Obrázek: „Meióza: Dělící se mateřské buňky pylu (na konci meiotického dělení) – rostlina Lilium. Technika optické mikroskopie: Jasné pole. Zvětšení: 3000x (pro obrázek o šířce 26 cm ~ formát A4).“ Autor: Doc. RNDr. Josef Reischig, CSc. – Archiv autora. Licence: CC BY-SA 3.0
Základní stavba chromozomů
Chromozom je nositelem genů, molekul, které jsou v konečném důsledku zodpovědné za přenos dědičného souboru informací o syntéze bílkovin a následně o fungování celé buňky.
Každý chromozom se skládá z páru chromatid. Podobné chromozomy existují v párech a označují se jako homologní chromozomy.
Normální strukturní lidská buňka nese dvě sady, 23 párů homologních chromozomů, což je celkem 46 chromozomů. Jedná se o diploidní buňky.
Mužské a ženské gametové buňky odpovědné za rozmnožování mají pouze jednu sadu homologních chromozomů, celkem 23 a označují se jako haploidní buňky.
Centromera je část chromozomu, kde jsou spojeny sesterské chromatidy. Prostřednictvím kinetochoru se v centroméře během buněčného dělení připojují vlákna vřeténka.
Centroméra rozděluje každý chromozom na dvě ramena: kratší rameno se nazývá „p“ a delší rameno „q“. (p znamená ve francouzštině „petit“, což znamená malý.)
Na základě umístění centromery se popisují různé typy chromozomů:
| Typ | Vysvětlení |
| Metacentrický | Centromera je uprostřed; ramena p a q jsou stejně dlouhá. |
| Submetacentrické | Ramena p a q jsou téměř stejně dlouhá. |
| Telocentrický | Centromera je přítomna blízko jednoho konce; p rameno je velmi malé. |
| Akrocentrický | P rameno je malé, ale o něco delší ve srovnání s telocentrickými chromozomy. |
Buněčné dělení se skládá z dělení genetického materiálu a cytogeneze. Genetický materiál může podléhat buď mitóze, nebo meióze.
Mitóza
Při mitóze vzniknou z jedné diploidní buňky dvě diploidní buňky. Dvě takto vzniklé dceřiné buňky jsou geneticky identické s mateřskou buňkou.
Tabulka ukazuje jednotlivé fáze mitózy:
| Fáze | Vysvětlení |
| Interfáze | Při dělení buněk se mitotická fáze střídá s interfází – dobou, kdy se buňka připravuje na dělení. Charakteristickým znakem této fáze je syntéza proteinů, cytoplazmatických organel a genetického materiálu. |
| Profáze | Profázi charakterizuje kondenzace chromozomů a zahájení tvorby mitotického vřeténka. |
| Metafáze | V metafázi dochází k oddělení chromozomů po navázání mikrotubulů na centromeru a správnému uspořádání podél metafázové destičky nebo rovníkové destičky. Kontrolní body metafáze zajišťují rovnoměrné rozložení chromozomů na konci mitotické fáze buněčného dělení. |
| Anafáze | Anafází vrcholí tvorba identických dceřiných chromozomů. V této fázi dochází ke štěpení kohezinů, které k sobě vážou sesterské chromatidy. Mikrotubuly se zkracují, což má za následek tažení sady nově vzniklých dceřiných chromozomů k opačným koncům buňky. |
| Telofáze | Telofáze je odvozena od řeckého slova „telos“, které znamená konec, a představuje konec mitotické fáze buněčného dělení. V mnoha ohledech je opakem profáze. Na konci telofáze vznikají dvě dceřiná jádra s identickou sadou chromozomů. |
Meióza
Existují dvě fáze meiózy, a to fáze I a fáze II.
Reduktivní dělení probíhá ve fázi I. Chromozomální crossover, rovněž jedinečný rys fáze I, vede k výměně genetického materiálu mezi homologními chromozomy. Konečným výsledkem meiózy je vznik čtyř geneticky odlišných haploidních buněk. Splynutí dvou haploidních gamet během oplodnění obnovuje diploidní povahu embrya.
Chybná meióza, jako je nedisjunkce, je jednou z nejčastějších příčin potratů a vývojových poruch sekundárně způsobených genetickou příčinou.
Fázi I meiózy lze shrnout takto:
| Fáze | Vysvětlení |
| Fáze I | Jedná se o nejdelší fázi meiózy. V profázi dochází ke křížení chromozomů, které vede ke genetické variabilitě výsledných dceřiných haploidních buněk. Profáze se dělí na následující fáze:
|
| Metafáze I | V této fázi se homologní páry chromozomů pohybují po metafázní destičce. |
| Anafáze I | Homologní chromozomy se v této fázi pohybují směrem k opačným pólům sekundárně v důsledku zkrácení kinetochorových mikrotubulů. |
| Telofáze I | Tato fáze označuje konec prvního meiotického dělení. Vznikají dvě dceřiné buňky geneticky odlišné od mateřské buňky s polovičním počtem chromozomů. Každý chromozom se skládá z páru chromatid. |
Fáze II meiózy je totožná s mitózou. Zahrnuje oddělení sesterských chromatid podél ekvatoriální roviny; na konci meiózy tak vznikají čtyři haploidní buňky.
S tímto základním poznatkem o normální anatomii chromozomů a buněčném dělení jsme schopni přejít k nedělení.
Definice nedisjunkce
Nedostatečné oddělení dvou homologních chromozomů nebo sesterských chromatid během buněčného dělení se označuje jako nedisjunkce.
Historie
Čas svědčí o objevu nedisjunkce na jaře roku 1910 z rukou Calvina Bridgese a Thomase Hunta Morgana. Ti při studiu pohlavních chromozomů Drosophila melanogaster zjistili aberantní chování chromozomů.
Typy nedisjunkce
| Typ | Vysvětlení |
| Meiotická nedisjunkce fáze I | Všichni haploidi odvození z primární buňky jsou abnormální. Například všechny spermie odvozené z primárního spermatocytu budou mít celkem 22 nebo 24 chromozomů místo obvyklých 23. |
| Fáze meiotické nedisjunkce II | Pouze polovina haploidů odvozených z primární buňky bude abnormální. Např: |
| Mitotická nondisjunkce | Při přerušení vláken vřeténka během metafáze nebo anafáze vede mitotická nondisjunkce ke vzniku trisomických a monosomických dceřiných buněk, které dávají u jedince vzniknout mozaikovým buněčným liniím. |
Etiogeneze nondisjunkce
Molekulární mechanismy stojící za nondisjunkcí lze stručně shrnout následovně:
| Mechanismus | Vysvětlení |
| Pohlavně specifické rozdíly v meióze | Mateřské oocyty jsou náchylné k segregačním chybám, protože je doloženo zastavení oocytů v profázi I meiózy. Důsledkem toho zůstává skutečnost, že většina lidských aneuploidních syndromů je odvozena od matky. |
| Věkem podmíněná ztráta kohesinových vazeb | Kohesin je zodpovědný za navázání vláken vřeténka na sesterské chromatidy a jejich následné normální oddělení. Dlouhodobá zástava mateřského oocytu v meióze vede ke ztrátě kohezních vazeb; vyšší možnost nesprávného připojení kinetochoru k vřeténku a mikrotubulů s následnými segregačními chybami. |
| Nedostatečná funkce kontrolního bodu sestavení vřeténka (SAC) | Kontrolní bod sestavení vřeténka (SAC) zajišťuje normální separaci a vyrovnání chromozomů během anafáze buněčného dělení. Aberantní fungování SAC může vést k nedisjunkci. |
Diagnostika nedisjunkce
Nedisjunkci lze klinicky identifikovat pomocí baterie testů, jak je uvedeno v následující tabulce:
| Test | Vysvětlení |
| Diagnostika polárních tělísek | Slouží k odhalení chromozomálních aneuploidií odvozených od matky. |
| Karyotypizace | Technika využívající světelnou mikroskopii ke studiu buněk nenarozeného plodu získaných amniocentézou. |
| Blastomerová biopsie | Obsahuje odebrání blastomer ze zona pellucida za účelem zjištění aneuploidií. Tento postup není bez rizika. |
| Preimplantační genetická diagnostika | Používá se u párů s rodinnou anamnézou genetických poruch, které se rozhodnou pro oplodnění in vitro. |
Klinické důsledky nedisjunkce
Nedisjunkce vede k aneuploidii – stavu chromozomální nerovnováhy. Ztráta jednoho chromozomu se označuje jako monozomie, zatímco zisk jednoho chromozomu se označuje jako trizomie. Většina takto vzniklých chromozomálních aberací je neslučitelná se životem a je příčinou většiny spontánních potratů v prvním trimestru.
Studium nondisjunkce odhaluje souvislosti mezi zvyšujícím se věkem matky a zvýšenou pravděpodobností rekombinace. Poskytuje také potvrzení chromozomální teorie dědičnosti (Bridges 1916).
Knudsonova hypotéza 2 hitů pro maligní transformaci buněk propaguje existenci dvoustupňové metamorfózy normální buňky. Zatímco první zásah má být vrozený, druhý zásah může být způsoben mitotickou nedisjunkcí.
Několik životaschopných syndromových chromozomálních aberací lze shrnout takto:
| Chromozomální aberace | Vysvětlení |
| Monosomie | Turnerův syndrom (XO) je jedinou životaschopnou monosomií slučitelnou se životem u člověka. |
| Autosomální aneuploidie | |
| Patauův syndrom (trisomie 13) | Trisomie chromozomu 13 má za následek Patauův syndrom. Je charakterizován mikrocefalií, mentálním postižením, očními problémy, urogenitálními a muskuloskeletálními poruchami. |
| Edwardsův syndrom (trizomie 18) | Edwardsův syndrom se vyznačuje přítomností extra segmentu-části nebo celého chromozomu 18. |
| Edwardsův syndrom se vyznačuje přítomností extra segmentu-části nebo celého chromozomu 18. Jeho charakteristickými znaky jsou růstová retardace, srdeční vady, mikrognatie, těžká mentální retardace a sevřené pěsti s překrývajícími se prsty. | |
| Downův syndrom | Trisomie 21 je jednou z nejčastějších chromozomálních segregačních chyb u lidí. Notoricky známý jako „Downův syndrom“ se vyznačuje růstovou retardací, mentálním postižením a četnými neurologickými a kardiovaskulárními problémy. |
| Aneuploidie pohlavních chromozomů | |
| Turnerův syndrom (XO) | Jak již bylo uvedeno, jedná se o jedinou monosomii slučitelnou se životem u člověka. Vyznačuje se krátkým páskovitým krkem, normální inteligencí, malým vzrůstem a vyšším rizikem problémů se zrakem a sluchem. |
| Klinefelterův syndrom (XXY) | Tento syndrom je charakterizován přítomností 2 nebo více chromozomů X u mužů. Vyznačuje se primární sterilitou, agresivním chováním a často normální inteligencí s menšími obtížemi v řeči a čtení. |
| Supermalíci (XYY) | Tento stav charakterizovaný genotypem XYY se vyznačuje výskytem přibližně 1 z 1000 narozených mužů. Mnoho pacientů je fenotypově normálních s větším vzrůstem, občasným agresivním chováním a poruchami učení. Je důsledkem nondisjunkce v otcovské fázi meiózy II. |
| Superfemale (XXX) | Trisomie X, označovaná také jako superfemale, má mírné neuropsychologické poruchy. Většina z nich je vyvrcholením nondisjunkce v mateřské meióze. |
| Uniparentální disomie | Jde o unikátní kombinaci nondisjunkce vedoucí k autozomální trizomii a následné ztrátě nepárového chromozomu, což vede k existenci 2 kopií chromozomu uniparentálního původu. Příkladem je Prader-Williho syndrom a Angelmanův syndrom. |
| Syndromy mozaicismu | Raná mitotická nedisjunkce plodu vede k současné existenci různých buněčných linií u téhož jedince. Hypomelanóza Ito je ilustrací takových syndromů mozaicismu. |
Souhrn
Chromozomy se skládají z párů chromatid. Homologní chromozomy existují v párech. Porucha správného oddělení homologních chromozomů nebo chromatid během buněčného dělení se označuje jako nedisjunkce.
Nedisjunkce může nastat během meiózy fáze I nebo fáze II nebo mitózy.
K diagnostice nedisjunkce existuje mnoho testů.
Důsledkem nedisjunkce je aneuploidie. Zatímco většina těchto chromozomálních segregačních chyb vede ke spontánním potratům v prvním trimestru, jen málo z nich je slučitelných se životem a vedou k variabilním autozomálním a pohlavním chromozomálním aneuploidním syndromům.
Studujte na lékařskou fakultu a komise s Lecturio.
- USMLE Step 1
- USMLE Step 2
- COMLEX Level 1
- COMLEX Level 2
- ENARM
- NEET
.