Cytogenetika

Anomálie chromozomů

Chromozomy podléhají občasným změnám, které se, pokud nastanou v pohlavních buňkách, mohou přenést do další generace. Anomálie chromozomů (chromozomální aberace) mohou být numerické anebo strukturální. Numerické anomálie mohou postihnout buď celou sadu chromozomů (ploidie) anebo jen některý z chromozomů (aneuploidie). To znamená, pokud je každý chromozom přítomen 3-krát, jedná se o triplodii, v případě 4-násobné dávky chromozomální sady hovoříme o tetraploidii. Triplodie i tetraploidie nejsou u člověka slučitelné se životem a často se vyskytují u spontánních potratů v I. trimestru gravidity.

Změna počtu jednoho chromozomu se nazývá aneuploidie. Chybění chromozomu (monozomie) je, s výjimkou pohlavních chromozomů X a Y, tak závažným zásahem v genomu člověka, že vede k neschopnosti dalšího vývoje embryí a implantace do dělohy. Monozomie chromozomu X (Turnerův syndrom) se vyskytuje u spontánních potratů i novorozenců (viz blok cytogenetika) a absence chromozomu Y se vyskytuje u mužů s poruchami reprodukce. Nadpočetný chromozom (trizomie – přítomnost 3 kopií konkrétního chromozomu místo 2) je obecně z genetického hlediska lépe tolerován. Trizomie chromozomů se vyskytují v ranných embryích, spontánních potratech a u postižených novorozenců, dětí i dospělých lidí. Např. trizomie chromozomu 16 není slučitelná se životem a vyskytuje se jen u spontánních potratů, trizomie chromozomu 21 je Downův syndrom s charakteristickým fenotypem a postižením intelektu. Ženy s trizomií chromozomu X nemají omezenou plodnost, přičemž jejich chromozomální anomálie může zůstat i neodhalena.

Strukturální aberace postihují jen část jednoho anebo více chromozomů. Výsledkem strukturálních změn je buď absence části chromozomu nebo nadbytek jeho části anebo jeho nové organizační uspořádání.

Chromozomální aberace jsou významným selekčním faktorem v reprodukci člověka. Jsou přítomny přibližně u 10% spermií a 25% zralých vajíček. 15 – 20% klinicky rozpoznaných těhotenství končí v podobě spontánních potratů. Přibližně polovina spontánních potratů nese chromozomální anomálii. Na základě těchto údajů se předpokládá, že mnohem víc zygot (oplozených vajíček) a včasných embryí se nevyvíjí a nejsou schopny přežití první dny a týdny po oplození, protože nesou závažnou chromozomální změnu. Frekvence chromozomálních anomálií od oplození vajíčka směrem k porodu klesá a u novorozenců dosahuje 0,5 – 1%. U mužů a žen s poruchami reprodukce je jejich frekvence 5 – 10-násobně vyšší, přičemž u mužů s nejtěžšími poruchami plodnosti dosahuje až 15%.

V další části uvádíme numerické a strukturální anomálie chromozomů, které se nejčastěji vyskytují v souvislosti s poruchami reprodukce.

Numerické anomálie chromozomů a infertilita

Klinefelterův syndrom – 47,XXY

U mužů s Klinefelterovým syndromem je v karyotypu přítomen nadpočetný chromozom X (47,XXY místo 46,XY) – obr. 1. Syndrom se vyskytuje s frekvencí 1:1000 novorozených chlapců a je najčastěji diagnostikovanou chromozomální anomálií u mužů - azoospermiků (absence spermií v ejakulátu). Anomálii charakterizuje triáda klinických příznaků: malé varlata, gynekomastie (zvětšená prsa) a azoospermie s neplodností. U pacientů s0160Klinefelterovým syndromem mohou být přítomny i další anomálie – např. kryptorchismus (nesestoupení varlat), hypospádie (rozštěp penisu), častěji se vyskytují tromboembólie, osteoporóza, některé maligní onemocnění a u některých pacientů bylo zjištěno snížení intelektu. Přibližně 15% mužů s Klinefelterovým syndromem má kromě linie 47,XXY přítomnou i buněčnou linii s normálním karyotypem a jejich klinické příznaky jsou mírnější (mozaiková forma syndromu). U někteřých z nich existuje možnost mít vlastní potomstvo použitím metod asistované reprodukce.

Přítomnost více než dvou pohlavních chromozomů X, tj. karyotyp 48,XXXY nebo 49,XXXXY – u mužů s Klinefelterovým syndromem bývá zřídkavým nálezem. Jejich klinické příznaky se podobají na anomálie popsané u0160pacientů s karyotypem 47,XXY.

(obr. 1) - Karyotyp 47,XXY u muže s Klinefelterovým syndromem, který byl vyšetřen pro azoospermii

Syndrom 47,XYY

Muži s nadpočetním chromozomem Y (obr. 2) mají normální fenotyp a0160robustní postavu. Frekvence výskytu syndromu je 1:1000 novorozených chlapců, u mužů s těžkou poruchou spermatogeneze se vyskytuje v 0,1 – 0,2% případů. Plodnost pacientů se syndromem nadpočetného chromozomu Y je variabilní – od nezměněné u většiny osob až po infertilitu z důvodů azoospermie. Riziko narození dětí s chromozomální aberací je jen minimálně zvýšeno, protože nadpočetný chromozom Y je v0160průběhu spermatogeneze pravděpodobně eliminován.

obr. 2) - Karyotyp 47,XYY u muže s infertilitou

Karyotyp 47,XXX

Chromozomální anomálie s nadpočetním chromozomem X (karyotyp 47,XXX) se vyskytuje asi u 0,1% žen. Ženy s touto chromozomální anomálií mají obvykle normální fenotyp, ale zpravidla lehkou mentální retardaci. Jejich reprodukční schopnosti nejsou omezeny, ale existuje zvýšené riziko narození dítěte s aneuploidií chromozomu X (chybějící nebo nadpočetný chromozom X).

Ženy s více než třemi chromozomy (karyotyp 48,XXXX nebo 49,XXXXX) mají závažnější postižení intelektu, přičemž stupeň mentální retardace se přímo vztahuje k počtu nadpočetných pohlavních chromozomů X.

Turnerův syndrom - 45,X

Chromozomální anomálie s chybějícím chromozomem X se vyskytuje relativně často s frekvencí 1:5000 – 10 000 u novorozenců ženského pohlaví. U většiny pacientek je v novorozeneckém věku jako přechodný znak přítomen lymfedém (otok) krku a nožiček. Klinický obraz charakterizuje nízká postava (do 150 cm) a hypoplasie vnitřních pohlavních orgánů, důsledkem které je primární amenorrhoea (nenastoupení menstruace) a0160nevyvinutá prsa. Typickým nálezem je široký štítovitý hrudník, krátký krk s kožní řasou a s nízkou hranicí vlasů, často se vyskytují vývojové anomálie srdeční aorty a ledvin. Jako komplikace se mohou vyskytovat nádorová onemocnění. Klinický obraz pacientek s Turnerovým syndromem je variabilní v závislosti na přítomnosti další linie s normálním karyotypem.

Včas zahájená substituční léčba pacientek s Turnerovým syndromem snižuje růstový deficit a navozuje pubertu. Nové metody asistované reprodukce otvírají možnost dosažení gravidity i takto postiženým ženám s darovanými vajíčky.

Strukturální anomálie chromozomů a infertilita

Delece

Delece je název pro ztrátu části chromozómu. Na obr. 3 je schematicky znázorněn původní chromozom (vlevo) a vedle něho chromozom s delecí (vpravo). Místo zlomu je vyznačené šipkou.

(obr. 3) - Schéma delece chromozomu

 

Chybějící část může být viditelná ve světelném mikroskopu na proužkovaných chromozómech nebo může být tak malá, že není viditelná pouhým okem (mikrodelece). Přítomnost mikrodelece předpokládáme podle souboru klinických příznaků, které jsou typické pro daný typ mikrodelece. Delece - nepřítomnost genetické informace se vždy projeví na jejím nositeli. U některých žen s předčasnou menopauzou byly zjištěny drobné delece na chromozomu X a u některých mužů s těžkými poruchami spermatogeneze delece části anebo celého dlouhého ramene chromozomu Y (obr. 4).

(obr. 4) - Delece dlouhého ramene chromozomu Y

Duplikace

Duplikace představuje zdvojení části chromozomu. Jedinec s touto chromozomální změnou má 3 kopie genů ležících v příslušné duplikované oblasti – 1 kopii na normálním chromozomu a 2 kopie na duplikovaném chromozomu, což vede k jeho fyzickému a mentálnímu postižení.

Na obr. 5 je schéma normálního chromozomu (vlevo) a chromozomu s0160duplikací (vpravo). Duplikovaná oblast je vyznačená šipkou.

(obr. 5) - Schéma duplikace chromozomu

Ring chromozom

Ring chromozom vzniká uzavřením lineárního chromozomu do kruhu. Přitom může dojít ke zlomům a delecím koncových častí chromozomu (deleční typ ring chromozomu) nebo konce chromozomu se vzájemně k sobě přiblíží – asociují a spojí se do kruhové struktury bez ztráty chromozomového materiálu (asociační typ ring chromozomu). Při delečním typu v důsledku ztráty genetického materiálu je fyzické i mentální postižení jedince závažnější v porovnání s asociačním typem. Protože se ring chromozom chová v době dělení buněk jako nestabilní struktura, některé buňky mohou mít různý počet kopií normálního – lineárního chromozomu a kruhového - ring chromozomu.

Na obr. 6 je znázorněné schéma lineárního (vlevo) a ring chromozomu (vpravo).

(obr. 6) - Schéma lineárního a ring chromozomu

U infertilních žen se může vyskytovat jeden chromozom X v kruhové formě (obr. 7), u mužů byl nalezen ring chromozom Y.

(obr. 7) - Ring chromozom X, který byl jako nadpočetný chromozom X zjištěn u ženy s nepravidelnou menstruací. (Chybění chromozomů 2 a 18 je arteficiální.)

Reciproční translokace

Reciproká translokace představuje výměnu segmentů mezi dvěma chromozomy. Na obr. 8 je schematicky znázorněná vyvážená (balancovaná) translokace mezi dvěma chromozomy – normální chromozomy A a B (vlevo) a chromozomy, které vznikly po reciproční výměně úseků (vpravo). Reciproká translokace může být vyvážená (balancovaná) – jde o rovnovážný stav, kdy si chromozómy vymění úseky mezi sebou a nedojde ke ztrátě (deleci) genetického materiálu (obr. 9). Při nebalancovaném typu nastává delece části chromozomu, čímž vzniká nerovnovážný stav vedoucí k0160fyzickému a mentálnímu postižení nositele.

(obr. 8) - Schéma reciproké translokace chromozomů

(obr. 9) - Balancovaná reciproká translokace mezi chromozomy 5 a 6 (znázorněny šipkami), která byla diagnostikována u ženy s opakovanými spontánními aborty.

Muž nebo žena nesoucí ve svém karyotypu balancovanou translokaci (nositel) není fyzicky postižen/-a, ale tvoří 4 typy geneticky rozdílných pohlavních buněk. Po oplodnění pohlavní buňky nositele translokace pohlavní buňkou partnera/partnerky s normálním karyotypem tak vznikají 4 typy embryí (obr. 10). První dva typy – embrya s normálním karyotypem a embrya s balancovanou translokací stejnou jako má rodič vedou k narození normálního, zdravého dítěte. Při dalších 2 typech vznikají embrya s nebalancovaným karyotypem, co může být příčinou, že nedochází k jejich implantaci nebo vedou ke spontánním potratům či narození postižených dětí. U mužů – nositelů balancované translokace často dochází k poruchám plodnosti – oligospermii až azoospermii (nízký počet až absence spermií v ejakulátu).

(obr. 10) - Schéma reciproké translokace chromozomů

Robertsonská translokace

Robertsonská translokace je specifickým typem translokace mezi dvěma akrocentrickými chromozomy – při jejím vzniku se oba chromozomy lámou v centromerické oblasti, jejich dlouhá ramena se vzájemně spojí do jednoho celku a krátká ramena se ztrácejí (obr. 11).

(obr. 11) - Schéma Robertsonské translokace

Nejčastějším typem Robertsonské translokace vyskytujícím se u člověka je translokace mezi chromozomy 13 a 14. Nositel Robertsonské translokace má 45 chromozomů a je bez fyzického či mentálního postižení.

Vliv Robertsonské translokace na reprodukční schopnosti člověka jsou různé – v některých případech není omezena plodnost jejího nositele, u mužů může dojít ke snížení kvality až k zastavení spermatogeneze (obr. 12). V reprodukční historii ženy – nositelky tohoto typu translokace se mohou vyskytovat opakované spontánní potraty a porody mrtvých nebo živých postižených dětí.

(obr. 12) - Karyotyp muže s oligospermií a s Robertsonskou translokací mezi chromozomy 13 a 14

Nositel Robertsonské translokace tvoří nebalancované pohlavní buňky s teoretickým rizikem, že 1/3 potomků bude zdravá s normálním karyotypem, 1/3 budou zdraví přenašeči stejné translokace jako rodič a 1/3 potomků bude mít nebalancovaný karyotyp, tedy bude postižená (spontánní potraty, živě nebo mrtvě rozené postižené děti) - obr. 13.

(obr. 13) - Schéma přenosu Robertsonské translokace z rodiče na potomky

Inverze

Při inverzi nastává otočení úseku chromozomu o 180° tak, že tento úsek se včlení zpět do mateřského chromozomu (obr. 14). Výsledkem je změněný sled genů v porovnání s jejich původním pořadím v mateřském chromozómu.

(obr. 14) - Schéma inverze chromozomu

Pro nositele obvykle nemají inverze vliv na jejich genotyp. Při dělení pohlavních buněk dochází k vzájemné výměne částí párových chromozomů, což v případě inverze může mít za následek ztrátu nebo nadbytek genetického materiálu. Nositel inverze má proto zvýšené riziko reprodukčních ztrát (spontánní potraty, mrtvě narozené děti, děti narozené s fyzickým postižením a postižením intelektu).

Inverze chromozomů se vyskytují jen vzácně, výjimkou je inverze chromozomu 9 v oblasti p11-q13, která je považována za fyziologickou variantu.