Lidský genom
1) Lidé patří mezi DNA organismy
2) Genom je předáván z buňky na buňku v průběhu buněčného
dělení z generace na generaci v průběhu reprodukce
3) Genom obsahuje 20 000 až 35 000 genů
4) Geny jsou v jádře organizovány do chromozómů
5) Chromozóm je tvořen chromatinem
Chromatin
hmota tvořící jádro eukaryotické buňky dsDNA, histony, proteiny nehistonové
povahy
Podle intenzity zbarvení bazickými barvivy a stupně kondenzace
euchromatin – slabě, dekondenzovaný, „transkripčně aktivní“
heterochromatin – silně, kondenzovaný, neaktivní
Heterochromatin
Konstitutivní trvale v heterochromatinovém stavu centromery a telomery jeden z chromozómů X u žen
Fakultativní přechází v závislosti na ontogenetickém vývoji
organismu do euchromatinového stavu a naopak
Dynamický proces kondenzace lidského chromatinu
Kondenzovaný chromozóm č. 1 má délku 50 μm
Kondenzován 10 000x
1) Interfázní chromatin = dekondenzované 10-nm chromatinové vlákno
2) 30-nm chromatinové vlákno
3) Chromatin v mitotické fázi
= mitotické chromozómy
Složky chromatinu
1) Histony střed globulární, konce flexibilní a vláknité vysoký obsah argininu a histidinu 5 druhů – H1, H2A, H2B, H3 a H4
2) Nehistonové proteiny RNA-polymerázy a enzymy transkripčního
aparátu HMG1 a HMG2 – vážou se na neobvyklé
struktury DNA HMG3 a HMG4 – vážou se na jádro
nukleozomu, zvláště v oblastech transkripčně aktivních
Nukleozóm základní jednotka chromatinu oktamer histonů (H2A, H2B, H3, H4)2 jedna molekula histonu H1 úsek DNA o průměrné délce 200 bp, který tvoří dvě
otáčky kolem histonového oktameru
Nukleozómový řetězec 10nm chromatinové vlákno jeho jednotlivé články tvoří jádra
nukleozómu spojená dlouhou lineární molekulou dsDNA
pozorovatelný mikroskopem
- H1
+ H1
30nm chromatinové vlákno
vzniká kondenzací nukleozómového řetězce za účasti histonu H1
váže se k proteinovému lešení (proteiny nehistonové povahy, např. topoizomeráza II)
H1
Chromatinové domény
smyčky 30nm chromatinového vlákna, které se váží k proteinovému lešení
v úpatí každé smyčky je jedna molekula topoizomerázy II – změna topologie při replikaci a transkripci
každá doména má jedno místo ori
TOPO II TOPO II TOPO II
DNA proteinové lešení připojovací oblast
ATATATAT
Mitotické chromozómy
vznikají kondenzací 30nm chromatinových vláken
vytvářejí se během mitózy nebo meiózy
kondenzace 30nm do 600-700nm chromatinových vláken, která tvoří strukturu metafázních chromozómů
v chromozómech je chromatin ve stavu nejvyšší kondenzace a je transkripčně inaktivní
Cytogenetika
* 1956, Tjio a Levan – 46 lidských chromozómů
Studium chromozómů, jejich struktury a dědičnosti
Klinická diagnóza na základě analýzy chromozómů Mapování genů – HUGO Nádorová cytogenetika Prenatální diagnostika
Lidský chromozóm
nejlépe hodnotitelné jsou kondenzované chromozómy v prometafázi nebo metafázi
sesterské chromatidy
Centromera = primární konstrikce
telomery
krátké rameno p (petit = malý)
dlouhé rameno q
(queue = dlouhý konec)
Dědičnost lidských chromozómů
Meiotické redukční dělení
Mitotické dělení
Výsledným produktem jsou gamety s haploidní (haploos = jednoduchý) sadou chromozómů, tj. n = 23
Somatické buňky s diploidní (diploos = dvojitý) sadou chromozómů, tj. 2n = 46
G-pruhování
Natrávení trypsinem Giemsovo barvivo Vznik charakteristických
pruhů (G-pruhy) Lze individuálně rozpoznat
všechny chromozómy Lze odhalit strukturální i
numerické abnormality
Počítačová analýza obrazu až 1 000 pruhů 1 pruh 50 i více genů
Další typy pruhování - I
Q-pruhování
barvení chromozómů fluorescenčními barvivy, které se preferenčně vážou k oblastem bohatými na AT
Quinakrin, DAPI, Hoechst 33258 výsledek ekvivalentní G-pruhování
R-pruhování
je inverzní vůči G-pruhování před obarvením Giemsovým barvivem je DNA
denaturována (denaturují se především AT oblasti) podobně lze barvit barvivy, které se váží na GC
oblasti (chromomycin A3, olivomycin, mitramycin)
Další typy pruhování - II
T-pruhování
umožňuje identifikovat část R-pruhů, které jsou součástí telomér
metoda kombinuje částečnou denaturaci a kombinaci barviv a fluorochromů
C-pruhování
vede ke zviditelnění konstitutivního heterochromatinu, zejména v oblasti centromér
využívá denaturaci v nasyceném roztoku hydroxidu barnatého a následného barvení Giemsovým činidlem
Nomenklatura chromozómů - I
Pařížská nomenklatura z roku 1978
krátká ramena jsou značena p (petit)
dlouhá ramena nesou označení q (queue)
každý chromozóm je rozdělen do oblastí p1, p2, p3, q1, q2, q3 …
jednotlivé oblasti se odlišují určitými morfologickými rysy
pořadí se počítá od centroméry směrem k teloméře
oblasti se dále dělí na podoblasti – p11, p12, p13, …
ISCN – International System for Human Cytogenetic Nomenclature
Nomenklatura chromozómů - II
Nomenklatura chromozómů - III
relativní vzdálenost od centroméry se popisuje slovy proximální a distální
Proximální Xq – označení segmentu dlouhého ramene chromozómu X, která je nejbližší centroméře
Distální 2p – segment krátkého ramene nejvzdálenější centroméře, resp. nejbližší teloméře
Nomenklatura chromozómů - IV
Při porovnávání lidských chromozómů s jinými druhy se používá první písmeno
rodu a první dvě písmena druhu
HSA18 = Homo sapiens chromozóm č. 18
Příklad označení lokusu
HSA 6 p21.23
Lidský chromozóm č. 6
Krátké rameno
Oblast 2 od centroméry
Pruh 2-1
Podpruh 2
Podpodpruh 3
Lidský karyotyp
Každý druh má svou charakteristickou chromozomální výbavu
počet chromozómů morfologie chromozómů
metacentrické A, E 16, F submetacentrické B, C, E 17, 18 akrocentrické D, G, Y telocentrické
satelity 13, 14, 15, 21 a 22
Lidské chromozómy
Autozómy se číslují od největšího k nejmenšímu
Somatické buňky obsahují 46 chromozómů = 22 párů autozómů a 1 pár pohlavních chromozómů