Chromosom
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Chromosom
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Molekularbiologie in der<br />
klinischen Diagnostik<br />
1. Zytogenetik<br />
2. Marker für Krankheiten<br />
1
Ultraschall<br />
• Proben werden unter Ultraschallsicht<br />
entnommen<br />
• Indikation zur Methode der Wahl durch US<br />
bestätigt<br />
• Nachsorge/Kontrolle mit Ultraschall<br />
• ....<br />
2
Studenten und Ausbildung<br />
3
Simulatoren<br />
Alternative: digitales Stethoskop<br />
4
Separated units for easy maintainance<br />
Transducer<br />
Trigger<br />
Command input<br />
Typing/voice<br />
Mini - Computer<br />
Sonobody<br />
Battery<br />
around belt
Live-transmission to expert consultant, worldwide<br />
Telemedicine:<br />
Executive and expert center
Veterinärmedizin<br />
7
1. ZYTOGENETIK<br />
8
Cytogenetik<br />
Cytogenetik/Zytogenetik<br />
untersucht die <strong>Chromosom</strong>en und ihre Rolle<br />
während der Vererbung.<br />
Zytogenetik beschäftigt sich mit der:<br />
1. Diagnostik der <strong>Chromosom</strong>enstörungen.<br />
2. Lokalisierung der chromosomalen Regionen /<br />
DNA-Sequenzen .<br />
9
Cytogenetische Begriffsdefinitionen<br />
Chromatin: ist die nicht kondensierte DNA, die werden mit Proteinen beigefügt<br />
(während der Interphase des Zellzyklus)<br />
<strong>Chromosom</strong>: ist die kondensierte DNA mit Proteinen beigefügt (während der<br />
M-Phase des Zellzyklus)<br />
Karyotyp: bezeichnet alle Eigenschaften der <strong>Chromosom</strong>enansatz eines Individuums/<br />
Zellkernes und die Anzahl der <strong>Chromosom</strong>en (zB 46 XY, 47 XYY)<br />
Karyogramm: ist die paarweise und angeordnete zu photografierende<br />
<strong>Chromosom</strong>enansatz<br />
Idiogramm: ist die schematische Darstellung der <strong>Chromosom</strong>en nach abnehmende<br />
Grösse und Form<br />
Die menschliche Zellen enthalten normalerweise 46 <strong>Chromosom</strong>en:<br />
44 Autosomen und<br />
2 Geschlechtschromosomen.<br />
10
Aufbau der <strong>Chromosom</strong>enstruktur<br />
1. Chr.<br />
(human)<br />
DNA Länge 50<br />
mm<br />
Chr. Länge 3-4<br />
µm<br />
10.000 x<br />
Kondensation!<br />
11
Die Geschichte der Identifizierung des<br />
menschlichen <strong>Chromosom</strong>s<br />
1879. Arnold: Erste Visualisierung der menschlichen <strong>Chromosom</strong>en.<br />
1888. Waldeyer: Das Geburt des Wortes <strong>Chromosom</strong> (Chroma: Farbe, soma: Körper)<br />
1882. Walther Flemming: 20-28 <strong>Chromosom</strong>en in den Zellen der Hornhaut<br />
1921. T.S. Painter: 48 menschlichen <strong>Chromosom</strong>en, X & Y-<strong>Chromosom</strong>en (Wissenschaft)<br />
1956. Jo Hin Tijo und Albert Levan: 46 menschlichen <strong>Chromosom</strong>en (Hereditas)<br />
1959. Lejeune: Trisomie 21 = Down-Syndrom<br />
12
Der Zellzyklus und<br />
der Nachweis der<br />
<strong>Chromosom</strong>en<br />
Menschliche<br />
<strong>Chromosom</strong>en werden sich<br />
in teilenden Zellen<br />
(Knochenmark / Plazenta-<br />
Zellen, Lymphozyten)<br />
untersucht.<br />
13
Karyotyping conferences<br />
1960. Denver: Die menschlichen <strong>Chromosom</strong>en wurden von 1 bis 22 nummeriert, in der<br />
Reihenfolge der Größe, mit Ausnahme der Geschlechtschromosomen. Die 22 <strong>Chromosom</strong>en<br />
wurden in 7 Gruppen eingeteilt.<br />
1963. London: der Schriftzug der Gruppe (AG) wurde angenommen<br />
1966. Chicago: chromosomale Syndrome wurden markiert<br />
1971. Paris, die 1976. Mexiko, 1978. Stockholm: <strong>Chromosom</strong> Banding<br />
1995. ISCN: International System (für Menschen) Cytogenetische Nomenklatur<br />
14
Karyogramm<br />
Karyotyp<br />
46 XX<br />
Idiogramm<br />
Anwendungsgebiete<br />
15
Kariotyp<br />
Kariogram<br />
16
Anwendungsgebiete<br />
• Pränataldiagnostik<br />
• Gynäkologie<br />
• Pädiatrie<br />
17
<strong>Chromosom</strong>struktur<br />
18
46, XX<br />
Die Gruppen des <strong>Chromosom</strong>ansatzes<br />
19
46, XY<br />
20
<strong>Chromosom</strong>enbänderung<br />
Die <strong>Chromosom</strong>bänderungstechniken verwenden verschiedene<br />
Färbungen um die <strong>Chromosom</strong>en und<br />
<strong>Chromosom</strong>enstrukturänderungen zu zeigen.<br />
Die folgende Bänderungstechniken sind oft verwendet:<br />
G-bänderung: Giemsa Färbung<br />
R-Bänderung: (rückwärts) geändert Giemsa Färbung<br />
C-Bänderung: Centromer spezifische Färbung<br />
T-Streifen: Telomer spezifische Färbung<br />
Q-Streifen: Quinacrin Färbung (fluoreszierend)<br />
Der kurze und lange<br />
<strong>Chromosom</strong>armen<br />
werden aufgrund der<br />
Färbungsmuster<br />
nummeriert. 21
<strong>Chromosom</strong>enbänderung<br />
G-banding<br />
Q-banding<br />
R-banding C-banding T-banding<br />
22
<strong>Chromosom</strong>ale Aberrationen<br />
Die verschiedenen Krankheitsbilder werden durch Aneuploidien, Translokationen<br />
oder Deletionen verursacht.<br />
23
ANEUPLOIDIE<br />
Die Aneuploidie ist eine numerische <strong>Chromosom</strong>enaberration, einzelne <strong>Chromosom</strong>en<br />
zusätzlich zum üblichen <strong>Chromosom</strong>ensatz vorhanden sind oder fehlen<br />
(am häufigstenTrisomien und Monosomien).<br />
24
MITOTISCHE<br />
NON-DISJUNCTION<br />
MEIOTISCHE<br />
NON-DISJUNCTION<br />
25
MEIOTISCHE NON-DISJUNCTION—><br />
ANEUPLOIDIE<br />
26
MEIOTISCHE/MITOTISCHE NON-DISJUNCTION<br />
27
Numerische <strong>Chromosom</strong>enaberrationen<br />
Euploid <strong>Chromosom</strong>enmutationen: Triploidie (3n), Polyploidie<br />
Aneuploid <strong>Chromosom</strong>enmutation<br />
Autosomale Häufigkeit Geschlechtschro<br />
mosomale<br />
Trisomie<br />
Trisomie des 21. Chr.<br />
Down-Syndrom<br />
Trisomie des 18. Chr.<br />
Edwards- Syndrom<br />
Trisomie des 13. Chr.<br />
Patau-Syndrom<br />
Selte Trisomien 3-,7-,8-,9-,12-<br />
,14-,15-,19-,22-es<br />
Monosomie<br />
1/700 47, XXX Triplo-<br />
X-Syndrom<br />
1/13000 47, XXY<br />
Klinefelter-<br />
Syndrom<br />
1/15000 47, XYY<br />
Doppel-Y-<br />
Syndrom<br />
45, X0 Turner-<br />
Syndrom<br />
Häufigkeit<br />
1/1000 in<br />
Frauen<br />
1/1000 in<br />
Männer<br />
1/1000 in<br />
Männer<br />
1/2500 in<br />
Frauen<br />
28
AUTOSOMALE ANEUPLOIDIE:<br />
DOWN-SYNDROM<br />
29
Down Syndrom<br />
• 3x 21 od. Teile (freie Trisomie, Mosaik)<br />
• 1:650 (häufigste Chr.anomalie)<br />
• Risk ab 35. Jahr der Mutter, dennoch 70% der<br />
Mütter jünger!<br />
• Sonographie!<br />
– Verdickte Nackenfalte 11.-14.SSW<br />
– Quotient biparietaler Schädeldurchmesser<br />
– Femurlänge >50% erhöht<br />
30
Down Syndrom<br />
• Labor: Triple Test (a-Fetoprotein, Estriol, HCG)<br />
• PAPP-A (Pregnancy-associated plasma protein)<br />
• Körperliche Befunde:<br />
– Körperbau/Bewegungsapparat<br />
– Extremitäten/Akren<br />
– Kopf/Augen<br />
• Geistig/psychisch: IQ unterschiedlich, ca.-50<br />
vom Normalwert<br />
31
Down Syndrom<br />
• Fehlbildungen innerer Organe<br />
– Herz 50% , Septum, AV-Kanal, Fallot-tetralogie,etc.<br />
– GI Atresien/Stenosen, Pancreas anulare, Morbus<br />
Hirschsprung, Eingeweidebrüche<br />
– Hypogonadismus, Infertilität<br />
– Immundefizienz URTI<br />
– Leukämie<br />
– OSA<br />
• Ca.45% werden älter als 60 Jahre (Demenz!)<br />
32
AUTOSOMALE ANEUPLOIDIE:<br />
DOWN-SYNDROM<br />
Kariotyp: Trisomie des 21. <strong>Chromosom</strong>s<br />
33
Der mütterliche Alter und die Wahrscheinlichkeit des<br />
Down-syndroms<br />
34
AUTOSOMALE ANEUPLOIDIE:<br />
EDWARDS-SYNDROM<br />
Karyotyp: Trisomie des 18. <strong>Chromosom</strong>s<br />
35
Edwards Syndrom<br />
• Verdreifachtes Chr. 18 od. Teile davon<br />
• 1:3000-5000, häufiger Mädchen<br />
• Kurzer Stamm, kleine Mamillen<br />
• Langer, schmaler Schädel<br />
• Ohrmuscheldysplasie, Mikrognathie<br />
• Extremitätenanomalien<br />
• Herzfehler 90%<br />
• Nierenfehl. und GI Atresien<br />
• Keine Therapie (nur 10% überleben 1.Jahr)<br />
36
Geschlechtschromosomale Aneuploidien:<br />
37
Geschlechtschromosomale Aneuploidien: :<br />
TURNER-SYNDROM<br />
Kariotyp: 45X0<br />
38
Turner Syndrom<br />
• 45, X<br />
• 1:2500 aller weiblichen Neugeboren<br />
• Bei Geburt: Lymphödeme an Hand/Fußrücken<br />
• Kleinwuchs, kurzer Hals m. Pterygium colli<br />
• Epikanthus, Hypertelorismus, tiefer<br />
Haaransatz<br />
• Schildthorax<br />
• Breiter Mamillenstand<br />
39
Turner Syndrom<br />
• Metacarpalia Iv u. V. verkürzt<br />
• Gonadendysgenesie, 1° Amenorrhö,<br />
hypoplastisches inneres u. Äußeres Genitale<br />
• Infertilität<br />
• Nierenfehlbildungen (Hufeisen)<br />
40
Geschlechtschromosomale Aneuploidien:<br />
KLINEFELTER-SYNDROM<br />
Kariotyp: 47XXY<br />
41
Klinefelter Syndrom<br />
• 47, XXY, selten 48, XXXY<br />
• 1:1000 aller männlichen Neugeborenen<br />
• Erstdiagnose häufig in der Pubertät<br />
• Euchnuchoider Hochwuchs<br />
• Adipositas, Gynäkomastie<br />
• Hypergonadotroper Hypogonadismus<br />
• Hodenatrophie Aspermie<br />
• Fehlen der sek. Männlichen Behaarung<br />
42
Geschlechtschromosomale Aneuploidien:<br />
TRIPLE X-SYNDROM<br />
43
Geschlechtschromosomale Aneuploidien :<br />
XYY-SYNDROM <br />
44
Klassifizierung der strukturellen <strong>Chromosom</strong>enanomalien aufgrund der Zahl der<br />
<strong>Chromosom</strong>enbrüche<br />
1 törés<br />
szerkezeti Strukturelle kromoszóma <strong>Chromosom</strong>aberrationen aberráció<br />
2 törés<br />
3 törés<br />
1 Bruch 2 Brüche 3 Brüche<br />
An 2 2 verschiedenen<br />
különböző<br />
<strong>Chromosom</strong>en<br />
kromoszómán<br />
terminális deléció<br />
Terminale Deletion<br />
2 An különböző 2 verschiedenen kromoszómán <strong>Chromosom</strong>en<br />
An denselben uazon a kromoszómán <strong>Chromosom</strong><br />
Insertion inszerció<br />
reciprok transzlokáció<br />
Reziproke Translokation<br />
centrikus Zentrische fúzió<br />
Fusion vagy<br />
Robertson-féle oder<br />
transzlokáció<br />
Robertsonsche<br />
Translokation<br />
uazon An denselben<br />
a kromoszóma<br />
<strong>Chromosom</strong>arm<br />
karon<br />
ellentétes An gegenseitigen<br />
kromoszóma<br />
<strong>Chromosom</strong>arm<br />
karon<br />
paracentrikus Parazentrische inverzió<br />
Inversion<br />
gyűrű Ringchromosom<br />
kromoszóma<br />
pericentrikus Perizentrische inverzió<br />
Inversion<br />
45
DELETION<br />
• Ein Stück eines <strong>Chromosom</strong>s geht verloren<br />
• Kartierung mit Hilfe der Deletionen<br />
• Interstiziale Deletion - Prader-Willi; Angelman Syndromen del15 (q11-<br />
13), Williams-Syndrom<br />
• Terminale Deletion – ein <strong>Chromosom</strong> verliert des Telomers – schwierige<br />
Symptomen zB.: Cri du chat Syndrom<br />
46
TRANSLOKATION<br />
Die Zahl der Brechungen ist mehr als 1.<br />
Die Brechungstellen sind im Fall der reziproken<br />
Translokation:<br />
- an denselben (homologen) <strong>Chromosom</strong>en<br />
- an zwei verschiedenen <strong>Chromosom</strong>en<br />
Balancierte Translokation<br />
Die Bruchstellen sind meistens in den nicht kodierenden Regionen<br />
(Proportionen der kodierenden Regionen betragen nur 5-10 %)<br />
Wenn die Bruchstelle innerhalb eines Gens ist, kann das Genprodukt:<br />
-eine neue Funktion bekommen (selten)<br />
- in anderen Mengen hergestellt werden<br />
- seine Funktion verlieren<br />
47
RING CHROMOSOM<br />
• nach seriellen Telomerdeletionen bilden die<br />
<strong>Chromosom</strong>en einen Ring<br />
48
INVERSION<br />
Parazentrische Inversion<br />
Perizentrische Inversion<br />
49
Kongenitale Krankheitsbilder nach Deletionen<br />
Deletion<br />
Kurzer Arm des 5. Chr. (del 5p)<br />
Kurzer Arm des 18. Chr.<br />
Langer Arm des X Chr. (Fragile X)<br />
Langer Arm des 22 Chr.<br />
Langer Arm des 13. <strong>Chromosom</strong>s<br />
Symptom<br />
Katzenschreien, mentale Retardierung,<br />
Herzstörungen<br />
Körperliche und geistige Retardierung<br />
Autism, karakteristisches Gesicht<br />
Entwicklungsstörung in der Schilddrüse<br />
Augenkrebs<br />
Kongenitale Krankheitsbilder nach Translokationen<br />
TRANSLOKATION<br />
Symptom<br />
ein Teil des 4. <strong>Chromosom</strong>s wird auf das<br />
20. übergeträgt<br />
Ein Teil des X -> 13. Translokation<br />
Geistige Retardierung, deformiertes<br />
Gesicht<br />
Geistige Retardierung<br />
50
Erworbene Deletionen im Tumor<br />
DELETION<br />
TUMOR<br />
APC-Gene<br />
Kolorektalkrebs<br />
Retinoblastom<br />
Tumor in irgendwelcher<br />
P53<br />
In allen Organen<br />
22. <strong>Chromosom</strong>deletion Akute myeloische Leukämie<br />
Erworbene Translokationen im Tumor<br />
TRANSLOKATION<br />
TUMOR<br />
9-22 <strong>Chromosom</strong> (Philadelphia-<br />
<strong>Chromosom</strong>)<br />
Chronische myeloische Leukämie<br />
8-14 <strong>Chromosom</strong> Burkitt – Lymphom<br />
8-21 <strong>Chromosom</strong> Akute myeloische Leukämie<br />
51
FRAGILES X SYNDROM<br />
•Das Fragile X-Syndrom (FXS) ist eine<br />
der häufigsten Ursachen erblicher<br />
kognitiver Behinderung des Menschen.<br />
•Klinische Symptomen:<br />
-Grosser Kopf, schmales<br />
Gesicht, grosse Ohren<br />
-mild - schwere mentale<br />
Retardierung<br />
- 1/3 der behinderten Frauen<br />
haben mentale Retardierung<br />
• Xq27.3 ist die häufigste zerbrechliche<br />
Region<br />
Xq27.3<br />
X fra(X)<br />
52<br />
fra(X) Y
Fragiles X Syndrom<br />
• Monogen vererbt, Xq27.3<br />
• 1:1200-2500<br />
• Mädchen: geringer ausgeprägte Symptome<br />
• Kleinkindesalter Hochwuchs, Makrozephalie<br />
• Gesichtsdysmorphien<br />
• Große dysplastische Ohren<br />
• Jungen: große Hoden<br />
53
Fragiles X Syndrom<br />
• Mentale Retardierung IQ < 60<br />
• Hyperkinesie<br />
• Hypersensibilität<br />
• Autismus<br />
• Überstreckbarkeit der Gelenke<br />
• Dilatierter Aortenbogen<br />
• Mitralklappenprolaps<br />
54
FRAGILES X SYNDROM<br />
•Die Mutation wirkt die CGG Trinukleotid Repeats des Gens FRAXA in der Region Xq28<br />
•Die Expansion der CGG Repeaten entsteht beim „mütterlichen Übertragung”<br />
•Es ist den 5’ Teil der nicht transkribierenden Region begleitet<br />
•die Verlängerung dieser Region folgt die Hemmung der Expression durch Methylieung<br />
•Das FMR1 Protein ist ein RNA-bindendes Protein<br />
•Für die mentale Retardation ist wahrscheinlich das mGluR5 (metabotrope glutamate receptor)<br />
55<br />
verantwortlich
5-50 Repeat<br />
FRAGILES X SYNDROM<br />
FMR-1 Gen<br />
CGG<br />
Gesund<br />
50-200 repeat<br />
‘Prämutation’<br />
CGG<br />
200 - repeat<br />
Vollständige Mutation<br />
CGG<br />
56
FISH: FLUORESCENT IN SITU<br />
HYBRIDISATION<br />
57
FISH<br />
58
FISH<br />
Die Behandlung der Proben: nach einer kurzen Fixierung wird die markierte Probe (Sonde)<br />
auf unseren Probe pipettiert, nach ein paar Stunden dauernden Hybridisierung wird die<br />
zusätzliche markierte Probe (Sonde) gewaschen, und dann die <strong>Chromosom</strong>en unter UV-<br />
Fluoreszenz Mikroskop sofort untersucht.<br />
59
Verschiedene Arten der FISH Probe<br />
Mithilfe von <strong>Chromosom</strong>-spezifischen Tests werden die numerischen<br />
<strong>Chromosom</strong>enanomalien erfasst.<br />
Die X (rote) und Y (grüne) <strong>Chromosom</strong>spezifische<br />
Sonden in normalen männlichen<br />
und weiblichen Zellkernen<br />
Die Proben hybridisieren zu einem Abschnitt<br />
der <strong>Chromosom</strong>en.<br />
60
Verschiedene Arten der FISH Probe<br />
Identifizierung der Geschlechtschromosomen<br />
Identifizierung die Gonosomen.<br />
In einem gesunden weiblichen Zellkern sind 2 X , in einem gesunden männlichen ist nur 1 X<br />
<strong>Chromosom</strong>.<br />
61
Verschiedene Arten der FISH Probe<br />
Die Locus-oder Gen-spezifische Sonde wird ein bestimmtes Zielgen identifizieren, und zeigt<br />
die Position auf dem <strong>Chromosom</strong>. Fehlen des Gens, oder die Duplikation des Gens, als auch<br />
die Translokation, Deletion eines Tumorsuppressorgens können ebenfalls nachgewiesen<br />
werden.<br />
Das RB1-Gen des13. <strong>Chromosom</strong>s ist sichtbar in zwei Kopien (rote Punkte)<br />
62
Locus spezifische FISH Probe für<br />
verschiedene Syndromen<br />
• Prader-Willi Syndrom 15q11-13<br />
• Angelman Syndrom 15q11-13<br />
• Di-George Syndrom /VCFS 22q11.2<br />
• Williams Syndrom 7q11.23<br />
• Wolf-Hirschhorn Syndrom 4p16.3<br />
• Cri du Chat Syndrom 5p15.2<br />
• Kallmann Syndrom Xp22.3<br />
• SRY Gen Yp11.3<br />
• X-verbundene Ichthyosis Xp22.3<br />
• Retinoblastoma (RB1-Gen) 13q14<br />
• Smith-Magenis Syndrom 17p11.2<br />
• Miller-Dieker Syndrom 17p13.3<br />
63
Medizinische Verwendung der FISH Proben<br />
Pränatale Untersuchung von Down-Syndrom – weitgehend abgelöst von US<br />
64
Medizinische Verwendung der FISH in<br />
Tumoren Die Deletion der<br />
erb-B2, EGFR und myc Gene wurden in vielen<br />
Tumoren beobachtet (diese Onkogene sind),<br />
als auch die RB und p53 Gene (welche<br />
Tumorsuppressor sind).<br />
Das p53 Tumorsuppressor-Gen wird mit einer lokusspezifischen<br />
Probe in den Zellkernen der leukämischen Zellen sichtbar gemacht.<br />
65
Medizinische Verwendung<br />
der FISH<br />
Philadelphia <strong>Chromosom</strong><br />
(Ph1)<br />
abl (Abelson cluster region) kodiert<br />
ein Tyrosine Kynase Protein<br />
bcr (breakpoint cluster region)<br />
Die Detektion des Philadelphia <strong>Chromosom</strong>s ist mit FISH Proben in chronischer<br />
myeloischen Leukämie (CML) leichter, als mit den anderen Methoden.<br />
66
Medizinische Verwendung des FISH<br />
das Gen BCR liegt normalerweise auf dem 22. <strong>Chromosom</strong>,<br />
das ABL Gen auf dem 9. <strong>Chromosom</strong>.<br />
Nach der Translokation werden die zwei Gene fusioniert.<br />
67
Verschiedene Arten der FISH<br />
Telomerspezifischen Probe<br />
Telomer<br />
68
X-CHROMOSOM INAKTIVIERUNG<br />
Das Barrkörperchen Regel: #BB = #X-1<br />
Die Funktion der X Inaktivierung:<br />
Dosiskompensation der Genprodukte X <strong>Chromosom</strong>s<br />
Heterochromatinisation: Gene werden inaktiv durch:<br />
‣Xist RNS<br />
‣DNS-Methylierung<br />
‣Histon-Methylierung<br />
zwei Barrkörperchen:<br />
-> XXX<br />
69
X-CHROMOSOM INAKTIVIERUNG<br />
- Es ist ein random Prozess<br />
- das Prozess ist während der frühen Embryogenese schon aktiv<br />
- Das Ergebnis ist unumkehrbar<br />
70
X-CHROMOSOMINAKTIVIERUNG<br />
XX<br />
XO<br />
<br />
die Pseudoautosomale Region bleibt auf den inaktiven X<br />
<strong>Chromosom</strong>en aktiv!<br />
Die Pseudoautosomale Region ist sogar auf den X und Y <strong>Chromosom</strong> vorhanden.<br />
Diese Region sichert eine normale Chiasmabildung und Segregation in der Meisose.<br />
71
X-CHROMOSOM INAKTIVIERUNG<br />
Bei Menschen: Mosaicism<br />
Anhidrotische Ektodermale Dysplasie:<br />
Schweissdrüsen sind nur in den Flecken aktiv<br />
72
2. Marker für Krankheiten<br />
• Geburtshilfe<br />
• Neurologie<br />
• Geriatrie<br />
73
Danke für die Aufmerksamkeit!<br />
<br />
74