Biologie a genetika
pro bakaláře

Cytogenetika

CHROMOZOMY jsou pentlicovité útvary o velikosti 1-10 µm, které je možné pozorovat mikroskopem v dělicí se buňce. U eukaryot existuje více modelů struktury chromozomů (např. jednořetětězcové, víceřetězcové). Metafázický chromozom se skládá ze dvou chromatid, které jsou spojeny proteiny koheziny v místě primární konstrikce, tj. v místě centromery. Na základě polohy centromery se chromozomy dělí na metacentrické, submetacentrické, akrocentrické a telocentrické. Lidské chromozomy se rozdělují podle Denverské nomenklatury do sedmi skupin A až G podle jejich velikosti a uložení centromery. Chromozom je tvořen tzv. chromatinem tvořeným DNA, která je v trvalé vazbě s bazickými proteiny histony a dalšími kyselými proteiny. Podle intenzity barvení acetobarvivy, stupně kondenzace a intenzity transkripce se rozlišují dva druhy chromatinu: euchromatin (slabé barvení, malá kondenzace, transkripčně aktivní, přítomný v jádře inaktivní, pozorovatelný především při mitóze).

Obr.: Uložení DNA v buňce v podobě chromozomů

Obr.: Typy chromozomů podle polohy centromery (A – metacentrický, B – submetacentrický, C – akrocentrický, D – telocentrický).

Pohlaví jedinců většiny druhů s odděleným pohlavím (gonochoristů) je určeno pohlavními chromozomy (heterochromozomy, gonozomy). Ostatní chromozomy se označují jako somatické chromozomy (autochromozomy, autozomy). Diploidní buňky jedince homogametického pohlaví obsahují 2 stejné gonozomy, jedinec heterogametického pohlaví obsahuje dvojici rozdílných gonozomů, nebo jen jeden gonozom. V následující tabulce je uveden přehled počtu chromozomů, gonozomů a autozomů v tělních a pohlavních buňkách člověka.

DETERMINACE POHLAVÍ U ŽIVOČICHŮ

• Různý genetický základ u samce a samice (pohlavní chromozomy) – viz následující tabulka

  Typ chromozomového určení pohlaví	Samec	Samice	Zástupci
  Typ savčí (Drosophila)	XY	XX	savci, většina řádů hmyzu, rostliny, některé ryby, někteří plazi, obojživelníci
  Typ ptakopysk	X1Y1, X2Y2, X3Y3, X4Y4, X5Y5	X1X1, X2X2, X3X3, X4X4, X5X5	ptakopysk
  Typ ptačí (Abraxas, systém ZW)	ZZ	ZW	ptáci, motýli, některé ryby, někteří plazi, obojživelníci, ojediněle u rostlin
  Typ Protenor (systém XO)	XO	XX	ploštice, rovnokřídlý hmyz
  Typ včela (podle sad chromozomů)	n	2n	společenský hmyz

• Stejný genetický základ u samce a samice (vliv prostředí, inkubační teplota) – u některých želv a krokodýlů má inkubační teplota vliv na pohlaví mláďat (při inkubační teplotě nižší než 28 °C se líhnou z vajec pouze samci, při teplotě 28 – 32 °C se líhnou samci i samice a při teplotě větší než 32 °C se líhnou pouze samice).

POLYTENNÍ CHROMOZOMY (mnohovláknové, mnohořetězcové, obrovské, gigantické) jsou chromozomy, které je možné najít v různých tkáních (slinné žlázy, buňky střevního epitelu a malpighických trubic) larev některého dvoukřídlého hmyzu, rovněž i u rostlin např. v endospermu kukuřice, v máku, oměji, pšenici a řeřiše. Polytenní chromozomy jsou zpravidla 50-200× delší než normální chromozomy, měří 200-600 µm a dosahují šířky až 25 µm. Každý polytenní chromozom se skládá z množství chromatinových vláken, která vznikla mnohonásobnou replikací a zůstávají spolu v paralelním uspořádání. Při barvení acetobarvivy vykazují lineární řadu střídajících se proužků (disků a meziproužků tmavší a světlejší barvy), což je způsobeno rozdílným barvením heterochromatinu a euchromatinu. Při aktivním fungování ztrácejí některé části polytenních chromozomů diskovité uspořádání, vznikají méně barvitelné vychlípeniny tzv. pufy (“puffs“, Balbianiho prstence), kde probíhá tvorba mRNA.

LYONIZACE, BARROVO TĚLÍSKO – u člověka a řady savců (např. kočka) u homogametického pohlaví (tedy samic), byla v nedělících se jádrech somatických buněk opakovaně prokázána přítomnost tzv. pohlavního chromatinu, který je podle svého objevitele označován jako Barrovo tělísko. Jedná se o 1 µm velký oválný útvar, který je ostře ohraničen a zpravidla bývá uložen při vnitřní straně jaderné membrány. Barrovo tělísko nelze obvykle prokázat ve všech buňkách (např. u žen se nachází ve 20 – 70% buněk ústní sliznice, u mužů se nachází v 0 – 3% buněk). Pohlavní chromatin je vlastně inaktivovaný chromozom X, který v interfázi zůstává spiralizován a je proto barvitelný. Většina genů inaktivovaného X chromozomu není geneticky aktivní, což počátkem 60. let zjistila M. F. Lyonová a tento jev (proces) byl nazván lyonizace. K irreverzibilní inaktivaci jednoho z chromozomů X dochází u savců již v rané fázi embryonálního vývoje. Trvání inaktivace nemusí být absolutní, kondenzovaný X chromozom může být reaktivován během tvorby vajíček. Vyšetření buněk na přítomnost pohlavního chromatinu se využívá k orientačnímu určování pohlaví u člověka.

CYTOGENETIKA je obor, který se zabývá studiem buněčných struktur nesoucích genetickou informaci. Pomocí cytogenetických metod se zjišťuje počet, tvar a struktura chromozomů a hledají se příčiny a následky jejich změn. Základní cytogenetickou metodou je chromozomová analýza, jejímž výsledkem je stanovení karyotypu. Materiálem pro vyšetřování chromozomů v somatických buňkách během mitózy jsou buňky kostní dřeně, choria, plodové vody, ale jako nejvhodnější se jeví lymfocyty z periferní krve. Mitotická aktivita lymfocytů se stimuluje fytohemaglutininem (extrakt z fazole), který se přidá do kultivačního média a buňky se kultivují v termostatu 72 hod. při 37 °C. Ke konci kultivace se do média přidává asi na 2 hod kolchicin, který poruší funkci dělicího vřeténka, zastaví dělení buněk v metafázi a tak vyvolá nahromadění metafázických buněk. Buňky jsou dále umístěny do hypotonického prostředí, fixovány, naneseny na podložní sklo a obarveny Giemsovým barvivem. Vhodné karyotypy se mohou vyfotografovat, jednotlivé chromozomy vystříhat a roztřídit podle velikosti, umístění centromery a uspořádání proužků a sestavit tak karyogram.

KARYOGRAM, IDIOGRAM je schématické grafické znázornění chromozomového souboru jednotlivých druhů organizmů.

KARYOTYP je sestava chromozomů zjištěná u konkrétního jedince. Každý chromozom v preparátech je tvořen sesterskými chromatidami.

EUPLOIDIE jsou změny počtu sad chromozomů př. triploidie (3n), oktoploidie (8n).

ANEUPLOIDIE jsou změny počtu jednotlivých chromozomů, např. monosomie (2n-1), trisomie (2n+1). Aneuploidie mohou u člověka způsobovat poruchy (syndromy) se specifickými příznaky. K nejčastějším syndromům patří:

Downův syndrom – trisomie chromozomu 21, u obou pohlaví (47,XX+21; 47,XY+21)

Edwardsův syndrom – trisomie chromozomu 18, u obou pohlaví (47,XX+18; 47,XY+18)

Pataův syndrom – trisomie chromozomu 13, u obou pohlaví (47,XX+13; 47,XY+13)

Turnerův syndrom – chybí chromozom X, jen u žen (45,XO; nebo 45,X)

Syndrom tří X (metafemale) – navíc chromozom X, u žen (47,XXX)

Klinefelterův syndrom – navíc chromozom X, u mužů (47,XXY)

Syndrom dvou Y (Jacobův syndrom, metamale) - navíc chromozom Y, u mužů (47,XYY)

BARVICÍ METODY (proužkovací, „banding“ metody) slouží k přesné identifikaci jednotlivých chromozomů a jejich aberací:

G pruhy – nejpoužívanější metoda, kdy se chromozomy vystaví účinku trypsinu, který denaturuje proteiny chromozomů, které se obarví Giemsovým barvivem. Na chromozomech vzniknou tmavé a světlé proužky (úsek chromozomu s převahou párů bází adenin-tymin se barví tmavě, úseky, kde převažují páry bází cytosin-guanin se barví světle).

FISH (fluorescence in situ hybridization) – využívá fluorescenční sondy ke specifickému barvení jednotlivých chromozomových párů. Je možné použít současně více sond (barev) k označení více párů chromozomů.

ÚKOLY - cytogenetika (viz úkoly)

Tyto výukové materiály byly spolufinancovány Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR.