GENETICUMAN

GENETICUMAN

Concepte i aplicaii practiceConcepte i aplicaii practice

Sub redacia:EMILIA SEVERINSub redacia:EMILIA SEVERIN

Cuprinde teste

i referine

Internet

EMILIA SEVERIN

CRENGUA ALBU ILEANA IOACHIM

GENETIC UMANConcepte i aplicaii practice

Descrierea CIP a Bibliotecii Naionale a RomnieiSEVERIN, EMILIA MARIA

Genetic uman: concepte i aplicaii practice / Emilia Maria Severin,Crengua Albu, Ileana Ioachim. - Bucureti: Scripta, 2002

p. ; cm.ISBN 973 - 8238 - 07 - 2

I. Albu, CrenguaII. Ioachim, Ileana575

GENETIC UMANConcepte i aplicaii practice

EMILIA SEVERINProfesor universitar

CRENGUA ALBUAsistent universitar

ILEANA IOACHIMPreparator universitar

Bucureti, 2002

Catedra de Genetic UmanFacultatea de StomatologieUMF Carol Davila Bucureti

Editor coordonator: Nicolae RauTehnoredactare: Mariana Radu

Editura SCRIPTA, 2002Calea Victoriei nr. 39A

Bucureti

ISBN 973 - 8238 - 07 - 2

Reproducerea, transmiterea sau difuzarea, sub orice form sau prin orice mijloace cunoscute sau viitoare,a textelor cuprinse n volumul de fa sunt permise numai cu acordul scris al Editurii SCRIPTA, care aretoate drepturile rezervate.

Genetica uman este una dintre disciplinele fundamentale ale nvmntului medicaldin ntreaga lume. O disciplin de studiu care furnizeaz date pentru nelegerea biologieispeciei umane, att sub aspect normal, ct i patologic. Acumularea rapid a informaiilordin domeniul geneticii aduce beneficii importante umanitii prin numeroasele aplicaiipractice ale conceptelor i principiilor genetice, cu precdere n medicina preventiv. Ar fisuficient s ne gndim la ambiiosul Proiect al Genomului uman, care i-a propus sdescifreze secvena complet a ADN-ului uman i a adugat, n scurt timp, noi gene pe listacelor implicate n apariia unor boli umane. Un singur exemplu: descifrarea structurii ifunciilor genelor care condiioneaz sinteza hemoglobinelor umane a clarificat etiologiai a facilitat diagnosticarea, terapia i profilaxia multor hemoglobinopatii letale.

Studiul geneticii este complex, iar nelegerea conceptelor, principiilor, legilor imecanismelor sale este, uneori, dificil din cauza multor date nc neclare sau controver-sate. Apariia acestei cri faciliteaz nelegerea, asimilarea i nvarea rapid aconceptelor i principiilor eseniale ale geneticii umane. Cartea realizeaz o sintez ntredatele geneticii clasice i ultimele informaii din domeniu, ntr-o form accesibil cititorului.Structura general a crii i succesiunea capitolelor iniiaz, treptat, cititorul i l ajut sdescopere utilitatea informaiilor transmise n practica medical. Nu s-a omis nimicimportant din ceea ce nseamn primul nivel de nvare a geneticii umane n nvmntulmedical universitar. Volumul de cunotine este perfect adaptat pentru studierea geneticiiumane timp de un semestru, dup cum este prevzul n planul de nvmnt, att nFacultatea de Stomatologie, ct i n Facultatea de Medicin. Fiecare capitol al crii areincluse ntrebri recapitulative, teste i rspunsuri, necesare fixrii informaiilor i veri-ficrii modului cum au fost reinute. n acelai timp, testele ofer posibilitatea cititorului sse autoevalueze.

Cartea se adreseaz n primul rnd studenilor de la Facultatea de Stomatologie pentruc n exemplificarea conceptelor, principiilor i legilor ereditii s-au folosit preferenialcaractere umane patologice care intereseaz viitorul medic stomatolog. Cartea seadreseaz, n egal msur, celor care doresc s se iniieze n acest domeniu sau s-irennoiasc noiunile fundamentale de genetic uman.

Prof. dr. Augustin MIHAIDecanul Facultii de Stomatologie

UMF Carol Davila Bucureti

aprilie 2002

CCCCUUUUVVVVNNNNTTTTNNNNAAAAIIIINNNNTTTTEEEE

Cuvnt nainte 7

Cromozomii i cariotipul uman normal . . .(Emilia Severin) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9Morfologia cromozomilor umani . . . . . . . . . . . . .9Numrul cromozomilor umani . . . . . . . . . . . . .10Cariotipul uman normal . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11Identificarea cromozomilor umani . . . . . . . . . . .13Simboluri folosite n nomenclatura citogenetic . . .15Cariotipul uman standardizat . . . . . . . . . . . . . . .16Indicaii pentru analiza cariotipului . . . . . . . . . .16Lucrare practic individual . . . . . . . . . . . . . . . .18Bibliografie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19

Meioza i cromozomii meiotici umani(Emilia Severin) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20Meioza primar diviziunea reducional . . . . .20Meioza secundar diviziunea ecvaional . . . .21Protocolul de evideniere a fazelor meiozeila mamifere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23Gametogeneza la om . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23Semnificaia meiozei . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26Bibliografie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27

Cromozomii sexului i cromatina sexual . .la om (Crengua Albu) . . . . . . . . . . . . . . . .28

Corpusculul sexual X . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28Protocolul de evideniere a apendicilorperinucleari n sngele periferic . . . . . . . . . . . . .30Protocolul de evideniere a corpusculilor Barr ncelulele mucoasei bucale . . . . . . . . . . . . . . . . . .31Corpusculul sexual Y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32Protocolul de evideniere a corpusculilor Fn celulele mucoasei bucale . . . . . . . . . . . . . . . .32Importana studiului corpusculilor sexuali X i Y .33Bibliografie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33

Studiul anomaliilor cromozomiale la om(Emilia Severin) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34Anomalii cromozomiale numerice . . . . . . . . . . .34Poliploidia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34Aneuploidia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36Mozaicul cromozomial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38Anomalii cromozomiale de structur . . . . . . . . .38

Deleia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38Duplicaia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .38Inversia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40Translocaia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .40Cromozomi inelari . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41Izocromozomul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41Cromozomi dicentrici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41Mecanismul producerii aberaiilor structuraleale cromozomilor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41Efectele fenotipice ale aberaiilor cromozomiale . .42Bibliografie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50ntrebri recapitulative . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50Topic Test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50Rspunsuri . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .54

Legile mendeliene ale ereditii(Ileana Ioachim) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56Relaia genotip-fenotip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56Legea 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .59Legea 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .61Bibliografie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64

Modele de transmitere a caracterelorumane (Crengua Albu) . . . . . . . . . . . . . . .65Ereditatea monogenic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .65Ereditatea autozomal dominant . . . . . . . . . . . .66Ereditatea autozomal recesiv . . . . . . . . . . . . . .68Ereditatea monogenic legat de sex . . . . . . . . .70Ereditatea monogenic legat de cromozumul X 71Ereditatea monogenic legat de cromozomul Y 75Bibliografie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .76

Metoda arborelui genealogic(Crengua Albu) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77Material i metod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .77Ancheta medico-biologic familial . . . . . . . . . .77ntocmirea arborelui genealogic . . . . . . . . . . . . .78Analiza arborelui genealogic . . . . . . . . . . . . . . .79Transmiterea genetic autozomal dominant . . .79Transmiterea genetic autozomal recesiv . . . . .81Transmiterea genetic recesiv legat decromozomul X . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .82Transmiterea genetic dominant legat decromozomul X . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .83

CAPITOLUL 1Citogenetic uman 9

CAPITOLUL 2Ereditatea caracterelor umane 55

CCCCUUUUPPPPRRRRIIIINNNNSSSS

Transmiterea genetic legat de cromozomul Y . . .83Importana studiului . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .84Bibliografie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .84Fi pentru boli genetice . . . . . . . . . . . . . . . . . .84

Caractere umane simple (mendeliene)(Emilia Severin) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .87Caracterul de gusttor PTC . . . . . . . . . . . . . . . .87Testarea strii de gusttor PTC . . . . . . . . . . . . . .87Caracterul de gusttor PTC n populaiile umane 88Caracterul de gusttor PTC ca marker genetic . .89Factorul secretor (Se) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .89Metode de determinare a fenotipului secretorsau nesecretor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .89Factorul secretor n populaiile umane . . . . . . . .90Grupe sangvine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .91Sistemul ABO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .91Metoda de determinare a grupei sangvine . . . . . .91Importana cunoaterii grupei sangvinen sistemul ABO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .92Sistemul Rh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .92Metoda de determinare a factorului Rh . . . . . . . .93Importana cunoaterii sistemului Rh . . . . . . . . .93Sistemul de grup sangvin MNS . . . . . . . . . . . . .94Metoda de determinare a grupei sangvinen sistemul MN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .95Importana cunoaterii sistemului MNS . . . . . . .95Sistemul hemoglobinelor . . . . . . . . . . . . . . . . . .95Sistemul haptoglobinelor . . . . . . . . . . . . . . . . . .96Bibliografie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .97

Caractere cefalometrice (Emilia Severin) . .100Investigarea biometric . . . . . . . . . . . . . . . . . .100Tipul constituional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .100Cefalometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .101Diametre cefalice utilizate mai frecventn practic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .102Calcularea indicilor cefalometrici . . . . . . . . . . .103Clasificarea tipurilor de cap i fa . . . . . . . . . .103Stabilirea simetriei feei i a tipului de profilfacial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .106Alctuirea morfogramei . . . . . . . . . . . . . . . . . .108Bibliografie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .109

Studiul dermatoglifelor (Crengua Albu) . . .110Ereditatea dermatoglifelor . . . . . . . . . . . . . . . .110Tehnica analizei dermatoglifelor . . . . . . . . . . .110Analiza i interpretarea dermatoglifelordigito-palmare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .111Anomalii ale dermatoglifelor digito-palmare . .113Importana studiului dermatoglifelor . . . . . . . . .114Bibliografie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .114ntrebri recapitulative . . . . . . . . . . . . . . . . . . .115Topic Test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .115Rspunsuri . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .120

Consultaia genetic (Crengua Albu) . . . .121Circumstanele n care se solicit consultaiagenetic i sfatul genetic . . . . . . . . . . . . . . . . .122Etapele i metodele consultaiei genetice . . . . .122Implicaiile bioetice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .127Bibliografie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .128ntrebri recapitulative . . . . . . . . . . . . . . . . . . .128

Genetica populaiilor (Emilia Severin) . . .129Frecvena alelelor i a genotipurilor . . . . . . . . .130Echilibrul Hardy-Weinberg n cazul uneigene autozomale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .131Echilibrul Hardy-Weinberg n cazulalelelor codominante . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .132Echilibrul Hardy-Weinberg n cazulgenelor plasate pe gonozomi . . . . . . . . . . . . . .133Echilibrul Hardy-Weinberg n cazul alelieimultiple (polialelia) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .134Factorii care modific echilibrulHardy-Weinberg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .135Aplicaiile echilibrului Hardy-Weinberg . . . . . .136Bibliografie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .136

Evoluia populaiilor umane(Emilia Severin) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .137Caracteristicile evoluiei . . . . . . . . . . . . . . . . . .137Dovezi ale evoluiei furnizate depaleoantropologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .137Evoluia aparatului dento-maxilar . . . . . . . . . . .141Dovezi ale evoluiei furnizate de genetic . . . . .144Diversitatea genetic uman . . . . . . . . . . . . . . .145 Bibliografie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .146ntrebri recapitulative . . . . . . . . . . . . . . . . . . .147Topic Test . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .147Rspunsuri . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .148

Glosar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .149Index alfabetic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .154Anexe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .157

6 CUPRINS

CAPITOLUL 3Integrarea cunotinelor genetice npractica medical 121

CAPITOLUL 4Genetica i evoluia populaiilorumane 129

TEME-CHEIE:Cromozomii i cariotipul uman normal;Meioza i cromozomii meiotici umani;Cromozomii sexului i cromatina sexual la om;Anomalii cromozomiale i efectele lor fenotipice;ntrebri recapitulative;Topic Test.

Obiectivele lucrrii:

nsuirea metodei de evideniere a cromozomilor umani; Recunoaterea cromozomilor dup morfologie i model de bandare; Alctuirea cariotipului uman.

Morfologia cromozomilor umani

O Cromozomii sau corpusculii colorai (din gr. chroma=culoare; soma=corp): sunt prezeni n toate celulele nucleate; sunt purttori de informaie genetic (conin ADN); asigur continuitatea genetic ntre generaii (se transmit ca o unitate n timpul

meiozei i transport informaia genetic);

1 CCCCIIIITTTTOOOOGGGGEEEENNNNEEEETTTTIIIICCCCUUUUMMMMAAAANNNNCitogenetica este o ramur a geneticii care studiaz cromozomii,

combinnd metode citologice i genetice. Prin studiul cromozomilor senelege analiza numrului, structurii i comportamentului cromozomilor ntimpul mitozei i meiozei, precum i a anomaliilor cromozomiale i aefectelor lor fenotipice.

LUCRAREA PRACTIC 1: Cromozomii i cariotipul uman normal

pot fi vizualizai microscopic, prin tehnici speciale de colorare, numai n perioadan care nucleul se divide, pentru c n acest moment cromozomii sunt contractai,ngroai i mult mai evideni dect n interfaza nuclear;

de regul, cromozomii sunt analizai n metafaza mitotic, moment n care atinggradul maxim de condensare i colorare.

O Cromozomul metafazic este format din dou cromatide ataate una de cealalt lanivelul centromerului. Centromerul este vizibil ca o constricie primar care mpartefiecare cromatid n dou brae: p braul scurt, deasupra centromerului, i q braullung, sub centromer. Centromerul are o poziie constant pe cromozom i n funciede aceasta cromozomii pot fi descrii ca: metacentrici centromerul este situat median;submetacentrici centromerul este situat mai aproape de unul dintre capetele cromo-zomului; acrocentrici centromerul este situat foarte aproape de unul dintre capetelecromozomului i telocentrici centromerul este situat chiar la captul cromozomului.Centromerul are un rol important n micarea cromozomilor n timpul diviziuniicelulare.

La extremitile cromatidelor se gsesc structuri terminale care le menin integritatea,numite telomere (din gr. telos=capt; meros=parte).

Cromozomii difer ntre ei nu numai prin poziia centromerului, ci i prin prezena sauabsena sateliilor. Satelitul cromozomial reprezint un segment cromozomial distal sepa-rat de braul cromozomului (de regul, braul p al cromozomilor acrocentrici) printr-unfilament de cromatin numit constricie secundar (Fig. nr. 1.1.).

Numrul cromozomilor umani

Numrul de cromozomi variaz de la o specie la alta, dar este constant n toate celuleleunui organism i n toate celulele organismelor care aparin aceleiai specii. Pn n urmcu aproape o jumtate de veac se credea c omul are 48 de cromozomi n nucleul celulelorsomatice. Perfecionarea tehnicilor de laborator de ctre Tjio i Levan a permis stabilirea cuexactitate a numrului de cromozomi abia n 1956:

n nucleul celulei somatice se gsesc 46 de cromozomi; n nucleul celulei gametice exist doar 23 de cromozomi.Astfel, fiecare nucleu al unei celule somatice conine dou seturi de cromozomi: unul de

origine matern i unul de origine patern, motiv pentru care celula somatic este numitcelul diploid. Nucleul celulei gametice are un singur set de cromozomi, celula gameticfiind numit celul haploid.

10 CITOGENETIC UMAN

Fig. nr. 1.1. Forma cromozomilor umani n funcie de poziia centromerului

METACENTRIC

brascurt

p

bralung

q

3 17 18 21 22

SUBMETACENTRIC ACROCENTRICsatelit constricie secundar

centromer

22 de perechi de cromozomi sunt prezente la ambele sexe, fiind formate din cromozomiautozomi sau somatici, n timp ce o pereche se prezint n combinaie diferit la brbai ila femei, fiind numii gonozomi, heterozomi sau cromozomii sexului.

Cariotipul uman normal

Cariotipul (din gr. karyon=nucleu; typos=model) este complementul cromozomial saunumrul normal de cromozomi ai unei celule, ai unui individ sau ai unei specii. De regul,se refer la aranjarea cromozomilor dup criterii precise: mrime, poziia centromerului,constricii secundare, satelii, model de bandare. Fiecare specie are un cariotip caracteristic.

Pentru studiul cromozomilor umani s-a folosit o diversitate de esuturi, dar mai frecventse utilizeaz limfocitele din sngele periferic, celule din mduva osoas, fibroblaste dinpiele sau celule din lichidul amniotic.

Sunt dificil de descris n detaliu fiecare material i metod folosite n laboratoarele decitogenetic, din cauza numrului limitat de pagini al unui manual de lucrri practice desti-nat studenilor. De aceea, vom descrie doar modul de efectuare a preparatelor cromozomi-ale cu care vor lucra studenii.

O Protocolul de obinere a cromozomilor din limfocite umane:Materiale: 5-10 ml snge venos uman heparinizat; mediu de cultur, antibiotice, ser de viel; fitohemaglutinin (PHA); colcemid (derivat al colchicinei); soluie hipoton (KCl 0,075M); colorani: Giemsa (cel mai folosit colorant pentru analiza cromozomilor); fixator: 3 pri alcool metilic: 1 parte acid acetic glacial; flacoane de plastic pentru cultura celular, eprubete, lame; termostat, centrifug, frigider.

Mod de lucru:

1. se recolteaz 5-10 ml de snge venos pe heparin (previne coagularea, care ar putea ngreunasepararea ulterioar a limfocitelor);

2. efectuarea culturii pe un mediu de cultur complet mbogit cu ser de viel i antibio-tice n care se adaug fitohemaglutinin (substan mitogen care stimuleaz limfociteleT s se transforme blastic i s se divid);

3. incubare la 37C, n condiii sterile, timp de 72 de ore;4. tratamentul cu colcemid dup 3 zile de proliferare celular activ se adaug n mediu de

cultur colchicina (mpiedic formarea fusului de diviziune i oprete mitozele nmetafaz); durata tratamentului este de 2 ore;

5. tratamentul hipotonic dup tratamentul cu colcemid, celulele centrifugate sunt transferatentr-o soluie hipoton timp de 10 min.; n acest mod se provoac ocul hipotonic careservete la umflarea celulei, ruperea nucleilor i dispersarea cromozomilor metafazici(se evit suprapunerea cromozomilor);

6. fixarea se face cu scopul de a omor celulele i de a conserva componentele celulare;7. efectuarea preparatelor cromozomiale pe lame degresate prin picurarea unei cantiti mici

de suspensie celular cu ajutorul unei pipete Pasteur. Frotiurile se usuc la aer;

GENETICA UMAN 11

8. Colorarea se poate face o colorare convenional (preparatele cromozomiale se in7 min. ntr-un vas cu colorant Giemsa 5% ) sau o colorare difereniat n funcie de scopulpropus;

9. Examinarea la microscop cu obiectivul cu imersie (100x); 10. Fotografierea metafazelor selectate;11. Decuparea cromozomilor;12. Aranjarea cromozomilor n cariotip se poate face manual, dar, recent, un computer ataat

microscopului ordoneaz automat, n funcie de mrime i model de bandare, perechilede cromozomi (Fig. nr. 1.2.).

ntr-o analiz citogenetic de rutin se examineaz 15-20 de plci metafazice. npractic, se fotografiaz cele mai bune metafaze (cromozomii nu sunt suprapui) i se decu-peaz fiecare cromozom n parte.

Cromozomii decupai se ordoneaz n perechi n funcie de anumite criterii i se aran-jeaz apoi n cariotip, de la cei mai mari ctre cei mai mici.

Pn n 1971, anul Conferinei de citogenetic de la Paris, cnd s-a stabilit un sistemstandardizat de identificare a fiecrui cromozom, era dificil de recunoscut un anume cro-mozom numai dup lungime, poziia centromerului sau raportul braelor. Se utilizeaz:

Indicele centromeric = p x 100 /p + q;Raportul braelor = q / p.

12 CITOGENETIC UMAN

Fig. nr. 1. 2. Tehnica de alctuire a cariotipului

examinare lamicroscop ifotografiereametafazelor

recoltaresnge venos

centrifugare(separarelimfocite)

culturcelular

adugare de colchicincentrifugare

ochipotonic

efectuareapreparatelor

prin picurareade la distan

pe lame

colorare

fixare

Identificarea cromozomilor umani bandarea cromozomilor

Tehnicile iniiale de colorare a cromozomilor au folosit colorantul Giemsa, care produceo colorare uniform a ntregului cromozom uman. n consecin, erau deseori, greu de iden-tificat cromozomii cu forme i dimensiuni similare.

Din 1970 s-au introdus noi metode de colorare difereniat a cromozomilor. S-a observatc regiunile cromozomiale fixeaz selectiv coloranii i c apare un model de benzi trans-versale, alternante, + colorate, unic pentru fiecare cromozom. Benzile intens colorate repre-zint zone cromozomiale puternic condensate numite heterocromatin, iar benzile palidcolorate reprezint zone cromozomiale mai slab condensate numite eucromatin.Numrul, mrimea, succesiunea i tipul de band sunt particulare pentru un cromozom isunt identice pentru cromozomii omologi. Astfel, fiecare cromozom uman poate fi identificati individualizat ntr-un mod sigur, nearbitrar.

Benzile Q prima metod de bandare a cromozomilor a utilizat quinacrina , un colorantcu proprieti fluorescente. Preparatele cromozomiale colorate cu quinacrin sunt exa-minate la microscopul prevzut cu un dispozitiv special pentru fluorescen ivizualizare n lumin ultraviolet. Cromozomii apar difereniai longitudinal, avnd unmodel constant i caracteristic de benzi alternante mai mult sau mai puin fluorescente.n analizele citogenetice de rutin nu se folosete aceast metod pentru c preparatelenu pot fi conservate, fluorescena pierzndu-se dup scurt timp. Benzile G se obin prin deshidratare, tratarea preparatelor cromozomiale cu enzimeproteolitice (tripsin) i colorare cu Giemsa. Apar benzi alternante, colorate i neco-lorate, ordonate ntr-un model similar bandrii Q: regiunile cromozomiale care aparfluorescente n bandarea Q sunt puternic colorate n bandarea G, iar regiunile ntunecatedin bandarea Q apar necolorate n bandarea G. Folosirea acestei metode de bandarefaciliteaz identificarea anomaliilor structurale ale cromozomilor. Un cariotip uman tipicpentru bandarea G este reprezentat n Fig. nr. 1.8. Acest sistem de bandare este cel maiutilizat n laboratoarele de citogenetic pentru c este uor de realizat, iar preparatelecromozomiale obinute astfel se pot pstra stabile mai mult timp. Benzile R se obin prin denaturarea termic a cromozomilor i colorarea cu Giemsa.Apare un model de benzi invers (Reverse Banding) modelelor Q i G. Bandarea permiteevaluarea benzilor terminale care apar necolorate n bandarea G.Metodele de bandare care vor fi descrise n continuare au aplicaii mai limitate pentruc faciliteaz studierea n detaliu numai a anumitor regiuni cromozomiale, cum ar fi:centromere, telomere, satelii. Se numesc metode de bandare regional.

Benzile C sunt utilizate pentru localizarea centromerilor i nu pentru identificareacromozomilor. Benzile C se evideniaz prin tratarea preparatelor cromozomiale cu acizii baze, incubare n soluie salin i colorare cu Giemsa. Cromozomii apar slab colorai,cu excepia regiunilor centromerice, care sunt intens colorate. Se mai observ benzi C nregiunile paracentromerice ale cromozomilor 1, 9 i 16, pe braele p ale acrocentricilori n poriunea distal a braului q al cromozomului Y.Benzile T sunt utilizate pentru observarea extremitilor cromozomilor (telomerele).Se produc n condiii similare celor care determin benzile R.Benzile NOR (Nucleolar Organizer Regions) evideniaz organizatorii nucleolari,adic regiunile satelitice ale cromozomilor acrocentrici (perechile 13, 14, 15, 21 i 22).Se evideniaz prin tratarea preparatelor cromozomiale cu soluie de nitrat de argint.

GENETICA UMAN 13

Tehnicile de bandare sunt utile nu numai pentru recunoaterea cromozomilor, ci i pentruidentificarea unor regiuni cromozomiale care difer prin mrimea i intensitatea coloraieide la un individ la altul. Acest polimorfism structural, cunoscut sub numele de hetero-morfism cromozomial, este ereditar i respect un model simplu de transmitere, motivpentru care este folosit ca marker genetic n studierea motenirii unui cromozom particularde la printe la copil. Aceste variante citogenetice sunt normale i implic secvene deADN noncodificatoare asociate heterocromatinei.

14 CITOGENETIC UMAN

Bandare G

Bandare G

Bandare R

Bandare Q

Bandare C

Bandare NOR

Tip de bandare Plac metafazicsau cariotip

Fig. nr. 1.3. Modele de bandare a cromozomilor umani

Mai recent, cunotinele din domeniul geneticii moleculare au facilitat introducerea ncitogenetic a unor tehnici mult mai performante prin care este posibil s localizmsecvene specifice de ADN pe cromozomi dispersai. De exemplu, FISH (Fluorescence InSitu Hybridization) este o tehnic utilizat pentru a analiza o regiune cromozomial deinteres. Sonde ADN marcate hibridizeaz cu cromozomi metafazici, prometafazici sauinterfazici. Sonda ADN este specific unei regiuni cromozomiale datorit secvenei sale denucleotide. n mod normal, analiza microscopic i vizualizarea n ultraviolete arat dousemnale fluorescente, cte unul pentru fiecare cromozom omolog al unei perechi din nucleulunei celule somatice. Dac pacientul prezint doar un singur semnal fluorescent nseamnc-i lipsete un cromozom din pereche sau dac apare un al treilea semnal nseamn cprezint un cromozom supranumerar n pereche (Fig. nr. 1.4.). Aceast tehnic este folositmai mult pentru identificarea anomaliilor structurale care nu pot fi vzute prin bandarea G.

Simboluri folosite n nomenclatura citogenetic

Apariia i dezvoltarea citogeneticii au impus introducerea unei nomenclaturi standar-dizate pentru caracterizarea cariotipului uman normal i patologic. Informaiile acumulatela numeroasele conferine internaionale dedicate cromozomilor umani au fost sintetizate deun Comitet permanent, care a stabilit i a publicat un sistem internaional de notare a ter-menilor citogenetici (International System of Human Chromosome Nomenclature), careofer cercettorilor termeni i simboluri standardizate de descriere a cariotipului.Diagnosticul citogenetic stabilit ntr-un laborator din Romnia pentru un pacient poate ficitit i interpretat oriunde n lume pentru c se folosete un sistem comun de descriere acariotipului. n Tabelul nr.1.1. sunt selectate cteva simboluri utilizate n citogenetica uman.

GENETICA UMAN 15

Fig. nr. 1. 4. Analiza citogenetic utiliznd FISH;diagnostic citogenetic: trisomie 21

Tabelul nr.1.1. Simboluri utilizate n nomenclatura citogenetic

Cariotipul uman standardizat

Fig nr. 1.6. prezint diagrama celor 22 de autozomi umani i a cromozomilor sexului Xi Y bandai G, diagram utilizat ca model pentru alctuirea cariotipului. Fiecare cromo-zom este format din dou cromatide, iar fiecare cromatid are un bra p i unul q. Fiecarebra este divizat n regiuni i benzi.

Regiunile i benzile fiecrui bra cromozomial sunt numerotate de la centromer ctretelomer. Regiunea adiacent centromerului este numerotat cu 1 pentru fiecare dintre braei avansnd ctre telomer urmeaz regiunea 2, 3 etc. (Fig. nr. 1.5.). Prin acest sistem denumerotare se poate indica o anumit localizare pe cromozom. De exemplu: 2p16 semnifico anume localizare pe cromozomul 2, braul scurt, regiunea 1, banda 6.

Cromozomii autozomi sunt aranjai n ordineadescresctoare a mrimii, iar cromozomii sexului suntaezai separat, la sfritul diagramei. Autozomiinumerotai de la 1 la 22 n ordinea descresctoare amrimii sunt ordonai n 7 grupe: grupa A perechilede cromozomi 1, 2 i 3; grupa B perechile 4 i 5;grupa C perechile 6, 7, 8, 9, 10, 11 i 12; grupa D perechile 13, 14 i 15; grupa E 16, 17 i 18; grupa F perechile 19 i 20; grupa G perechile 21 i 22; iargonozomii sunt aezai separat, la sfritul cariotipului.

Indicaii pentru analiza cariotipului

Studiul cromozomilor umani poate fi util n maimulte situaii:

Prenatal sarcin n cazul unei femei cu o vrst care

depete 40 de ani; sexul ftului n cazul unor boli genetice legate de

cromozomul X.

16 CITOGENETIC UMAN

Simboluri Semnificaiep braul scurt al cromozomuluiq braul lung al cromozomuluipter sfritul braului scurtqter sfritul braului lungter terminal sau sfritcen centromermat origine maternpat origine paternh constricie secundars satelitA-G grupe cromozomiale1-22 numrul perechilor de autozomi umaniX,Y cromozomii sexului la om (heterozomi)

Fig. nr. 1.5. Cromozom metafazic uman.Fiecare bra este subdivizat n regiuni i benzi.

Bra

R

egiu

ne

Ban

d

Banda 14q32

Subbanda q32.3

GENETICA UMAN 17

Fig. nr. 1.6. Distribuia benzilor cromozomiale Q i G

benzi Q i G negativebenzi variabilebenzi Q i G pozitive

x

Neonatal moarte neonatal; malformaii congenitale; organe genitale ambigue; suspiciune de sindrom cromozomial.Adolescen amenoree primar, pubertate ntrziat; retard al creterii, statur mic.Adult infertilitate, avorturi spontane recurente; handicap mintal; anumite tulburri maligne (leucemie); screening n cazul persoanelor care au rude cu tulburri cromozomiale cunoscute.

Lucrare practic individual

Fiecare student primete o plac metafazic cu cromozomi bandai n tehnica G.Dup decuparea cromozomilor se vor recunoate perechile de cromozomi caomologi dup dimensiune, poziia centromerului, constricii secundare, satelii imodelul de benzi. Apoi se vor aranja n ordinea descresctoare a mrimii, pe grupe,conform modelului standardizat. Cromozomii sexului se vor aranja separat pentruc difer la cele dou sexe i se vor lipi pe o foaie de hrtie notat ca n Fig. nr.1.8.n final, rezultatul analizei cariotipului va indica n cifre numrul total de cromo-zomi i, dup o virgul, cei doi cromozomi ai sexului. Diagnosticul citogeneticpoate fi:

46,xx - cariotip normal la femeie; 46,xy - cariotip normal la brbat.

18 CITOGENETIC UMAN

Fig. nr. 1. 7. Clasic i modern n alctuirea cariotipului

Bibliografie1. (2001) Human Cytogenetics: A Practical Approach 3rd. ed., vol. I, pg. 9-30.

2. Bickmore W. (1999) Chromosome Structural Analysis A practical Approach, Oxford,University Press, pg. 37-51.

3. Maroni G. (2001) Molecular and Genetic Analysis of Human Traits, Blackwell, pg. 125-131.

4. Mader S.S. (1991) Human Biology Laboratory Manual, 3 rd. ed., WCB, pg. 180-183.

O Web site: http: //www.selu.com/bio/cyto/human/

GENETICA UMAN 19

Fi citogenetic

Nume: Alexandru DobreData naterii: 13 mai 1988Adresa: Bucureti, strada Ceahlu, nr. 15, Bloc 74, Ap. 17Diagnostic: Examinare preventivMaterial: snge perifericLama nr. B 32 / a

Fig. nr. 1.8. Cariotip uman tipic pentru bandarea G

Cariotip: 46, xyDiagnostic citogenetic: normalData: 16.03.2001

Obiectivele lucrrii:

identificarea i descrierea fazelor meiozei umane; caracterizarea gametogenezei la brbat i la femeie; explicarea rolului meiozei n meninerea constant a numrului de cromozomi n suc-

cesiunea generaiilor i n crearea diversitii genetice la organismele care sereproduc sexuat.

Meioza este un tip particular de diviziunecelular, care are drept rezultat formarea decelule haploide din celule diploide (Fig. nr. 1.9.).

Meioza intereseaz exclusiv organismelecare se reproduc sexuat i care produc celulesexuale sau gamei. Gameii au un numrhaploid de cromozomi (n), astfel c, prin fe-cundare, se restabilete numrul diploid de cro-mozomi (2n) caracteristic speciei. Dac meiozanu ar avea loc, prin fecundaie, s-ar dublanumrul de cromozomi la fiecare generaie.

Meioza se realizeaz prin dou diviziuninucleare succesive care preced formarea game-ilor: prima diviziune meiotic (diviziuneareducional) i cea de-a doua diviziune me-iotic (diviziunea ecvaional, similarmitozei). Meioza primar este precedat deinterfaz, cnd n faza S ADN-ul se replicdoar o dat, formndu-se cromatida sor afiecrui cromozom i rezultnd cromozomibicromatidici. La sfritul interfazei celulaeste pregtit s intre n diviziune celular.

O Meioza primar diviziunea reduc-ional

Prima diviziune meiotic, numit i divi-ziunea reducional, reduce numrul de cro-mozomi ai unei celule diploide (2n) la jum-tate, rezultnd dou celule fiice haploide (n).Reducerea numrului de cromozomi se reali-zeaz prin separarea cromozomilor omologii se desfoar n faze succesive (Fig. nr. 1.10.).

profaza I este complex, de lung dura-t i este subdivizat n 5 stadii consecutive:

1. leptoten (gr. leptos=subire; tainia=-panglic) stadiul n care cromatinanuclear ncepe s se condenseze, devinevizibil sub forma cromozomilor cu fila-mente subiri i lungi, cu aspect de reea.

20 CITOGENETIC UMAN

LUCRAREA PRACTIC 2: Meioza i cromozomii meiotici umani

cromozomomolog matern

cromozomomolog patern

cromozomiomologi replicai

sinapsis

diviziunereducional

celule ninterfazapremeiotic

cromatide

2. zigoten (gr. zygotos=mpreunat) stadiul n care cromozomii omologi se asociaz cabivaleni. Asocierea se realizeaz pe toat lungimea lor, de la telomer ctrecentromer, ntr-o aliniere perfect, prin complexul sinaptonemal.

3. pahiten (gr. pachys=gros) stadiul n care cromozomii devin mai scuri i mai groi;fiecare cromozom este vizibil format din dou cromatide surori; fiecare bivalent fiindformat din doi cromozomi bicromatidici omologi, apare o structur alctuit dinpatru cromatide, numit tetrad. ntre cromatidele non-surori ale bivalentului aparschimburi fizice reciproce de segmente cromatidice prin care se formeaz noi combi-naii de gene n gamei. Procesul a fost numit crossing-over i reprezint una dintresursele variabilitii umane.

4. diploten (gr. diploos=dublu) stadiul n care cromozomii continu s se contracte;ntre omologi apar fore de respingere; complexul sinaptonemal dispare, iar cromo-zomii unui bivalent ncep s se separe unul de altul, rmnnd nc unii la nivelulunor puncte de contact numite chiasmata (pluralul de la chiasma). Citologic, seobserv c fiecare bivalent are patru cromatide.

5. diakinesis (gr. dia= divergent; kinesis=micare) stadiul n care cromozomii omolo-gi continu s se separe, iar punctele de contact (chiasmata) sunt mpinse ctre extre-mitile bivalenilor (Fig. nr. 1.11.).

prometafaza este o scurt faz, caracterizat prin dispariia membranei nucleare i anucleolului i definitivarea formrii fusului de diviziune.

metafaza I este faza urmtoare; n care bivalenii migreaz n zona ecuatorial a fusu-lui de diviziune; cei doi centromeri ai unui bivalent sunt orientai spre polii opui aifusului de diviziune.

anafaza I se caracterizeaz prin dispariia chiasmatei i migrarea cromozomiloromologi spre polii opui ai celulei. Atenie! centromerii nu se divid, deci spre poliiopui ai fusului migreaz doar jumtate din numrul iniial de cromozomi.Cromozomii omologi segreg independent, adic, se separ i se repartizeaz ntm-pltor la polii opui ai celulei, indiferent de originea lor matern sau patern; n final,la fiecare pol al celulei exist cte un set haploid de cromozomi bicromatidici ntr-ocombinaie variat de cromozomi materni i paterni.

telofaza I ncepe n momentul n care cromozomii au ajuns la polii celulei.Cromozomii ncep s se despiralizeze i o nou membran nuclear se formeaz.Celulele fiice au un set haploid de cromozomi bicromatidici (cromatidele-surori diferuna de cealalt ca rezultat al crossing-over-ului). Dup diviziunea nuclear urmeazcitokineza, care are ca rezultat divizarea citoplasmei.

O Meioza secundar diviziunea ecvaional

Meioza secundar ncepe dup finalizarea meiozei primare i este similar unei mitozeobinuite: centromerii se divid, iar cromatidele-surori migreaz spre polii opui ai celulei.n mitoza obinuit, dintr-o celul-mam diploid rezult celulele-fiice diploide. n meiozasecundar, regula se respect, celulele fiice au acelai numr de cromozomi ca i celula-mam (diviziune ecvaional), dar n acest caz celula-mam este haploid (Fig. nr.1.10.).Meioza secundar se desfoar n faze succesive:

interfaza II este foarte scurt i se deosebete de interfaza I prin faptul c nu are locreplicarea ADN-ului.

profaza II ncepe prin condensarea filamentelor de cromatin i se ncheie cu dispa-riia membranei nucleare i formarea fusului de diviziune.

GENETICA UMAN 21

metafaza II se caracterizeaz prin dispunerea n planul ecuatorial al fusului de divi-ziune a cromozomilor.

- anafaza II se caracterizeazprin divizarea centromerilor,ceea ce permite separarea cro-matidelor surori, care migreazspre polii opui ai celulei.

- telofaza II este iniiat n mo-mentul n care cromozomii auajuns la polii opui ai celulei.ncepe decondensarea cromo-zomilor i formarea noii mem-brane nucleare, care va separafiecare set haploid de cromo-zomi. Urmeaz citokineza. nfinal, apar patru celule-fiice,haploide, cu cromozomi mono-cromatidici recombinai.

22 CITOGENETIC UMAN

MEIOZA PRIMAR

MEIOZA SECUNDAR

PROFAZA I

Leptoten Zigoten Pahiten Diploten Diakinesis

Metafaza I Anafaza I Telofaza I

Profaza II Metafaza II Anafaza II Telofaza II

Fig. nr. 1.10. Meioza aspect celular

Fig. nr. 1.11. Diakineza la brbat

Diviziunea meiotic la mamifere are loc numai n gonade. De regul, studiul diferitelorfaze ale meiozei se face pe preparate din esut gonadal matur obinut prin biopsie testicu-lar. Testiculele sunt mai accesibile pentru biopsie comparativ cu ovarele, iar profazaprimei diviziuni meiotice la sexul feminin ncepe n perioada embrionar.

O Protocolul de evideniere a fazelor meiozei la mamifereMateriale:

masculi de oareci sau obolani albi; foarfeci, pense, ace, vase Petri, eprubete, lame de sticl, centrifug; eter etilic, alcool metilic, acid acetic glacial, soluie hipoton de citrat de Na 2,2%,

soluie Giemsa 10%.

Mod de lucru (se folosete o variant rapid a metodei Evans i colab., 1964):

1. animalele se injecteaz intraperitoneal cu o soluie de colchicin 0,05%;2. dup 90 de min., animalele se anesteziaz cu eter etilic, se sacrific i se recolteaz testiculele;3. testiculele recoltate se introduc 10 min. n ap distilat ntr-un vas Petri i se fragmenteaz

n buci mici;4. se nltur apa distilat, se adaug soluia hipoton de citrat de sodiu i se las n contact

20-30 de min.;5. coninutul vasului Petri este transferat ntr-o eprubet de centrifug i se centrifugheaz

5 min. la 500 rotaii/min.;6. se ndeprteaz supernatantul, iar sedimentul se resuspend n 5 ml de citrat de Na;7. se centrifugheaz 12 min. la 800 rotaii/min.;8. se arunc supernatantul i peste sedimentul celular se adaug ncet, picurnd uor pe mar-

ginea eprubetei, fixatorul (alcool metilic i acid acetic glacial, 3:1);9. se las la fixat 5 min.;

10. se centrifugheaz 10 min. la 1 000 rotaii/min.;11. se arunc supernatantul i se resuspend sedimentul n 5 ml fixator proaspt, lsndu-se

la temperatura camerei 30 de min.;12. se centrifugheaz din nou 10 min. la 1 000 rotaii/min., iar sedimentul se resuspend

n 1 ml de fixator;13. din suspensia celular se efectueaz preparate punnd cteva picturi cu pipeta Pasteur pe

o lam curat i degresat;14. preparatele se usuc la aer i se coloreaz cu soluie Giemsa 10% timp de 20 de min.;15. se examineaz la microscop cu ob.100X cu imersie.

Gametogeneza la om

Celulele epiteliului germinal al gonadelor masculine i feminine sufer o succesiune dediviziuni mitotice i meiotice n scopul producerii de gamei maturi. Gametogeneza seproduce n urmtoarele stadii:

1.stadiul de multiplicare celular celulele germinale primitive (2n) sufer mitoze suc-cesive care produc la brbat, spermatogoniile (2n) i la femeie, ovogoniile (2n);

2.stadiul de cretere care pregtete goniile pentru meioz formnd spermatocitele (2n)i ovocitele (2n) primare;

3.stadiul de maturaie, n care spermatocitele i ovocitele primare sufer dou diviziunisuccesive una reducional i una ecvaional urmate de diferenierea celuleihaploide i formarea gameilor maturi.

GENETICA UMAN 23

O Spermatogeneza

spermatogeneza este procesul de formare a gameilor masculini; la pubertate, testiculele ncep s secrete cantiti mari de testosteron. Testosteronul

stimuleaz dezvoltarea unor caractere sexuale secundare, maturarea tubilor seminiferii iniierea spermatogenezei. n tubii seminiferi, celulele germinale primordiale sedivid mitotic i apoi se difereniaz n spermatogonii. Dup mai multe mitoze , sper-matogonia produce spermatocitul primar. Spermatocitul primar (46,XY) sufer primadiviziune de maturaie (meioza primar) i produce dou celule haploide numite sper-matocite secundare (una 23,X i cealalt 23,Y), care sufer cea de-a doua diviziune dematuraie (meioza secundar) i formeaz patru celule haploide numite spermatide.Spermatidele sufer o serie de transformri complexe, devenind spermatozoizi. Pro-cesul se numete spermiogenez. n Fig. nr. 1.12. este prezentat gametogeneza la brbat.

24 CITOGENETIC UMAN

2n

2n

2n

2n 2n 2n 2n 2n 2n 2n 2n

2n 2n 2n

2n

n

n n n n

n n nnnnn

2n 2n

n nn

n

2n

2n

2n

2n 2n 2n 2n 2n 2n 2n 2n

2n 2n 2n

2n

celul germinalprimordial

SPERMATOGENEZA OVOGENEZA

celul germinalprimordial

ovogonie

faza decretere

spermatocitprimar

faza de maturaie(meioz) prima

diviziunemeiotic

primadiviziunemeiotic

ovocitsecundar

primulglobulpolar

a douadiviziunemeiotic

al doileaglobulpolar

ovul globulipolari

spermatocitsecundar

a douadiviziunemeiotic

spermatide

spermatozoizi

diferen-iere

ovocitprimar

faza demultiplicare

(mitoze)

spermatogonia

cretere cretere

Fig. nr. 1.12. Gametogeneza uman

spermatogeneza se desfoar continuu, de la pubertate pn la moarte, dar rata pro-duciei de gamei scade o dat cu naintarea n vrst;

fiecare ciclu al spermatogenezei dureaz aproximativ 64 de zile: 16 zile mitozele sper-matogoniilor, 8 zile meioza primar a spermatocitului primar, 16 zile meioza secun-dar a spermatocitului secundar i circa 24 de zile spermiogeneza;

numrul mare de replicri care preced mitozele succesive ale celulei germinale pri-mordiale crete riscul de apariie a mutaiilor n gamei.

O Ovogeneza

ovogeneza este procesul de formare i dezvoltare a ovulului, care include meiozaovocitelor, vitelogeneza i formarea membranelor ovulului;

ncepe n perioada intrauterin, cnd ovarul nu este nc difereniat; celulele germinaleprimitive se divid mitotic de mai multe ori, formnd ovogoniile; dup a 12-a sptmnde via intrauterin, ovogoniile se divid mitotic i formeaz ovocitele primare; o partedintre acestea ncep diviziunea de maturaie, dar se opresc n profaza primei diviziunimeiotice pentru o lung perioad, care dureaz pn la ovulaie (poate avea loc oricnd,de la pubertate i pn la menopauz); stadiul n care rmn se numete dictioten (ntrediploten i diakinesis), fiind caracterizat prin prezena bivalenilor ai cror cromozomisunt parial condensai; ovocitul primar este acoperit de un strat de celule foliculare,constituind foliculul primordial; majoritatea foliculilor primordiali degenereaz inumai puini se vor matura; la pubertate, lunar, o parte din ovocitele primare iniiazprocesul de difereniere , dar, de regul, numai una va deveni ovul matur; puin naintede ovulaie este definitivat prima diviziune meiotic, rezultnd celule-fiice, diferiteprin cantitatea citoplasmatic pe care o conin ovocitul secundar (23,X) i primul globulpolar (23,X); n momentul expulziei, ovocitul secundar se gsete n metafaza II; adoua diviziune meiotic este finalizat n trompa lui Fallopio numai dac are loc fecun-daia; rezult ovulul matur i cel de al doilea globul polar (Fig. nr. 1.12.);

ovogeneza este discontinu, ncepe n viaa fetal, urmeaz un stadiu de laten pnla ovulaiile din perioada fertil a femeii;

durata mare a stadiului de laten poate crete riscul de nondisjuncie a cromozomiloromologi la femeile cu o vrst mai naintat.

O Comportamentul cromozomilor sexuali n timpul meiozei

la femeie, cei doi cromozomi X fiind omologi, formeaz un bivalent, care se comportsimilar oricrui bivalent alctuit din autozomi;

la brbat, cromozomii sexului, X i Y, se comport diferit fa de autozomi. n sper-matocitul primar aflat n profaza I cromozomul X i cromozomul Y, formeaz veziculasexual. Ei nu sunt omologi, exceptnd regiuni scurte de la capetele braelor p, numiteregiuni pseudoautozomale. Vezicula sexual este reprezentat de un corpuscul dens,vizibil de la sfritul leptotenului pn n diakinesis. Este format prin condensareaprecoce a celor doi cromozomi, uneori, nvelii de o pelicul de ARN. Studiile cito-logice arat c cromozomii X i Y sunt asociai prin capetele lor, formndu-se osinaps terminal. La nceputul diakinezei vezicula sexual dispare, dar cromozomiisexului pot fi observai ca un bivalent, asociai cap la cap (Fig. nr. 1.11.), pstrndaceast configuraie i n metafaza I. n anafaza I cromozomii X i Y se separ imigreaz fiecare la unul dintre polii opui ai fusului de diviziune.

GENETICA UMAN 25

Semnificaia meiozei

1. meioza menine constant numrul de cromozomi de la o generaie la alta prin formareagameilor haploizi, care, prin fecundaie, refac numrul diploid de cromozomi caracte-ristic speciei (Fig. nr. 1.13.);

Fig. nr. 1.13. Schema reproducerii sexuate la om

2. meioza produce gamei cu combinaii variate de gene datorit crossing-over-ului dinprofaza I i asortrii independente a cromozomilor n anafaza I (Fig. nr. 1.14.). Astfel,descendenii care rezult din reproducerea sexuat sunt diferii genetic de prinii lor;

3. multe aberaii cromozomiale sunt rezultatul erorilor care apar n meioz (nondis-junciile cromozomilor i procesele de crossing-over inegal).

26 CITOGENETIC UMAN

Organismul matur(2n)

testicule ovare(2n) (2n)

MEIOZA embrion umanspermatozoid ovul (2n) (n) (n)

zigot (2n)

FECUNDAIE

Fig. nr. 1.14. Recombinarea genetic din timpul meiozei (plana I):crossing-over

Plana I

Bibliografie

1. Ford E.H.R (1973) Human Chromosomes, Academic Press, pg. 54-77.

2. Jorde L.B. (2000) Medical Genetics, 2nd ed., Mosby, pg. 25-28.

3. Therman E. (1992) Human Chromosomes: Structure, Behavior and Effects, 3rd ed., Springer.

O Web site http://www.accessexcellence.org/AB/GG/meiosis.html

GENETICA UMAN 27

Fig. nr. 1.14. Recombinarea genetic din timpul meiozei (plana II):asortarea independent

sauMetafaza I

Anafaza I

Anafaza II

Combinaiagenelor n

gamei

sau

sau

Plana II

Obiectivele lucrrii:

evidenierea corpusculului Barr n nucleii somatici, la persoanele de sex feminin; evidenierea apendicilor perinucleari, la nivelul nucleilor celulelor polimorfonu-

cleare neutrofile din sngele periferic, la persoanele de sex feminin; evidenierea corpusculului F, la nivelul nucleilor celulelor somatice provenite de la

persoane de sex masculin.Analiza cromozomilor sexuali se poate efectua pe: frotiuri din mucoasa bucal, frotiuri

din sngele periferic, biopsii de piele, celule recoltate din lichidul amniotic.

In interfaza ciclului celular, pe aceste categorii de preparate, se evideniaz: la persoanele normale de sex feminin (cariotip: 46,XX) corpusculul sexual X; la persoanele normale de sex masculin (cariotip: 46,XY) corpusculul sexual Y.

Corpusculul sexual X

O Definiie:Corpusculul sexual X reprezint unul dintre cei doi cromozomi X la femeie, care este

mult condensat i inactiv genetic, n interfaza ciclului celular.Procesul de inactivare a unuia dintre cei doi cromozomi X la femeie, n nucleii interfazici

ai celuleor somatice, poart denumirea de lyonizare.

O Particularitile lyonizrii: debuteaz precoce (stadiul de blastocist tardiv, aproximativ ziua a 16-a de via

intrauterin): este aleatorie (n egal msur se poate inactiva att cromozomul X de origine matern,

ct i cromozomul X de origine patern); are rol adaptativ, de meninere a echilibrului genetic funcional ntre sexe, pentru genele

poziionate pe cromozomul X, care codific i caractere somatice (compensaie de doz).

O Nomenclatur: Corpusculul sexual X, evideniat la nivelul nucleului celulelor epiteliale, poart denu-

mirea de cromatin sexual sau corpusculul Barr; Corpusculul sexual X, evideniat la nivelul nucleului celulelor polimorfonucleare

neutrofile (PMN), din sngele periferic, mbrac aspectul apendicilor perinucleari.

O Poziie: Corpusculul Barr este ataat de faa intern a membranei nucleare. Apendici perinucleari sunt ataai de faa extern a membranei nucleare.

O Form: Corpusculul Barr are forma hemisferic sau triunghiular, cu baza orientat ctre

periferie i cu vrful la centru.

28 CITOGENETIC UMAN

LUCRAREA PRACTIC 3: Cromozomii sexului i cromatina sexual la om

Apendici perinucleari mbrac forme variate:Tipul A (b de tob sau corpuscul pediculat) seprezint ca o formaiune rotund-ovalar, intens i uniformcolorat, ataat de faa extern a membranei nucleareprintr-un pedicul fin decromatin (Fig. nr.1.15.).

Tipul B (corpusculsesil) se prezint ca oformaiune rotund-ova-lar, intens i uniformcolorat, ataat directde faa extern a mem-branei nucleare (Fig.nr. 1.16.).

Tipul C are forme variate: b de tob (dar cu corpusculmai mic i pedicul mai lung), baston sau crlig (Fig. nr. 1.17.).Tipul D ( rachet de tenis) se prezint ca o formaiunerotund-ovalar, intens colorat n periferie i decolorat ncentru, ataat de faa extern a membranei nucleare printr-unpedicul fin de cromatin.

O Dimensiune:Corpusculul Barr: 1-2 microniApendicii perinucleari:

tipul A: 1,4-1,6 microni; tipul B: 1,2-1,4 microni; tipul C: 1,2-1,4 microni; tipul D: 2 microni.

O Numr:Numrul de corpusculi sexuali X din celul se calculeaz dup formula:

B = (X-1) x P/2

unde:B = numrul de corpusculi sexuali X din celul; X = numrul de cromozomi X din celul;P = gradul de ploidie al celulei.

Pentru celulele somatice, diploide, P = 2. Drept urmare, relaia de mai sus devine:

B = (X-1)

n cazul apendicilor perinucleari, se consider c doar tipurile A i B reprezint corpusculul sexual X. Tipurile C i D au origine i semnificaie necunoscute.n aceast situaie, indicele corpusculilor sexuali se calculeaz dup relaia Kosenow:

I.C. = A + B

sauI.C. = A + B/C,

dac lum n calcul i apendicii perinucleari de tip C.

GENETICA UMAN 29

Fig. nr. 1.15. Apendiceperinuclear de tip A

Fig. nr. 1.17. Apendiciperinucleari de tip C i A

Fig. nr. 1.16. Apendice perinuclearde tip B

O Frecvena:Frecvena celulelor purttoare de corpuscul sexual X vizibil la examenul microscopic

este influenat de o serie de factori: activitatea mitotic a celulei; activitatea metabolic a celulei; vrsta celulei; vrsta individului; tipul de esut examinat; tehnica folosit; aciunea diferitelor substane medicamentoase.

O Protocolul de evideniere a apendicilor perinucleari n leucocitele polimorfonu-cleare neutrofile din sngele periferic: Metoda Davidson - Smith

Materiale necesare:Instrumentar: ace de sering sterile; Sticlrie de laborator: lame de sticl sterile cu margini lefuite; pipete Pasteur;Materiale moi: vat, tifon;Soluii, reactivi, colorani: alcool medicinal; soluie May-Grnwald; soluie Giemsa 10%;ap neutr; trus de colorat;Aparatur de laborator: microscop optic (dotat cu obiectiv cu imersie de 90x sau 100x).

Mod de lucru: Metoda Davidson - Smith1. Recoltarea i realizarea frotiului de snge

se dezinfecteaz pulpa degetului cu alcool etilic; se neap pulpa degetului cu un ac steril de sering; prima pictur de snge se ndeprteaz cu un tampon de vat uscat; urmtoarea pictur de snge se ia cu ajutorul unei lame de sticl cu marginile lefuite; se aaz lama cu pictura de snge pe o alt lam de sticl, ctre extremitatea acesteia, n

unghi de 45, i se mpinge uor ctre cealalt extremitate, obinndu-se frotiul de snge.2. Colorarea frotiului procedeul May-Grnvald Giemsa:

se las frotiurile la uscat cteva minute; se acoper cu 2 ml. de soluie May-Grnwald, timp de 2-4 minute; se adaug 2 ml. de ap fr a vrsa colorantul i se las 2 min.; se vars amestecul fr a spla; se acoper cu soluie Giemsa 10%, preparat extemporaneu, timp de 20-30 de min.; se spal frotiul cu jet de ap; se usuc la aer; se examineaz la microscopul optic cu obiectivul de imersie 90x.

3. Aprecierea i interpretarea rezultatelor.

Prin aceast metod, la examenul microscopic al polimorfonuclearelor neutrofile se evi-deniaz apendicii perinucleari de tip: A, B, C, D.

Pentru determinarea sexului genetic celular, la persoana analizat se examineaz celpuin 500 de neutrofile cu nuclei polilobai.

Cu ajutorul relaiei Kosenow se calculeaz indicele corpusculilor sexuali.

30 CITOGENETIC UMAN

La o persoan normal de sex feminin, valoarea indicelui corpusculilor perinucleari dincelulele polimorfonucleare neutrofile se calculeaz dup formula:

I.C. = A+B, este > de 6sau

I.C. = A+B/C, este > de 0,4.

O Protocolul de evideniere a corpusculilor Barr n celulele mucoasei bucale:Metoda Sanderson - Stewart

Materiale necesare:Instrumentar: spatul steril;Sticlrie de laborator: lame de sticl sterile cu margini lefuite; lamele de sticl sterile;pipete Pasteur;Materiale moi: vat, tifon, hrtie de filtru;Soluii, reactivi, colorani: alcool medicinal; soluie de alcool etilic absolut; soluie deeter etilic; soluie orcein acetic 1%; ap neutr; trus de colorat;Aparatur de laborator: microscop optic (dotat cu obiectiv cu imersie de 90x sau 100x).

Mod de lucru: Metoda Sanderson - Stewart

1. Recoltarea celulelor din mucoasa bucal i realizarea frotiului: se racleaz regiunea posterioar a mucoasei cavitii bucale, cu ajutorul unei spatule sterile; primul raclat de mucoas bucal extras se ndeprteaz; urmtorul raclat se trece pe o lam de sticl i se prepar frotiul.

2. Fixarea celulelor: se realizeaz cu o soluie de alcool etilic absolut i eter etilic (1 :1), timp de 30 de minute.

3. Colorarea frotiului procedeul cu orceina acetic: se acoper frotiul cu soluie de orcein acetic 1%; se acoper frotiul cu o lamel de sticl; se ndeprteaz excesul de colorant cu ajutorul hrtiei de filtru; se spal frotiul cu jet de ap; se usuc; se examineaz la microscopul optic cu obiectivul de imersie 90x.

4. Aprecierea i interpretarea rezultatelor.

n celulele mucoasei bucale, corpusculul Barr apare intranuclear, aderent de faa interna membranei nucleare, avnd form triunghiular i dimensiune de aproximativ 1 micron(Fig. nr. 1.18.).

La o persoan normal de sex feminin, frecvena corpusculilor Barr din nucleii celulelorepiteliale poate oscila ntre 20 i 80% din totalul celulelor examinate.

GENETICA UMAN 31

Fig. nr. 1. 18.Corpusculul Barr

n celulele mucoaseibucale la brbat (46,xy),

la femeie (46,xx)i la femeia cu

tetrasomie x (48,xxxx)

Corpusculul sexual Y

O Definiie:Corpusculul sexual Y reprezint cromozomul Y la brbat, evideniat n interfaza ciclului

celular. Analiza corpusculului sexual Y se poate efectua pe: frotiuri din mucoasa bucal,frotiuri din sngele periferic, biopsii de piele, celule recoltate din lichidul amniotic, sper-matozoizi.

O Nomenclatur:Corpusculul sexual Y mai este denumit i corpuscul F (fluorescent), datorit coloranilor

specifici utilizai (quinacrin sau atebrin), care confer cromozomului Y un aspect fluorescent.O Poziie: se evideniaz la nivelul periferiei nucleului celular sau pericentral.O Form: corpuscular, rotund-ovalar.O Dimensiune: 0,25 1 microniO Numr: egal cu numrul cromozomilor Y din celul.

O Protocolul de evideniere a corpusculilor F n celulele mucoasei bucale: Metodafluorescent

Materiale necesare:Instrumentar: spatul steril;Sticlrie de laborator: lame de sticl sterile cu margini lefuite; lamele de sticl sterile;pipete Pasteur;Materiale moi: vat, tifon, hrtie de filtru;Soluii, reactivi, colorani: alcool medicinal; soluie de alcool etilic absolut; soluie deeter etilic; soluie de atebrin 1%; ap neutr; trus de colorat;Aparatur de laborator: microscop de fluorescen (dotat cu obiectiv cu imersie de 90xsau 100x).

Mod de lucru: Metoda fluorescent1. Recoltarea celulelor din mucoasa bucal i realizarea frotiului:

se racleaz regiunea posterioar a mucoasei cavitii bucale, cu ajutorul unei spatule sterile; primul raclat de mucoas bucal extras se ndeprteaz; urmtorul raclat se trece pe o lam de sticl i se prepar frotiul.

2. Fixarea celulelor: se realizeaz cu soluie de alcool etilic absolut i eter etilic (1:1), timp de 30 de minute; se usuc.

3. Colorarea frotiului : se acoper frotiul cu soluie de atebrin 1%, timp de 30 de minute; se acoper frotiul cu o lamel de sticl; se ndeprteaz excesul de colorant cu ajutorul hrtiei de filtru; se spal frotiul cu jet de ap; se usuc; se examineaz la microscopul de fluorescen cu imersie 90x.

4. Aprecierea i interpretarea rezultatelor.

La persoanele normale de sex masculin frecvena corpusculului sexual Y poate oscilantre 25 i 30% din totalul celulelor examinate.

32 CITOGENETIC UMAN

Importana studiului corpusculilor sexuali X i Y

1. Biologic: permite stabilirea sexului genetic al individului analizat.

2. Medical: permite diagnosticarea sindroamelor genetice determinate de existena unor anomalii

de numr ale cromozomilor sexuali (sindrom Turner, Klinefelter, Triplo X, super-mascul);

permite diagnosticarea strilor de intersexualitate (hermafroditism adevrat,pseudohermafroditism);

permite diagnosticarea prenatal a sexului produsului de concepie; permite stabilirea etiologiei unor disfuncii gonadice; permite determinarea sexului genetic la sportivii de performan, n medicina

sportiv; permite stabilirea sexului genetic al victimei, n medicina legal; se utilizeaz ca marker, n transplantologie i oncologie.

Bibliografie:1. Isvoranu M. (1989) Biologie i genetic lucrri practice, Bucureti, pg. 29-36.

2. Dacie Ju., Lewis Sm (1991) Practical Haematology, Churchill Livingstone, pg. 421-422.

O Web site: http://www.mcmaster.ca/inabis 98/medicine/chavez 0626/two.html

O Web site: http://www.grad.ttuhsc.edu/courses/histo/blood

O Web site: http://www3.interscience.wiley.com/cgi-bin/jtoc?ID=33129.

GENETICA UMAN 33

Fig. nr. 1.19. Corpusculul F n spermatozoid (a) i cromozomul Y marcat fluorescentn placa metafazic la brbat (b)

a b

Obiectivele lucrrii:

identificarea anomaliilor cromozomiale din analiza cariotipului; asocierea anomaliei cromozomiale cu un anume fenotip caracteristic.

n patologia cromozomial uman analiza cariotipului este o investigaie citogeneticutil pentru c permite evidenierea eventualelor modificri cromozomiale numite anomaliisau aberaii cromozomiale care pot avea efecte fenotipice severe.

Anomaliile cromozomiale

Anomalii cromozomiale numericeO Numrul caracteristic de cromozomi al speciei umane este:

2n = 46 de cromozomi n nucleul celulei somatice (celul diploid); n = 23 de cromozomi n gamei ovule sau spermatozoizi (celule haploide).

De regul, orice abatere de la numrul corect de cromozomi ai unei celule se numeteanomalie cromozomial de numr.

O Tipuri de anomalii numerice: poliploidia; aneuploidia; mozaicuri cromozomiale.

Poliploidia

Prezena supranumerar a unor seturi complete de cromozomi ntr-o celul se numetepoliploidie. Exemple de poliploidie sunt:

O TriploidiaUn set haploid de cromozomi (n) n plus ntr-o celul somatic uman (2n) determin

apariia triploidiei, adic 3n = 69 de cromozomi. Celulele triploide pot fi 69,XXX , 69,XXYsau 69,XYY, n funcie de originea matern sau patern a setului extracromozomial.Triploidia are o frecven de 1/10 000 printre nou-nscuii vii i 15% printre produii deconcepie avortai spontan. Surplusul de material genetic produce multiple anomalii, cumar fi defecte ale cordului i sistemului nervos central. Din acest motiv, feii triploizi suntavortai (Fig. nr.1.20.) i n mod excepional ajung s supravieuiasc pn la termen,avnd o viabilitate redus.

34 CITOGENETIC UMAN

LUCRAREA PRACTIC 4: Studiul anomaliilor cromozomiale la om

reprezint modificri ale numrului i structurii normale ale cromozomilor,clasificndu-se n anomalii numerice i anomalii structurale;

pot fi evideniate prenatal (celule fetale) sau postnatal (limfocite); afecteaz 7,5% din totalul produilor de concepie umani; au o frecven de 1/150 printre nou-nscuii vii; sunt o cauz important a morbiditii i mortalitii (50% dintre avorturile

spontane n primul trimestru de sarcin); afecteaz att autozomii (perechile 1 22), ct i gonozomii (X i Y); pot fi constituionale sau dobndite.

Cauzele triploidiei sunt: dispermia fertilizarea ovulului de ctre doi spermatozoizi,fuziunea ovulului cu un globul polar i fertilizarea de ctre un spermatozoid sau defecte alemeiozei formarea unui gamet diploid (patern sau matern), care mpreun cu gametulnormal va genera un zigot triploid.

GENETICA UMAN 35

Fig. nr. 1. 20. Ft triploid avortat.Disproporia dintre extremitatea cefalic i trunchi; mn malformat,

sindactilia degetelor III i IV; cariotip 69,xxy

O TetraploidiaPrezena a 4 seturi haploide de cromozomi ntr-o celul somatic se numete tetraploi-

die i se caracterizeaz prin 4n = 92 de cromozomi. Celulele tetraploide pot fi 92,XXXX ,92,XXYY, 92,XXXY sau 92,XYYY. La om este mult mai rar observat dect triploidia. Deregul, este incompatibil cu viaa postnatal, doar indivizii cu mozaicuri 2n/4n sunt via-bili. Cauzele tetraploidiei sunt: defectele primei diviziuni mitotice a zigotului sau fuziuneaa doi zigoi diploizi.

AneuploidiaUn cromozom dintr-o pereche poate fi absent sau prezent n exces, ceea ce nseamn c

numrul de cromozomi ai celulei se modific. Multiplicarea inexact a numrului decromozomi din nucleul unei celule se numete aneuploidie. ntr-o celul somatic normalexist 23 de perechi de cromozomi, fiecare pereche avnd un cromozom de origine materni unul de origine patern, condiie numit disomie biparental (2n).

O NulisomiaAbsena ambilor cromozomi dintr-o pereche se numete nulisomie (2n-2), iar la om este

o condiie incompatibil cu dezvoltarea normal.O MonosomiaAbsena unui singur cromozom din pereche se numete monosomie (2n-1). Aproape

toate monosomiile umane, cu excepia celor care implic cromozomii sexului, sunt letale.O TrisomiaPrezena unui cromozom n plus ntr-o pereche se numete trisomie (2n+1). Trisomia

este una dintre cauzele avortului spontan, totui, exist trisomii care sunt compatibile cusupravieuirea postnatal. S-au observat i trisomii multiple de tipul 2n+1+1+1. Cele maifrecvente trisomii autozomale i gonozomale sunt prezentate n planele de la pag. 42.Efectele fenotipice ale anomaliilor numerice autozomale sunt mai severe comparativ cucele ale gonozomilor.

O Tetrasomia (2n+2) i pentasomia (2n+3) sunt extrem de rare i implic, de obicei,cromozomii sexului.

Aneuploidia poate fi: complet, caz n care un ntreg cromozom lipsete sau este supranumerar n cariotip; parial, caz n care numai anumite segmente cromozomiale variabile ca mrime

lipsesc sau sunt n exces ntr-o pereche; omogen, caz n care toate celulele organismului au acelai tip de aneuploidie; n mozaic, caz n care coexist la acelai organism linii celulare normale i linii celu-

lare aneuploide.

36 CITOGENETIC UMAN

Simbolul Semnificaia69,XXX triploidie92,XXYY tetraploidie45,X monosomie X (sindrom Turner)47,XX,+21 trisomie 21 (sindrom Down)47,XY,+18 trisomie 18 (sindrom Edward)48,XXXX tetrasomie X49,XXXXY pentasomia XXXXY46,XY,5p- monosomia parial 5p-46,XX,2q+ trisomia parial 2q+47,XX,+21/46,XX mozaic celular pentru cromozomul 21 (sindrom Down n mozaic)

ISCN n cazul anomaliilor numerice

Cea mai frecvent cauz a aneuploidiei o reprezint nondisjuncia meiotic sau mitotic,adic nesepararea cromozomilor omologi sau nesepararea cromatidelor surori n timpulanafazei. Fig. nr. 1.21. prezint nondisjuncia meiotic i mitotic.

GENETICA UMAN 37

Fig. nr. 1. 21. Consecinele nondisjunciei meiotice i mitotice

Nondisjuncie meiotic Meioza

Meioznormal

Nondisjunciemeiotic

Nondisjuncie mitotic Mitoz Mitoz

Mitoznormal

SindromDown nmozaic

Nondisjunciemitotic

Monosomie21

Normal

Trisomie 21

Mitoznormal

Normal

Normal

Trisomie

Monosomieletal

Ovul Fecundaie Zigot

Mozaicul cromozomial

Prezena a dou sau mai multor linii celulare diferite cromozomial la un individ senumete mozaic cromozomial. Liniile celulare sunt complementare i deriv din acelaizigot. De exemplu: 47,XX,+21/46,XX sindrom Down n mozaic (Fig. nr. 1.21.). Cauzamozaicului cromozomial este nondisjuncia cromatidelor surori n diviziunile mitoticepostzigotice, astfel c, n funcie de momentul n care a avut loc aberaia de diviziune, unprocent variabil de celule pot fi anormale citogenetic, iar consecinele clinice variate.

Anomalii cromozomiale de structur

Orice schimbare a structurii fizice a cromozomului reprezint o anomalie structural.Toate anomaliile cromozomiale de structur se datoreaz uneia sau mai multor rupturi carealtereaz morfologia cromozomului, iar segmentele cromozomiale rezultate se pot pierdesau rearanja ntr-o combinaie nou, anormal.

O Deleia (del)Pierderea unui fragment dintr-un cromozom ca urmare a ruperii braului cromozomial se

numete deleie. Deleiile pot fi terminale sau intercalare (Fig. nr. 1.22.). Deleia terminalse observ n cazul n care se pierde material genetic localizat la extremitile cromozomu-lui pter sau qter. Dac apare o dubl ruptur la nivelul aceluiai bra cromozomial,segmentul cuprins ntre rupturi se pierde, iar poriunile de cromozom rmase au capete lipi-cioase care se reunesc. Deleiile sunt vizibile microscopic cu ajutorul tehnicilor de bandare.Mrimea fragmentului deletat determin viabilitatea i fenotipul individului care prezintanomalia structural. Uneori, apar deleii mici, numite microdeleii, care sunt detectate doarprin tehnici moleculare. La om au fost observate deleii pentru toi cromozomii, fie pebraele p, fie pe braele q. Cele mai frecvente sunt 4p- (sindromul Wolf ) i 5p- (sindromulcri du chat) (vezi planele de la pag. 48 i 49).

O Duplicaia (dup)Prezena n exces a unui fragment cromozomial se numete duplicaie. Fragmentul

suplimentar se poate ataa cromozomului omolog sau unui cromozom neomolog pstrndordinea originar a genelor duplicaie direct sau n tandem, sau inversnd ordineanormal a genelor duplicaie invers sau n tandem invers. Consecinele fenotipice aleduplicaiei sunt sindroamele de trisomie parial.

38 CITOGENETIC UMAN

apar cu o frecven de 1/500 de nateri; cromozomii se pot rupe spontan, dar rata rupturilor poate fi mrit de aciunea

agenilor clastogeni (radiaii ionizante, infecii virale, substane chimice) ninterfaz sau n timpul meiozei sau mitozei;

pot fi balansate succesiunea benzilor cromozomiale se schimb, dar nu sepierde i nu se ctig material genetic, sau nebalansate se pierde sau sectig material genetic;

pot interesa unul sau mai muli cromozomi; pot fi observate folosind tehnici de bandare standard sau FISH; tipuri: deleia, duplicaia, inversia, translocaia, cromozomi inelari, izocromo-

zomi, cromozomi dicentrici.

GENETICA UMAN 39

Fig. nr. 1.22. Anomalii cromozomiale de structur

Deleieterminal

Deleieinter-stiial

Inversieparacen-tric

Translocaiebalansat

Cromozominelar

Cromozomdicentric

Izocromozom

Translocaierobert-sonian

Inversiepericen-tric

O Inversia (inv)Inversia se produce n urma apariiei unei duble rupturi pe acelai bra cromozomial sau

a cte unei rupturi pe fiecare bra cromozomial, rotirea cu 180 a fragmentului cuprins ntrecele dou puncte de ruptur i alipirea lui aceluiai cromozom. Inversia poate fi: paracen-tric fragmentul inversat nu include centromerul i pericentric fragmentul inversatinclude centromerul (Fig. nr. 1.22). Detectarea acestui defect de structur se face prinfolosirea tehnicii bandrii, care evideniaz aspectul inversat al ordinii benzilor cromo-zomiale. Segmentul cromozomial inversat determin schimbarea secvenei ADN, care nueste obligatoriu s aib consecine fenotipice evidente la purttorul de inversie. Dar inver-sarea secvenei ADN pe unul dintre omologi poate afecta mperecherea cromozomiloromologi n profaza I a meiozei. Unirea defectuoas a cromozomilor omologi poate avea carezultat deleii sau duplicaii ale materialului genetic, care, ulterior, vor fi exprimate ladescendentul purttorului de inversie.

O Translocaia (t)Translocaia este un rearanjament structural care apare n urma transferului de segmente

cromozomiale ntre cromozomi neomologi. Ambii cromozomi implicai trebuie s suferecel puin o ruptur pe unul dintre brae pentru ca schimbul de material genetic s aib loc.De obicei, prin schimbul de segmente cromozomiale nu se pierde material genetic, decipurttorul este clinic normal, iar translocaia este echilibrat sau balansat. Purttorii uneiastfel de translocaii echilibrate pot produce gamei neechilibrai genetic, iar prin fecun-darea acestora cu gamei normali rezult zigoi aberani citogenetic.Aadar, pot aprea con-secine severe pentru descendenii lor.

Translocaia poate fi: reciproc balansat sau nebalansat; robertsonian; inserional.Translocaia reciproc balansat implic doi cromozomi neomologi care sufer cte o

ruptur pe unul dintre brae, iar segmentele cromozomiale se schimb ntre ele (Fig. nr. 1.22.).Dac punctul de ruptur nu afecteaz o gen specific, ci o regiune intergenic, atunci nuapar efecte fenotipice pentru purttor.

Translocaia reciproc nebalansat prin schimbul de segmente cromozomiale se poatepierde sau ctiga material genetic, existnd consecine fenotipice pentru individ.

Translocaia robertsonian sau fuziunea centric implic numai cromozomii acrocen-trici din grupele D i G ale cariotipului uman. Rupturile cromozomiale apar n regiuneacentromerului la ambii cromozomi acrocentrici. Fragmentele cromozomiale care corespundbraelor scurte sunt lipsite de centromer (acentrice) i se vor pierde n diviziunea celularurmtoare fr s apar efecte fenotipice. Braele lungi ale celor doi cromozomi acrocen-trici fuzioneaz n regiunea centromeric (fuziune centric), rezultnd un singur cromozom,numit cromozom derivat. Fuziunea centric a cromozomilor 13 i 14 este cel mai frecventntlnit la om, fiind urmat ca frecven de fuziunea centric a cromozomilor 14 i 21(Fig. nr. 1.22.). Individul purttor de translocaie robertsonian este clinic sntos, dar ngametogenez apar probleme cu consecine pentru descendeni.

Translocaia inserional implic doi cromozomi pe braele crora apar trei rupturi:dou rupturi pe braul unui cromozom i una pe braul celuilalt. Un cromozom pierde unsegment intercalar (deleie interstiial), segment care este transferat i inserat pe cellaltcromozom la locul de ruptur. Purttorul de translocaie este fenotipic normal, dar poateproduce gamei care prezint fie o duplicaie, fie o deleie.

40 CITOGENETIC UMAN

O Cromozomi inelari (r)Cromozomul inelar (ring chromosome) apare prin ruperea segmentelor terminale ale

ambelor brae ale unui cromozom care se pierd, iar poriunile cromozomiale rmase seunesc, formnd un inel (Fig. nr 1.22). Dac inelarul prezint centromer, atunci se va puteamenine n celul, dac este lipsit de centromer se va pierde pe parcursul diviziunii celu-lare, neputndu-se orienta pe filamentele fusului de diviziune. Cromozomul inelar esteinstabil i creeaz probleme disjunciei mitotice a cromatidelor, caz n care apar o linie celu-lar monosomic i o linie celular cu cromozom inelar. La om, cromozomi inelari au fostobservai pentru aproape toate perechile de cromozomi. Manifestrile fenotipice depindde mrimea segmentelor terminale deletate; cu ct acestea sunt mai mari cu att i fenotipulclinic este mai sever.

O Izocromozomul (i)n timpul diviziunii celulare clivarea centromerului se poate face greit, dup o ax trans-

versal, rezultnd un cromozom anormal, care prezint unul dintre brae duplicat, iarcellalt lips (Fig. nr.1.22.).De regul, embrionii care au un izocromozom n cariotip suntavortai spontan n primele stadii ale dezvoltrii. Fac excepie: izocromozomul pentrubraele q ale cromozomului X, izocromozomul pentru braele q ale cromozomului 21 iizocromozomul pentru braele q ale cromozomului Y.

O Cromozomii dicentrici (dic)Orice cromozom care prezint doi centromeri este un cromozom dicentric. De regul,

unul dintre cei doi centromeri se inactiveaz, devenind nefuncional, iar dicentricul migreaznormal n timpul diviziunii. Dac ambii centromeri sunt activi, atunci, n timpul diviziunii,acetia pot migra la polii opui ai celulei, fiind legai ntre ei printr-o punte de cromatin.

Mecanismul producerii aberaiilor structurale ale cromozomilor

Producerea aberaiilor de structur ale cromozomilor se datoreaz rupturilor cromo-zomiale. Cnd braul cromozomial se rupe, capetele libere ale rupturii devin lipicioase.Rupturile apar spontan, iar frecvena lor poate s creasc n prezena agenilor clastogeni(radiaii ionizante, substane chimice, unele virusuri). De regul, ntr-o astfel de situaiemecanismele de reparare a rupturii refac rapid defectul i se restabilete integritatea iniiala cromozomului. Totui, mecanismele de reparare nu disting ntotdeauna ruptura i exist

GENETICA UMAN 41

Simbolul Semnificaie46,XY,del(5)(p15) deleie terminal a braului p al cr.546,XX,del(2)(q31q33) deleie intercalar46,XY,dup(2)(q14-q21) duplicaie46,XY,inv(7)(p15q22) inversie pericentric46,XX,inv(8)(q22q24) inversie paracentric46,XY,t(3;7)(q21;q11) translocaie reciproc balansat45,XY, -14,-21,+t(14q21q) translocaie robertsonian46,XX,-5,+der(5)t(5;14)(p13q32) translocaie nebalansat46,XY,ins(12;1)(q22;q21q32) translocaie inserional46,XX,r(7)(p21q34) cromozom inelar46,X,i(Xq) izocromozom46,X,dic(Y)(q13) cromozom dicentric

ISCN n cazul anomaliilor de structur

posibilitatea ca fragmentele cromozomiale rupte s se reuneasc ntr-o variant eronat,alternd structura cromozomului. Dac rearanjamentul cromozomial nu altereaz expresiamaterialului genetic, atunci nu vor fi observate consecine fenotipice; indivizii purttori derearanjamente echilibrate produc gamei modificai genetic pentru c n timpul gameto-genezei alinierea cromozomilor omologi se face incorect i apare un crossing-over inegal,crescnd riscul pentru descendeni (au dezvoltare ntrziat, retard mintal, trsturi facialecaracteristice, variate tipuri de malformaii congenitale).

Efectele fenotipice ale aberaiilor cromozomiale

Anomaliile cromozomiale pot determina apariia avorturilor spontane, a defectelor dinnatere, a tulburrilor sexuale i a bolii canceroase.

n citogenetica uman clinic, defectele cromozomiale majore sunt asociate deseori cumodificri fenotipice caracteristice cunoscute ca sindroame cromozomiale. n funcie detipul i dimensiunea cromozomului afectat sau de tipul de aberaie produs, modificrilefenotipice pot fi severe sau mai puin severe. Anomaliile autozomale produc efectefenotipice mai grave dect cele gonozomale, monosomiile sunt mai severe dect trisomiile,deleiile mai severe dect duplicaiile. De regul, anomaliile autozomale sunt asociate cunapoiere mintal, multiple malformaii congenitale, trsturi dismorfice i retard al creteriipre i postnatal, n timp ce anomaliile gonozomale sunt asociate cu tulburri ale diferenieriisexuale.

42 CITOGENETIC UMAN

Fenotip clinic: microcefalie, frunte teit, leziuni ale scalpului; microftalmie/anoftalmie, coloboma iridian; nas scurt i lat; urechi malformate, jos inserate; despictur labial i/sau palatin, micrognaie, limb

despicat; gt scurt i gros, cu hemangioame pe ceaf;

malformaii viscerale severe, defecte de sept atrial sauventricular, rinichi polichistic;

criptorhidism la biei i uter bicorn la fete; hiperlaxitatea policelui, hexadactilie, degete flectate n palm; calcaneu proeminent, hexadactilie plantar; dermatoglife modificate; retard psihomotor, hipotonie sau hipertonie muscular; durat de via redus.

SINDROM PATAU - trisomie 13

Cariotip:47,XY,+13

Incidena:1/4000-10 000 de nou-nscui viiSex ratio:M=F (alte statistici arat csexul F ar fi uor favorizat)

GENETICA UMAN 43

SINDROM EDWARD - trisomie 18

Cariotip: 47,XX,+18 sau 47,XY,+18

Incidena: 1/5 000-8 000 de

nou-nscui viiSex ratio: F>M

Fenotip clinic: craniu lung i ngust, cu

occiput proeminent; hipertelorism, epicantus; nas scurt, cu rdcina larg; urechi malformate, jos

inserate; micrognaie, hipoplazie

mandibular; microstomie; gt scurt, cu piele lax; malformaii scheletice;

44 CITOGENETIC UMAN

SINDROM DOWN - trisomie 21

Fenotip clinic

facies caracteristic mongoloid; brahicefalie; occiput aplatizat; microcefalie; fa mic i rotund; profil aplatizat; fante palpebrale oblice, orientate n sus i n afar; epi-

cantus; strabism; nas mic, avnd rdcina aplatizat; urechi mici, jos situate; gur mic, buza superioar eversat, limba protuberant,

cu aspect scrotal, microdonie i hipodonie, erupientrziat, palat ogival i ngust, hipoplazie maxilar;

gt scurt cu cute n exces; torace n plnie; mini late, cu degete scurte, picioare scurte i plate,

spaiul interdigital dintre haluce i degetul II este multmrit; dermatoglife modificate (pliu palmar transversunic);

malformaii cardiace, gastroenterale, osteoarticulare; retard mental (IQ deseori sub 50).

GENETICA UMAN 45

SINDROM DOWN - trisomie 21

Cariotip: 47,XX,+21sau 47,XY,+21

Incidena:1/700 de nou-nscui vii

Sex ratio:1M:1F

46 CITOGENETIC UMAN

SINDROM TURNER - monosomie X

Cariotip: 45,X

Incidena: 1/2 500-5 000 de nateri de sex F

Fenotip clinic: talie mic; fa triunghiular; fante palpebrale antimongoloide, epicantus, ptoz

palpebral, hipertelorism; urechi jos inserate; maxilar ngust, palat ogival,erupie ntrziat, dini

supranumerari i dini geminai; gt palmat (pterigium coli), implantarea joas a firelor

de pr pe ceaf;

torace n scut; limfedeme congenitale la mini i picioare, unghii

hipoplazice i convexe; nevi pigmentari; infantilismul organelor genitale externe i interne (dis-

genezie ovarian, uterul i vaginul au dimensiunireduse), amenoree primar, sterilitate;

IQ n limite normale; durata de via depinde de severitatea malformaiilor

organelor interne.

GENETICA UMAN 47

Fenotip clinic: semnele clinice se observ la pubertate i sunt evidente la adult; atrofie testicular; ginecomastie; pilozitate redus; talie nalt i uneori aspect ginoid; sterilitate; dezvoltare intelectual normal; anomalii dentare: taurodontism; durat de via normal.

SINDROM KLINEFELTER- trisomie XXY

Cariotip:47,XXY

Incidena:1/1 000 de nateri de sex masculin

48 CITOGENETIC UMAN

SINDROM WOLF - monosomie parial 4p

Fenotip clinic: microcefalie; glabel proeminent; coloboma, epicantus; nas diform; urechi jos inserate; palat ogival, micrognaie, despictura buzei

i/sau a palatului, aspect de gur de crap; malformaii cardiace; anomalii genitale; retard mintal; ntrziere psihomotorie i hipotonie muscular; greutate mic la natere (n medie 2,015 kg); durat de via redus.

Defect genetic: monosomie parial 4p(deleie 4p16)

Cariotip: 46,XX,4p- sau 46,XY,4p-

Incidena: sindrom rar, 1/250 000 de nou-nscui vii

Sex ratio: F>M

GENETICA UMAN 49

SINDROM CRI DU CHAT monosomie parial 5p

Defect citogenetic: monosomia parial 5p

Cariotip: 46,XX,5p- sau 46,XY,5p-

Incidena: 1/50 000 de nou-nscui

Sex ratio: F>M

Fenotip clinic: plnsul caracteristic, asemntor mieunatului de pisic (cri du

chat) datorat hipoplaziei laringiene; microcefalie; fa rotund sau lunar; hipertelorism marcat; palat nalt i luet bifid; mandibul mic, menton retras; malocluzii dentare; hipotonie muscular ; retard mintal; durata de via destul de lung pentru c malformaiile

cardiace i renale nu sunt foarte grave.

Bibliografie

1. Human Cytogenetics (2001) A Practical Approach, 3 rd. ed., vol.I.

2. Connor & Ferguson - Smith (1997) Essential Medical Genetics, Blackwell Science, pg. 116-129.

3. Hoffe A.P. (1999) Genetics, Fence Creek Publishing, pg. 117-126.O Web site: http://www.kumc.edu/gec/geneinfo.html

T ntrebri la care litera de rspuns corect desemneaz propoziii: A adevrate; B false.

1. Telomerele sunt situate totdeauna n zona pericentromeric a cromozomului.2. Meioza produce celule fiice identice genetic cu celula-mam.3. Monosomia este o form de poliploidie.4.Centromerii sunt necesari pentru segregarea cromozomilor n timpul diviziunii

nucleare.5. Inversia schimb ordinea genelor pe harta genetic.6. Cariotipul uman are 44 de autozomi i 2 gonozomi.7. Translocaia crete numrul de cromozomi n celule.8. Mrimea segmentului cromozomial deletat nu are nici o legtur cu fenotipul.9. Trisomia i triploidia au mecanisme identice de apariie.10. Aneuploidia cromozomilor de sex cauzeaz fenotipuri anormale, dar viabile.

T ntrebri cu un singur rspuns corect: A, B, C sau D.11. Diakinesis este:

A. O tulburare a musculaturii scheleticeB. O faz a profazei mitoticeC. O faz a meiozei primareD. Una dintre catenele ADN-ului mitocondrial

50 CITOGENETIC UMAN

1. Un embrion uman testat citogenetic prezint dou treimi celule normale 46,XY io treime celule tetraploide 92,XXYY. Cum explicai?

2. Cum se comport n timpul meiozei un izocromozom 21 (21q21q) aprut prin fuziune centric i cum vor fi descendenii unui purttor i(21q)?

3. Ce diferene exist ntre meioza masculin i meioza feminin?4. De ce o persoan care are aceeai inversie pe cromozomii omologi nu produce

gamei neechilibrai genetic?5. Ce anomalie cromozomial v ateptai s gsii mai frecvent printre juctorii de

baschet dect n populaia general?6. Enumerai trei metode de bandare a cromozomilor i precizai ce avantaje

confer fiecare analizei citogenetice.7. Cum putei afla sexul genetic al unei persoane?

Intrebri recapitulative

TOPIC TEST

12. O femeie de 19 ani, cu statur mic, gt scurt, mameloane hipoplazice, ndeprtate,amenoree primar, este diagnosticat citogenetic:A. 47,XX,+18B. 46,XYC. 47,XXYD. 45,X

13. Care dintre urmtoarele sindroame este caracterizat citogenetic 47,xxy?A. Mola hidatiformB. Sindromul Prader WilliC. Sindromul KlinefelterD. Sindromul Angelman

14. Cromozomii 1,3,19 i 20 sunt:A. MetacentriciB. SubmetacentriciC. AcrocentriciD. Telocentrici

15. O persoan cu dou sau mai multe linii celulare rezultate dintr-un singur zigot estenumit citogenetic:A. SindromB. HeterozigotC. SecvenD. Mozaic celular

16. Dac o non-disjuncie afecteaz perechea de cromozomi 21 i are loc n prima divi-ziune meiotic a celulelor gonadale brbteti, se ateapt ca:A. Numrul de gamei normali i aneuploizi s fie egalB. Numrul de gamei nulisomici i disomici s fie egalC. Numrul de gamei disomici s fie mai mare dect gameii nulisomiciD. Raportul dintre gameii normali, disomici i nulisomici s fie 1:2:1

17. Care dintre urmtoarele afirmaii nu este corect pentru meioz?A. ADN-ul se replic dup fiecare diviziune celularB. Fiecare cromozom se asociaz ca bivalent cu perechea sa n meioza primarC. Citokineza are loc dup migrarea cromozomilor la polii opui ai celuleiD. Cromozomii omologi pot face schimburi de segmente cromatidice ntre ei

18. Ce evideniaz benzile C ale cromozomilor?A. Regiuni cromozomiale formate din heterocromatin constitutivB. Regiuni ale cromozomilor active geneticC. CariokinezaD. Regiunile cromozomiale cuprinse ntre centromer i telomere

19. Benzile G sunt benzi cromozomiale:A. Obinute prin FISHB. Obinute prin colorare cu GiemsaC. Caracteristice cromozomilor din grupa G a cariotipului umanD. Obinute prin colorare cu quinacrin

20. Cum se poate vizualiza un defect citogenetic structural?A. Prin analiza direct a genomuluiB. Prin tehnici de bandare a cromozomilorC. Prin inactivarea genomului D. Prin replicarea ARN-ului ribozomal

GENETICA UMAN 51

21. Ipoteza Lyon se refer la:A. Inactivarea cromozomului 21B. Inactivarea unui cromozom XC. Inactivarea centromerilorD. Nondisjuncia cromozomilor omologi

22. Fuziunea centric afecteaz numai cromozomii:A. AcrocentriciB. X i YC. MetacentriciD. X de la femeie

23. Pseudohermafroditismul feminin este caracterizat prin:A. 46,XX i fenotip masculinB. 46,XY i fenotip femininC. 47,XXXD. 46,X,i(Xq)

24. Care dintre urmtoarele defecte nu cauzeaz triploidia?A. DispermiaB. Non-disjunciile meiotice care produc gamei diploiziC. Fuziunea ovulului cu un globul polar i apoi fecundarea cu un spermatozoidD. Translocaia cromozomial

25. Riscul de recuren pentru trisomia 13 crete dac:A. Unul dintre genitori are translocaie 13/15B. Se inactiveaz unul dintre cromozomii 13C. Unul dintre genitori are monosomie 13D. Unul dintre genitori este triploid

T ntrebri la care litera de rspuns corect grupeaz cifrele dup cum urmeaz: A-1,2,3;B-1,3; C-2,4; D-4; i E-1,2,3,4.26. Aneuploidia determin fenotipuri anormale pentru c:

1. indivizii sunt sterili2. afecteaz numai cromozomii sexului3. individul are trei seturi de cromozomi n celul4. dozajul genic este neechilibrat

27. Care dintre urmtoarele afirmaii privitoare la aberaiile cromozomiale este corect?1. aberaiile structurale sunt influenate de vrsta patern naintat2. aberaiile structurale nu apar la brbat3. aberaiile numerice sunt influenate de vrsta matern naintat4. nici una dintre afirmaii nu este corect

28. Care dintre urmtoarele aberaii cromozomiale structurale ar putea produce o modi-ficare nebalansat a materialului genetic al purttorului?1. translocaia robertsonian2. inversia paracentric3. inversia pericentric4. izocromozomul

29. Care dintre urmtoarele trsturi fenotipice nu se regsesc n tabloul clinic al sindro-mului Down?1. brahicefalia2. furca simian

52 CITOGENETIC UMAN

3. risc crescut pentru leucemie4. despictur labio-palatin

30. Un brbat care are trei gonozomi, XXY, este fertil. Ce combinaii ale gonozomilorvom gsi n gameii acestui brbat?1. X2. YY3. XY4. Y

31. Citogenetica studiaz:1. variante cromozomiale2. aberaii cromozomiale numerice3. rearanjamente cromozomiale4. efectele fenotipice ale variantelor cromozomiale

32. ntr-o familie s-au nscut doi biei cu sindrom Klinefelter. Ce aberaii cromozomialear putea avea prinii?1. tatl ar putea avea XYY2. mama ar putea fi 45,X3. mama ar putea fi 47,XXX4. nici una dintre aceste variante

33. Ci corpusculi Barr ne ateptm s gsim n celulele :1. unei femei normale 12. unei femei cu sindrom Turner 03. unei pseudohermafrodite feminine 14. unui pseudohermafrodit masculin 1

34. Cromozomii umani ai sexului, X i Y, se deosebesc citogenetic prin:1. form2. mrime3. model de bandare4. numr de cromatide n timpul meiozei

35. Care dintre urmtoarele evenimente au loc n timpul meioz?1. numrul diploid de cromozomi se reduce la un numr