5 év alatt.

 

                                                        RB1-gén deléció kimutatása 13q14.2-specifikus DNS-próbával.

piros pont: retinoblastoma-sejtekben jelen lévő RB1-gén kópiaszámát mutatják. Valamennyi sejtben az egyik RB1-gén deleciót szenvedett

A daganatos betegségeket okozó mutációk kromoszómális lokalizációjaa génlókuszok kromoszómális elhelyezkedése Humán genom kromoszómális kórtana

(McKusick-Amberger-F. Mitelman nyomán)

zöld:45: 57%sárga:9: 11%lila:18: 22%piros:7: 9%

A kromoszómamutációk aránya (%) intézeti értelmi fogyatékosok között(Hook után)

Down-kórAutoszomális

kromoszómamutáció

Kiegyensúlyozott transzlokáció

Gonoszomális kromoszómamu

tációÖssszes

9,5 0,9 0,3 0,8 11,5

Kromoszómamutációk spontán vetélésekben(Hook után)

Terhességi hét5-7 8-11 12-15 16-19 20-27 Átlag

Rendellenes kariotípus (%)

17,5 50,6 47,0 32,8 10,7 39,9

Köszönöm a figyelmet!