Praktikum Biologie für Mediziner. Kurstag Zytogenetik. Institut für Humangenetik Februar 2011

Transkript

1 Praktikum Biologie für Mediziner Kurstag Zytogenetik Institut für Humangenetik Februar 2011

2 Praktikum Biologie für Mediziner Ablauf Einführung in die Zytogenetik Arbeitsauftrag 1 (Karyogramm) Beispiele für numerische und strukturelle Chromosomenaberrationen Arbeitsauftrag 2 (Strukturelle Chromosomenaberration) Ausblick

3 Praktikum Biologie für Mediziner Lernziele Nach Ablauf des Kurstages können Sie die Phasen des Zellzyklus sowie die Abschnitte der Mitose benennen haben Sie selbstständig (mit Unterstützung) ein Karyogramm erstellt haben Sie Beispiele für numerische und strukturelle Chromosomenaberrationen kennengelernt haben Sie sich erfolgreich mit einer strukturellen Chromosomenaberration auseinandergesetzt haben Sie einen Ausblick in die molekulare Zytogenetik erhalten

4 Einführung in die Zytogenetik Interphasekern Metaphasechromosomen

5 Einführung in die Zytogenetik - Memo Zellzyklus I Abfolge von Mitose (Bildung von Tochterzellen) bzw. Meiose (Bildung von Keimzellen) und Interphase Bei der Mitose entstehen aus einer diploiden Zelle (2n) zwei diploide Tochterzellen (2n) Kernteilung Bei der Meiose entstehen aus einer diploiden Zelle (2n) mehrere haploide Zellen (1n) Reduktionsteilung Die zwischen zwei Mitosen bzw. Meiosen liegende Interphase besteht aus G1-, S- und G2-Phase (proliferierende Zellen), ggf. auch G0-Phase (nicht teilungsaktive Zellen)

6 Einführung in die Zytogenetik - Memo Zellzyklus II Jeder Abschnitt der Interphase besitzt eine bestimmte Funktion: G(ap)1: Exprimierung zellspezifischer Gene, Erfüllung der Funktionen des Zellstoffwechsels; Übergang in G(ap)0-Phase möglich S(ynthese): Semikonservative DNA-Replikation G(ap)2: Korrektur von Replikationsfehlern

7 Einführung in die Zytogenetik - Memo Zellzyklus III Auch während der Mitose können verschiedene Phasen unterschieden werden: Prophase: Chromosomen kondensieren, werden dadurch sichtbar Prometaphase: Auflösen der Kernmembran Metaphase: Anordnung der Chromosomen in der Äquatorialebene

8 Einführung in die Zytogenetik - Memo Zellzyklus IV Anaphase: Schwesternchromatiden werden erfolgreich getrennt (Chromatide Chromosom) Telophase: Chromosomen gesammelt an den Zellpolen, dekondensiert

9 Einführung in die Zytogenetik Metaphaseplatte akrozentrisch 1 metazentrisch submetazentrisch Chromosom 1 > 280 Mb Chromosom 21 ~ 40 Mb

10 Karyogramm Einführung in die Zytogenetik Chromosomen nach Größe sortiert

11 Einführung in die Zytogenetik Einteilung in Gruppen Die Chromosomenpaare lassen sich den Gruppen A bis G zuordnen Chromosomen der Gruppe A Chromosomen 1 und 3 sind metazentrisch, 2 ist submetazentrisch

12 Einführung in die Zytogenetik Chromosomen der Gruppe B p p- und q-arm Jedes Chromosom besitzt einen kurzen sowie einen langen Arm. Diese werden als p- und q-arm bezeichnet. Der kurze Arm wird im Karyogramm nach oben ausgerichtet 4 5 q Chromosomen 4 und 5 sind stark submetazentrisch

13 Einführung in die Zytogenetik Die größte Gruppe Die Gruppe C enthält die meisten Chromosomen, darunter das X- Chromosom Chromosomen der Gruppe C X Die Chromosomen der Gruppe C sind mittelgroß und submetazentrisch

14 Einführung in die Zytogenetik Chromosomen der Gruppe D Satelliten Chromosomen der Gruppe D tragen häufig sogenannte Satelliten (s. Pfeil). Hierbei handelt es sich um (durch Dekondensation) abgeschnürte Bereiche im kurzen Arm der akrozentrischen Chromosomen Die Chomosomen 13 bis 15 sind akrozentrisch

15 Einführung in die Zytogenetik Chromosomen der Gruppe E Gummibärchen Chromosom 16 ist am stärksten metazentrisch, Chromosom 18 am deutlichsten submetazentrisch Das lässt tief blicken.. Mit der Zeit findet so ziemlich jeder ein Lieblingschromosom, nicht selten werden kreative Beinamen vergeben. Halten Sie in Ihrem Karyogramm doch mal Ausschau nach dem Gummibärchen..

16 Einführung in die Zytogenetik Chromosomen der Gruppe F Bei den Chromosomen der Gruppe F handelt es sich um die kleinsten metazentrischen Chromosomen

17 Einführung in die Zytogenetik Chromosomen der Gruppe G Y-Chromosom Es enthält vor allem Gene, die für Ausprägung des männlichen Geschlechts (z.b. SRY-Gen auf Yp) und Fertilität (z.b. AZF-Region auf Yq) von Bedeutung sind Y Die Chromosomen der Gruppe G sind klein und akrozentrisch, Chromosom 21 und 22 tragen häufig Satelliten

18 Einführung in die Zytogenetik Bandenfärbung Bei einfacher Färbung der Chromosomen können Strukturveränderungen, z.b. Stückverluste, oft nicht erkannt werden. Zur Analyse struktureller Chromosomenaberrationen werden daher gebänderte Chromosomen beurteilt Metaphase mit G-Bandenfärbung

19 Einführung in die Zytogenetik Auflösung Je später die Metaphase, desto kürzer die Chromosomen, und folglich desto geringer die Auflösung; dargestellt eine geringe Auflösung von ca. 300 Banden pro haploidem Genom

20 Einführung in die Zytogenetik Hier gezeigt: gestreckte Chromosomen einer frühen Metaphase; ca. 500 Banden pro haploidem Genom

21 Einführung in die Zytogenetik Von der Metaphaseplatte zum Karyogramm..

22 Einführung in die Zytogenetik..mit freundlicher Unterstützung von Ikaros

23 Einführung in die Zytogenetik

24 Einführung in die Zytogenetik

25 Arbeitsauftrag 1 Sie bekommen je einen Bogen mit 46 Chromosomen auf Etiketten, sowie je ein Karyogrammformular zum Aufkleben der Chromosomen und eine Klarsichthülle ausgeteilt (Karyogrammformular bitte zunächst in die Hülle stecken, dadurch können Sie während des Legens immer wieder Korrekturen durchführen). Erstellen Sie ein Karyogramm.

26 Arbeitsauftrag 1 Einige Hinweise zum Vorgehen: Orientieren Sie sich bei der Zuordnung an der Größe der Chromosomen, dem Bandenmuster sowie der Lage des Zentromers Beginnen Sie mit den größten Chromosomen, den Chromosomen der Gruppe A Richten Sie den kurzen Arm der Chromosomen nach oben aus Nutzen Sie das Ideogramm aus Ihrem Skript als Hilfestellung

27 Arbeitsauftrag 1

28 Ein unauffälliger Befund?

29 Bsp. für eine numerische Chromosomenaberration Freie Trisomie 21, Karyotyp 47,XX,+21 Klinisches Bild: Down-Syndrom

30 Ein unauffälliger Befund?

31 Bsp. für eine strukturelle Chromosomenaberration Translokationstrisomie 21, Karyotyp 46,XY,der(14;21)(q10;q10),+21 Klinisches Bild: Down-Syndrom

32 Bsp. für eine strukturelle Chromosomenaberration Befund der Mutter: Robertson sche Translokation ( zentrische Fusion akrozentrischer Chromosomen )

33 Down-Syndrom (Trisomie 21)

34 Ein unauffälliger Befund?

35 Bsp. für eine strukturelle Chromosomenaberration Befund Patient: Auffälliger Phänotyp, ein Chromosom verändert Unbalancierte Translokation

36 Bsp. für eine strukturelle Chromosomenaberration Befund der Mutter: Unauffälliger Phänotyp, zwei Chromosomen verändert Balancierte Translokation

37 Balancierte Translokation bei der Mutter des Patienten der(8) 10 der(10) 8

38 Unbalancierte Translokation beim Patienten Partialtrisomie 10q 8 der(8)

39 Arbeitsauftrag 2 Sie erhalten je einen kleinen Etikettenbogen mit einer von zwei möglichen strukturellen Chromosomenstörungen sowie ein Lösungsblatt. Die ersten drei Zeilen des Bogens sind identisch und zeigen die balancierte Situation. Die vierte Zeile zeigt eine unbalancierte Situation. Zur Orientierung erhalten Sie ein Bild der Metaphase, aus welcher die Ihnen ausgeteilten Chromosomen stammen. Die an der Translokation beteiligten Chromosomen sowie deren unauffällige Partner sind hier mit einem Stern gekennzeichnet. Welche (unveränderten) Chromosomen kennen Sie bereits?

40 Arbeitsauftrag 2 Einige Hinweise zum Vorgehen Identifizieren Sie die an der balancierten Translokation beteiligten Chromosomen. Kleben Sie die homologen Chromosomen paarweise auf die vorgesehene Stelle im Lösungsbogen (Aufkleber Zeile 1 Etikettenbogen). Beschriften Sie die homologen Chromosomen, z.b. 4, der(4). Welche möglichen Keimzellen kann ein Träger der von Ihnen identifizierten Translokation bilden? (Beachten Sie hierbei: somatische Zellen sind diploid, Keimzellen haploid; Zeile 2 und 3 Etikettenbogen) Zeile 4 auf dem Etikettenbogen zeigt eine unbalancierte Situation der von Ihnen identifizierten Translokation. Welche Keimzelle war erfolgreich?

41 Translokation 1 Sohn: Unbalancierte Translokation der(13)t(1;13)(q;q)pat Vater: Balancierte Translokation t(1;13)(q;q) Monosomie 13q Trisomie 1q

42 Monosomie 13q22-qter Klinik: - Flache Stirn - Prominenter Nasenrücken ( griechischer Helm -Profil) - Strabismus - Herzfehler (25 %) - Nierenfehlbildungen (20 %) - Analatresie (25 %) 75 % der bekannten Patienten bereits früh verstorben

43 Trisomie 1q32-qter Klinik: - Prä- und postnatale Wachstumsverzögerung - Dreieckige Fazies mit prominenter Stirn - Tiefsitzende, nicht ausgestaltete Ohren - Schwere psychomotorische Entwicklungsverzögerung 8 von 15 in der Literatur bekannten Patienten früh verstorben

44 Translokation 2 Sohn: Unbalancierte Translokation der(20)t(3;20)(q;p)mat Mutter: Balancierte Translokation t(3;20)(q;p) Trisomie 3q Monosomie 20p (?)

45 Trisomie 3q22.1-qter Klinik: - Ähnlich Cornelia-de-Lange- Syndrom - Hypertrichose - Typische Fazies mit breitem Nasenrücken, abfallenden Mundwinkeln, kurzem Hals, tiefsitzenden, dysplastischen Ohren - Herzfehler (50 %) Hohe Letalität

46 Trisomie 3q22.1-qter Cornelia-de-Lange-Syndrom

47 Ausblick Einsatzmöglichkeiten für FISH (Fluoreszenz in situ Hybridisierung): - Abklärung von Strukturaberrationen - Nachweis von Mikrodeletionen - Pränataler Schnelltest - XX/XY-Chimärismusanalyse nach KMT

48 Abklärung von Strukturaberrationen 3 der(3) 4 der(4) Nachweis einer kryptischen reziproken Translokation

49 Nachweis von Mikrodeletionen FISH-Diagnostik zur molekularzytogenetischen Bestätigung der Verdachtsdiagnose Angelman-Syndrom Rote Sonde markiert UBE3A-Region Nur ein Signal Deletionsnachweis Bestätigung der Verdachtsdiagnose Grüne Sonde ist Kontrollsonde Zwei Signale Zeigt erfolgreiche Hybridisierung an

50 Nachweis von Mikrodeletionen FISH-Diagnostik zur molekularzytogenetischen Bestätigung der Verdachtsdiagnose Angelman-Syndrom Rote Sonde markiert UBE3A-Region auf Chr. 15 Nur ein Signal Deletionsnachweis Bestätigung der Verdachtsdiagnose Grüne Sonde ist Kontrollsonde Zwei Signale Zeigt erfolgreiche Hybridisierung an

51 Pränataler Schnelltest ( Quick-FISH ) Interphase-FISH zum vorgeburtlichen Ausschluss einer Trisomie 13, 18 oder 21 Rote Sonde markiert Chr Signale Trisomie 21 Grüne Sonde markiert Chr Signale Zwei Kopien Chromosom 13

52 XX/XY-Chimärismusanalyse nach KMT Altes Bild einfügen!!!!!

53 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Bei Anregungen und Fragen Mail an: Quelle der Bilder: Internet sowie Schinzel, Catalogue of unbalanced chromosome aberrations in man, de Gruyter