KROMOSZMA S A RK Elad Dr Kocsis Zsuzsanna

KROMOSZÓMA ÉS A RÁK Előadó: Dr. Kocsis Zsuzsanna Országos Kémiai Biztonsági Intézet Budapest, 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 Nukleoszóma DNS kettős spirál és a hisztonok alkotják Hisztonok: bázikus fehérjék (argininben és lizinben gazdag) 5 osztályuk van: H 1 H 1, H 2 A, H 2 B, H 3 és H 4: nukleoszomális hisztonok Hisztonkorong (oktamer): 8 hisztonmolekulából álló (2*4) 2 csavarulatban 146 bázispárnyi DNS tekeredik rá 2 korong között kb. 60 bp linkerrégió + H 1 molekula Nukleoszómák feltekeredése kromatin struktúra

Kromoszóma morfológia Eukromatikus régió: aktív géneket tartalmaz (génexpresszió, RNS szintézis) Heterokromatikus régió: inaktív DNS szakaszok rövid kar konstitutív heterokromatin (pl. centromer) fakultatív heteroktromatikus régió centroméra hosszú kar testvérkromatidák

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

Fajok Kromoszómaszám Humán lymphocyta kromoszóma preparátum ecetmuslica 8 rozs 14 galamb 16 egér 40 patkány 42 ember 46 mezei nyúl 48 kutya 78 ponty 104 páfrány 1200 A sejtek kromoszómaszáma fajra jellemző, állandó érték. Genom: a sejtmagban található összes genetikai információ. Kromoszóma: A genetikai információt tároló strukturális egység. Kromoszóma száma, morfológiája szervezettsége fajra jellemző és állandó. Humán kromoszóma Gének 1 2 968 13 748 18 766 21 303 X 1184 (Barr test) Y 231 (mikrodeléció meddőség) Nemhez kötött öröklődés

Öregedés, rák, kromoszóma stabilitás 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. Werner szindróma: autoszomális recesszív öröklésmenet WRN 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: sejttenyészet humán limfocita , csontvelő bőr fibroblaszt köldökvér magzatvíz sejtek stb. Citogenetikai módszerek klasszikus mikroszkópos értékelés sejt vonalak azonosítása, tipizálása alkalmas genetikai elváltozások azonosítása kromoszóma számbeli megoszlása, 50 metafázis ért. Összehasonlító kromoszóma analízis Eltérések kimutatása: marker krom. polip. CA. Emlős fibroblaszt sejt kariotípizálása

Giemsa festés-Kromoszóma sávozás Kromoszóma preparátum enyhe proteolitikus emésztése Giemsa festés sötét és világos csíkok a mintázat egy fajon belül állandó humán limphocita preparátum Humán limphocita standard G-sávos kariogramja *kromoszóma szerkezet kutatás *fajok kromoszómális evolúciójának kutatása *klinikai genetika *rákos szövetek genetikai elemzése

FISH (Fluoreszcens in situ hibridizáció) DNS specifikus próbákkal (DNS marker) jelöljük a krom. specifikus régióit FISH alkalmazása: krom. rendellenesség kimutatása genetikai betegségek diagnosztizálása géntérképezésnél kromatin struktúra vizsgálata Normál perifériás limphociták festése FISH technikával, két DNS próba alkalmazása 21 q 22. 3 szakasza: piros 13 q 14 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.

KROMOSZÓMA ABERRÁCIÓ TÍPUSAI: Strukturális kromoszóma aberráció: deléció inszerció transzlokáció Numerikus kromoszóma aberráció: poliploidia aneuploidia

NUMERIKUS KROMOSZÓMA ABERRÁCIÓ Az aneuploid sejtekre jellemző a kromoszóma többlet vagy hiány A 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 jelentősége a rák-diagnosztikában 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 triszómiák 21 -es triszómia: Down-kór (értelmi fogyatékosság) 13 -as triszómia: Patau-szindróma (letális, 1év) 18 -as triszómia: Edwards-szindróma (letális, 1 év)

Deléció kromoszóma szegmentek elvesztése Különböző humán betegségek delécióra vezethetőek vissza. A kis deléciók tolerálhatóak. A nagy deléciók nem tolerálhatóak, letalitáshoz vezetnek.

Deléció Cri du chat – macskasírás szindróma 5 • • 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 • Letört darab elvész • Terminális deléció: a kromoszóma végéről törik le egy darab pl. macskanyávogásszindróma (5 -ös krom. ) • Köztes deléció: 2 törés a kromoszómán belül pl. 15 -ös kromoszómán (Pader-Willi, Angelmanszindróma) Pader –Willi: csak az apai krom. működik Epigenetikai tényező: genomiális imprintig

Williams szindróma az elasztin génjének kieséséhez vezető mikrodeléció 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 1 p 22, neuroblasztóma 1 p 31, 3 p- tüdőrák 3 p 14 p 23, 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 11 p 13, 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 méhtestrák

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 inzerció – vírus DNS beépül a gazda DNS-be – pozíció effektus – vírusfehérjék komplexet képeznek a szupresszor gének termékeivel pl. p 53; p. Rb; → gátolja a tumor szupressziót és/vagy gátolhatják az apoptózis is Gén környezet, gén kapcsoltság, génátírás módosul.

TRANSZLOKÁCIÓ: intrakromoszómális transzlokáció: Egy kromoszóma szakasz áthelyeződése ugyanabba 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. v 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

Down-szindrómát igazoló triszómia A 21 -es kromoszóma triszómiájának kimutatása FISH-sel, interfázisos amniocytákban. piros jel: 21 q 22. 3 -szekvenciára specifikus DNS-próba

Myeloid leukémia A 9 -es és a 22 -es kromoszómák közötti transzlokáció eredménye a “Philadelphia kromoszóma” Az esetek 90%-ban krónikus myeloid leukemiát okoz.

Ph 1 kromoszóma kimutatása FISH-sel. CML-es betegből származó interfázisos sejtek hibridizációja 9 q 22 (zöld) és 22 q 11 (piros) DNS-szekvencia-specifikus próbákkal. A nyíl a két kromoszómaszegmens fúziója eredményeképpen létrejött Ph 1 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)(q 34; q 11) = Ph 1 idült mieloid leukémia, akut leukémiák t(8; 21)(q 22; q 22) akut mieloid leukémia t(8; 22)(q 22; q 22) Burkitt-limfóma, meningeóma (agydaganat) t(4; 11)(q 21; q 23) akut limfoid leukémia t(8; 14)(q 23; q 32) akut limfoid leukémia, limfómák t(15; 17)(q 24; q 21) akut promieloid leukémia t(11; C)(q 21 -23; C) akut nonlimfoid leukémia t(3; 8)(p 25; q 21) fültőmirigy-daganat t(6; 14)(q 21; q 24) petefészekrák t(9; 11)(p 21; q 23) akut monoblasztos leukémia t(11; 21)(q 22; q 21) akut nonlimfoid leukémia, más csontvelősejtburjánzások t(6; 12)(q 15; p 13) promieloid leukémia t(6; 9)(p 23; q 24) 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 gyenge 2. 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 összeföggő Autoszomális 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, BRCA 2 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 retardáció Kromoszómális alapú értelmi fogyatékosság Down kór---fra-X 10 ezer/2 -9 fra-X • autoszómális törékeny pontok örökletes folsav érzékeny pontok 2 q 11, 2 q 13, 6 p 23, 7 p 11, 8 q 22, 9 p 21, 10 q 23, 11 q 13 és 11 q 23, 12 q 13, 16 p 12, 20 p 11, Xp 27(fra-X ) a fragilis X vírusos eredetű is lehet

Bloom syndroma • Örökletes betegség, családi halmozódás 15 q 26. 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. 40%-uk öröklött. Az RB gén egyik allélja már a csirasejtben károsodhat, ebben az esetben a daganat korán kialakul, 5 év alatt. Retinoblasztóma, a retina rákja. A retinoblasztóma mutációs eredete öröklődő és sporadikus esetekben.

RB 1 -gén deléció kimutatása 13 q 14. 2 -specifikus DNS-próbával. piros pont: retinoblastoma-sejtekben jelen lévő RB 1 -gén kópiaszámát mutatják. Valamennyi sejtben az egyik RB 1 -gén deleciót szenvedett

A daganatos betegségeket okozó mutációk kromoszómális lokalizációja a génlókuszok kromoszómális elhelyezkedése Humán genom kromoszómális kórtana (Mc. Kusick-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-kór Autoszomáli s kromoszóma mutáció Kiegyensúly ozott transzlokáci ó Gonoszomáli s kromoszóma mutáció Össszes 9, 5 0, 9 0, 3 0, 8 11, 5 Kromoszómamutációk spontán vetélésekben (Hook után) Terhességi hét Rendellenes kariotípus (%) 5 -7 8 -11 12 -15 16 -19 20 -27 Átlag 17, 5 50, 6 47, 0 32, 8 10, 7 39, 9

Köszönöm a figyelmet!