GENETİK TANI YÖNTEMLERİ
Doç.Dr. Zerrin Yılmaz ÇelikTıbbi Genetik AbD
Amaç;
Bir hastalığın genetik bozukluğa bağlı olup olmadığını
belirlemek.
Olası genetik bozukluğu göstererek hastalığın tanısını
koymak.
Bir sonraki kuşakta tekrarlama riskini belirlemek ve
tekrarlamaması için önlem almak.
ÖNCEKİ BİLDİKLERİNİZ:
GENETİK YAPI NEDİR? NORMAL - NORMAL
VARYANT
ANORMAL
GENETİK BOZUKLUKLARIN YERİ VE SONUÇLARI
(KİŞİSEL, AİLESEL ve TEKRARLAMA RİSKLERİ?)
ÖĞRENECEKLERİNİZ:
TANIDA HANGİ YÖNTEMLER KULLANILIR? YÖNTEM SEÇİMİ
Genetik bilgi hücrede farklı zamanlarda farklı şekillerde
bulunur.
GENETİK HASTALIKLARI
HATIRLAYALIM
TEK GEN BOZUKLUKLARI
KROMOZOM BOZUKLUKLARI
POLİGENİK BOZUKLUKLAR
MİTOKONDRİYEL DNA BOZUKLUKLARI
HASTAYA (DANIŞANA)
YAKLAŞIM
1. GENETİK DANIŞMA
AİLE HİKAYESİ VE PEDİGRİ ANALİZİ YÖNTEM SEÇİMİ
Hastanın yazılı onayının alınması!!Hastanın yazılı onayının alınması!!
2. TANI
KLASİK VE MOLEKÜLER SİTOGENETİK YÖNTEMLER MOLEKÜLER GENETİK YÖNTEMLER
3. GENETİK DANIŞMA
Pedigri; bir ailenin bütün kuşaklarının gösterildiği şematik
bir analiz yöntemidir.
*genetik özelliklerin hastalık oluşumuna etkisi
*kalıtım tipinin belirlenmesi
Otozomal dominant kalıtım
SİTOGENETİK
Kromozomların çeşitli boyama yöntemleri ile
boyanarak morfolojik yapısı ve sayısı bakımından
incelenmesidir.
SİTOGENETİK ÇALIŞMA ENDİKASYONLARI
A. Postnatal endikasyonlar
B. Prenatal endikasyonlar
POSTNATAL TANI ENDİKASYONLARI 1
1.Erken dönemde büyüme ve gelişme bozuklukları
Gelişme geriliği, boy kısalığı
Dismorfik yüz görünümü
Çok sayıda malformasyon
Belirsiz (Ambigius) genitalya
Mental motor retardasyon
Tek neden veya birden fazla neden bir arada olabilir.
2. Ölü doğum ve neonatal ölüm
POSTNATAL TANI ENDİKASYONLARI 2
3. Fertilite problemleri
Amenore
prematür menopoz
İnfertilite
Tekrarlayan gebelik kayıpları
4. Aile öyküsü
Yakın akrabaların birinde bilinen kromozom bozukluğu veya şüphesi.
5. Neoplaziler
PRENATAL TANI ENDİKASYONLARI 1
1. İleri anne yaşı (en sık)
2. Önceki çocukta kromozom bozukluğu
3. Anne- babada kromozomal translokasyon ya
da diğer yapısal ve sayısal bozukluklar
4. Etiyolojisi bilinmeyen mental retardasyon ve/
veya konjenital malformasyon öyküsü
PRENATAL TANI ENDİKASYONLARI 2
5. Reprodüktif öyküde 2 veya daha fazla spontan
abortus ve ölü doğumlar
6. Ultrasonografik taramada anomali saptanması
7. Yüksek maternal tarama testi
KROMOZOM ELDESI
Çekirdekli ve bölünebilen hücreler gerekir.
Alınan materyal uygun koşullarda ve steril olarak laboratuvara gönderilmelidir.
* periferik kan lenfositleri (HEPARİNLİ TÜP/ ENJEKTÖR)
* kemik iliği
* deri fibroblastları (cild biyopsisi)
* solid tümör biyopsisi (TAŞIMA MEDYUMU
* tahliye materyali İÇİNDE)
* koryon villus biyopsisi
* amniyosit hücreleri (STERİL ENJEKTÖRDE)
Hücreler uygun besi yerine (medyum) ekilerek kültür hazırlanır.
Fitohemaglutinin, amino asit ve antibiyotik içeren medyum içinde 72 saat 37°C de bekletilir.
68 - 70. saatte kolşisin eklenir.
Hipotonik (tuz çözeltisi – çoğunlukla KCL)
Fiksatif çözeltisi
(1 Asetik asit; 3 Metanol)
Yayma (soğuk ve nemli lam üzerine)
Boyama Analiz
KROMOZOM BOYAMA (bantlama) YÖNTEMLERİ
Rutin uygulananlar:
• Giemsa Bantlama Yöntemi
• Yüksek rezolusyon bantlama
• Floresan Bantlama Yöntemi
• Revers Bantlama Yöntemi
Özel durumlar için kullanılanlar:
•Sentromerik heterokromatin Bantlama Yöntemi
• Nükleolar Oluşum Bölgesi (NOR) Bantlama Yöntemi
• Kardeş Kromatin Bantlama Yöntemi (SCE)
Giemsa Tripsin bantlama yöntemi, GTG :
Sitogenetik laboratuvarlarında en sık kullanılan yöntemdir.
Kromozomların elde edilen bant özellikleri hem fonksiyonel
hem de yapısal kompozisyonu yansıtmaktadır.
Koyu bantlar genel olarak DNA ları S evresinin geç dönemlerinde replike olan bölgeleri gösterir.
Buralar A+T bazlarınca zengindir, içerdikleri aktif gen sayısı azdır.
Sayısal analiz için en az 20 metafaz, yapısal analiz için en az
5 metafaz değerlendirildikten sonra rapor verilebilir.
450 bant gözlenir,
Işık mikroskobu ile 5-10 Mb kadar olan dengesiz yapısal kromozom bozuklukları saptanabilir.
–
A
1-3
–
B 4-5
–
C 6-12 + X
–
D 13-15
–
E
16-18
–
F 19-20
–
G 21-22 +Y
Yüksek
rezolusyon
bantlama, HRB:
Prometafazda elde edilen kromozomlar incelenir. Bant sayısı 550-850 arasındadır.
Floresans bantlama yöntemi Q bant
Revers bantlama yöntemi R bant
Toplumda %30 oranında kromozom yapısında, tekrarlayan DNA miktarına bağlı ışık mikroskopu ile görülebilecek kadar belirgin farklılıklar bulunabilmektedir.
Bu bölgeler aktif gen içermemektedir.
Buna “heteromorfizm” denmektedir, normal varyant olarak raporda bildirilir.
1.Y kromozomu uzun kol heterokromatin bölgesi 2.Sentromerik heterokromatin (1, 9, 16)
3.Satellit bölgeleri 4.Frajil bölgeler
Sentromerik heterokromatin bantlama (C-Band) 16qh+ 1qh+ N16 N 1
NOR bantlama
Akrosentrik kromozomlardaki polimorfizmlerin gösterilmesinde kullanılır.
DEB
testi
• 24 saatlik rutin lenfosit kültürü sonrasında DEB (diepoksibütan) eklenmesi
• 48 saat daha inkübasyon, 72 saat
sonunda standart çıkarım ve Giemsa boyama sonrasında analiz yapılır. • 50-100 hücrede kırık sayılır.
• % hesaplanır, hastanın normal kültürü ve eş zamanlı yapılan pozitif ve negatif kontrollerle beraber değerlendirilir.
Kardeş kromozomlar arasındaki parça değişiminin artması, toksik ajanlara maruz kalınması ile artar!
Bloom Sendromu >50 E/hc Normal
6-10 E/hc
7 10 t(7;10)(p13;q11.2)
Duplike 1 N1
MOLEKÜLER SİTOGENETİK YÖNTEMLER
1. İN SİTU HİBRİDİZASYON (FISH) 2. FLOW SİTOMETRİ
3. KARŞILAŞTIRMALI GENOMİK HİBRİDİZASYON(CGH) 4. ARRAY CGH
Nükleik asid probları,
komplementer DNA ve RNA ların
hibridizasyon yöntemi ile belirlenmesi için kullanılan
İşaretli dizileridir.
*Radyoizotopik işaretleme
125I, 32P, 35S, 3H işaretlenip X-ray otoradyografi ile saptanır
*Nonizotopik işaretleme
1.Biyotin veya digogsigeninle işaretlenip uygun antikorlarla
saptanır.
2. Floresan işaretleme
kırmızı, mavi, yeşil, sarı floresans veren florokrom maddeler kullanılarak floresan mikroskopta incelenir
FISH yönteminin uygulandığı örnekler;
* Fikse edilmiş kromozomlar
* İnterfaz nukleusu üzerindeki çalışmalar
* Uzatılmış tek zincirli DNA molekülleri * Nukleus ve alt ünitelerinin incelenmesi
* Formalinle fikse edilmiş doku, kan ya da kemik iliği preparatları (parafin blok kesitleri)
Floresan Insitu hibridizasyon (FISH)
1. Kromozom preperatlarının hazırlanması. 2. Probların hazırlanması (işaretleme).
3. İn situ hibridizasyon
A. Prob denaturasyonu ve hibridizasyon karışımı. B. Kromozom denaturasyonu.
C. Hibridizasyon.
Floresan işaretli Prob Çeşitleri:
1. Sentromer probları( satellit DNA tekrar dizisi) 2. Tüm kromozoma ait prob
3. LSI (lokus spesifik) prob
4. Telomerik Problar
Sentromer probları(tekrarlayan DNA dizi probları)
- Kromozomu tanımak
- Interfaz nukleuslarında kromozom anöploidilerini göstermek
CEPX yeşil CEPY turuncu
TRİZOMİ 13
lokusa spesifik prob (LSI) Anöploidi tanısı
LSI 21 (21q22.13-q22.2) (Down Sendromu) Mikrodelesyon tanısı
(del 22q11.2, Di George Sendromu) ish22qdel
Tüm kromozoma ait prob (WCP)
-Translokasyonların gösterilmesi
47,XY,+idic(15)(q10q10) 47,XY,+ mar
FISH Kullanım Alanları :
Klinik sitogenetik
•İnterfaz nukleusunda kromozomal anomaliler • Yapısal kromozomal anomaliler
• Kromozomal anöploidi taramaları
• Preimplantasyon genetik tanı/ tarama • Prenatal tanı
• Kanser sitogenetiği
• Mikrodelesyon sendromları
Gen Haritalanması
*hedef genin kromozomal lokalizasyonunun belirlenmesi
Prenatal Tanı
-Direkt amniyositlerin interfaz nükleuslarının incelenmesi -Amniyosentez veya CVS materyallerinin doku kültürü sonrası incelenmesi
Preimplantasyon Tanı
Embriyo biyopsi materyalinin (Blastomer) incelenmesi.
Kanser sitogenetiği
Örn 9. Kromozomun abl geni ile 22. Kromozomun bcr geni bcr/abl dual color prob ile analiz (Ph kromozomu)
Sitogenetikte avantajları
Kromozom eldesi olmasa da nukleus incelenerek kromozomlar hakkında bilgi edinilebilir.
Analiz için eski preparatlar, aylar yıllar sonra kullanılabilir.
Kısa sürede sonuç verilir, uzun dönem kültür gerektirmez.
Mozaikliğin belirlenmesinde kolaylık sağlar. Marker kromozomların kaynağı belirlenebilir. Kromozomal mikrodelesyon sendromları
dezavantajları
Sadece incelenen kromozom hakkında bilgi sağlar.
Hibridizasyon başarısı düşükse değerlendirmek zor.
Yanlış pozitiflik oranı %10-15
Prob sayısı kısıtlı, aynı anda 5-6 kromozom sayısal
Geliştirilmiş FISH tenikleri
1. Multicolor (M-FISH) 2. Spectral karyotipleme (SKY FISH)
3. Fiber FISH
Vaka sunumu
10 yıllık evli çift kaybettikleri iki çocukta multiple
konjenital anomali nedeniyle yeni gebelik için risklerini öğrenmek için danışıyor,
Kadın 29, erkek 30 yaşında, akraba değiller
Ailede benzer durum yok, pediri analizinde kalıtım
kalıbına uyan veya ailesel geçiş gösterilen bir durum yok
İlk çocuk erkek, 3 yaşında ölmüş: Lisensefali
o El ayak deformitesi
o Solunum güçlüğü
o Mental retardasyon
İkinci çocuk erkek, 1 yaşında ölmüş: Lisensefali
o El ayak deformitesi
öneriler
Multiple konj anomali nedenini açıklayabilir miyiz?
her iki eşten kromozom analizi
Dismorfik bozukluklar ve malformasyonlar açısından
bir sendrom ile ilişki kurabilir miyiz?
Sendrom databazlarında tarama(possum, OMIM vb.),
hasta çocukların yapılan testleri ve bulgularının
46,XX
46, XY
Sonuçların değerlendirilmesi
Sitogenetik analiz sonucu normal
Pediatri konsultasyonu ve sendrom taraması, her iki
çocukta da benzer bulgular var, lisensefali ile giden
sendromlar incelenmeli
o Miller dieker sendromu olabilir
o Bu sendrom LIS 1 genini içeren 17p13 del ile birlikte
Sonuç:
Annede sitogenetik olarak saptanamayan 8q ve 17p arasında
gizli resiprokal translokasyon saptandı.
Bu translokasyona bağlı olarak gelişen dengesiz gametlerin
döllenmesi ile oluşan 17p13 delesyonu ve 8q trizomisi
önceki çocuklarda saptanan bulguları açıklıyor.
Sonraki gebelikler için risk mevcut
öneri
Spontan gebeliklerde Mikrodelesyon sendromuna özgü
prob ile prenatal tanı
Yardımlı üreme teknikleri ile invitro oluşan
embriyoların Mikrodelesyon sendromuna özgü
prob ile incelenerek dengeli embriyonun seçimi sonrası
gebelik planlanması
Komperatif Genomik Hibridizasyon (CGH)
FISH’ den farklı olarak sağlıklı bireylerin metafaz kromozomları üzerine normal ve hasta bireyin hücrelerinden hazırlanan DNA probları kullanılarak hibridizasyon yapılmaktadır.
Bir kaç baz çiftinden 10 Mb’ a kadar DNA parça kayıp ve /veya kazanımlarını saptayabilir.
Uygulama sonucu elde edilen floresan görüntüleri mikroskopla değerlendirilemediği için görüntüler uygun kamera sistemi ile bilgisayarlara aktarılır.
CGH yazılımları ile histogramda normale karşılık hasta hücresinin DNA kayıp ve /veya kazanımları değerlendirilir. Aynı anda tüm kromozomları inceleyebilir.
hasta DNA sı
Delesyon
Delesyon, amplifikasyon gibi dengesiz yapısal anormallikleri saptar. Dengeli yapısal bozuklukları ve mozaikliği saptayamaz.
ARRAY CGH
Klasik CGH den farklı olarak
metafaz plağına değil cam preparat üzerine yerleştirilmiş DNA parçaları
Array CGH kullanım alanları
*Kanser sitogenetiği
*MR da subtelomerik delesyonların belirlenmesi CGH den daha duyarlı (1- 2 Mb)
Aynı anda tüm genom taranır. Dez avantaj:
Dengeli yapısal kromozom bozukluklarını saptayamaz Düşük oranlı mozaikliği saptayamaz
DNA ve RNA molekülünün temel yapısı üzerindeki değişikliklerle veya bu yapının kendisiyle ilgilenir.
Tek gen hastalıkları
Mitokondriyel hastalıklar Üçlü Baz Tekrar hastalıkları
Genomik yapıya ait polimorfizmler (SNP,VNTR,CNV) Metilasyon profilleri
İfadelenme analizleri
MOLEKÜLER GENETİK YÖNTEMLER
DNA
(Gen mutasyonları ve polimorfizmleri)
Hibridizasyona dayalı yöntemler
SOUTHERN BLOTLAMA
Polimeraz Zincir Reaksiyonu (PCR)
MUTASYON ANALİZLERİ
Mikrodizilim (DNA çip)
RNA
(Transkripsiyon izleme yöntemleri)
Hibridizasyona dayalı yöntemler
NORTHERN BLOT
IN-SİTU HBİRİDİZASYON YÖNTEMİ “Reverse Transkriptaz” RT-PCR
Genomik DNA,
çekirdekli hücreler içeren herhangi bir insan doku örneğinden ya da 10ml kadar venöz kandaki lenfositlerden kolayca elde edilebilir. Ayrıca postmortem doku parçaları steril kuru bir tüpe alınarak sıvı azot içersinde aniden dondurulur ve DNA elde etmek üzere -80C de saklanabilir.
Blastomer, saç teli, sperm gibi tek hücrelerden, veya kurumuş kan örneği gibi az miktarda hücreden de DNA eldesi mümkündür.
DNA eldesi için alınan kan ve ki örnekleri EDTA lı tüpe konularak Laboratuvara iletilmelidir.
Elde edilen DNA miktarının belirlenmesi için
spektrofotometre veya jel elektroforez kullanılabilir. Böylece DNA eldesinin başarılı olup olmadığı ve DNA kalitesi belirlenir.
260nm / 280nm : 1.8- 2.0 ise DNA da protein
RESTRİKSİYON ENDONÜKLEAZLAR
Bakteriden elde edilen bu enzimler, DNA yı 4-6 baz
uzunluğunda özgül nükleotid dizilerinden tanıma ve kesme yeteneğine sahiptir.
Bu enzimlerinin bulunması ile DNA dizi analizleri yapılabilmiştir.
Enzimle kesim sonrasında elde edilen DNA parçalarına
Aynı DNA molekülü, belirli bir enzim kullanılarak kesildiğinde her zaman aynı büyüklükte restriksiyon parçaları elde edilir. Kesilen DNA parçalarının büyüklükleri birbirinden farklı
olduğu için agaroz jel elektroforezi kullanılarak birbirlerinden ayırt edilmeleri mümkün olabilmektedir.
Southern Blot
•Genomik DNA nın bir veya daha fazla restriksiyon enzimi ile kesimi
•Agaroz jel elektroforezi ile büyüklüklerine göre ayrımı • DNA’nın nitro sellüloz membrana aktarılması,
•işaretli(radyoaktif maddelerle) probla ibridizasyonu,
•membranın yüksek ısıda kurutulması ve DNA bantlarının immobilizasyonu
DNA parçaları arasında büyüklük farkı nedenleri;
• 50-100 baz çiftlik insersiyon veya delesyon benzeri herhangi bir genomik yeniden düzenlenme
• Restriksiyon kesim noktasında oluşabilecek tek bir baz değişimi sonucunda kesim noktasının ortadan kalkması • Mutasyonla yeni bir kesim noktası oluşumu
Tanı:
Elektroforezle elde edilen bantlar, normalleriyle karşılaştırılarak mutasyonlar saptanır.
H/E N/E
K K
tK K K H E K
Southern Blot ile FMR1 promotör bölgesindeki CpG artışının metilasyon analizi ile gösterilmesi.
Normal DNA EcoR1 enzimi ile kesilirken, Metile DNA Bst Z1 enzimi ile kesilir.
Polimeraz zincir reaksiyonu (PCR); 1985 Kary Mullis DNA replikasyonu in-vitro koşullarda yapılır
DNA çift zinciri yüksek ısı (95 C) ile birbirinden ayrılır (denaturasyon),
sentetik oligonükleotidler hedef DNA’ya bağlanır 55-60C (hibridizasyon)
ve zincir uzar (polimerizasyon, çift iplikli DNA sentezi) 72-76 C
Denaturasyon, hibridizasyon ve DNA sentezi
bir siklusu oluşturur
.PCR REAKSİYONU
1. DNA örneği, genellikle genomik DNA(25-50ng)
2. Çoğaltılacak olan bölgeyi sağdan ve soldan çevreleyen bir çift sentetik primer
3. dNTP’ler (dinükleotid trifosfatlar; A,T,G,C) 4. Isıya dayanıklı DNA – polimeraz enzimi
5. Uygun pH ve iyon koşulları(Mg+2) sağlayan tampon karışımı
PCR KULLANIM ALANLARI
1. Kalıtsal hastalıklarda taşıyıcı ve hastanın tanısı 2. Restriksiyon parçalarının uzunluk polimorfizmi 3. Prenatal /Preimplantasyon(PGD) genetik tanı 4. Adli tıp (DNA parmak izi)
5. Onkogenezis
6. Prob sentezi, klonlama ve gen ekspresyonu 7. DNA dizi analizi
PCR
Genin varlığını ya da yokluğunu gösterebilir Nokta mutasyonları, üçlü tekrar artışlarını tanır Gen delesyon veya insersiyonlarını tanır
Gen ifadelenmesi incelenebilir
Gen dozajını belirleyebilir (real time PCR) Bilinen mutasyonların tanısında kullanılabilir
Aynı anda birden fazla gen incelenmesi için geliştirilmiş teknikler gereklidir.
MLPA
Quantitative Fluorescent PCR (QF PCR) Real Time PCR (RT PCR)
-k
m h +k h hh +k m
Quantitative Fluorescent PCR ( Q-F PCR)
13, 18, 21, X ve Y kromozomları üzerindeki mikrosatellit
(değişken sayıda tandem tekrarlayan dinükleotidler, AC-GT gibi) kullanılarak allel dozajı belirlenir.
Yapısal anormallikleri gösteremez Düşük oranlı mozaikliği gösteremez
DNA Parmak izi
Adli Tıp uygulamaları, kriminal/ babalık testi
Değişken büyüklükte tekrarlayan DNA dizileri (10-15 bç),
1970, Fred Sanger
Moleküler tanıda altın standart Dideoksinukleotidler kullanılır.
Otomatik DNA dizi analizi,
Nukleotidler Floresan boyalarla boyanarak Sonuçları bilgisayarda analiz edilir.
Genin içerdiği tüm mutasyonlar taranabilir. Sadece dizisi bilinen genleri tarayabilir.
DNA mikrodizilim “Mikroarray”
Hem normal hem de bilinen ya da olması muhtemel tek
nükleotid değişikliklerini içeren 20-25bç lik oligonükleotidler bir çip üzerine yerleştirilmiştir.
PCR ile çoğaltılan DNA, mutasyon analizi için Floresan boyalarla işaretlenerek, mikroarray deki oligonükleotidlerle hibridize
edilir.
• Adli Tıp
• İnsan genom araştırmaları • Kişisel tıp
• Dizi analizi
• Tek nükleotid polimorfizmi (SNPs) • Sitogenetik
“Mikrodizilim” teknolojisinin uygulama
alanları
RNA ELDESİ
Bir genin varlığını bilmek, onun fonksiyonel olduğunu göstermez fonsiyonu göstermek için transkripsiyonu incelenmelidir.
DNA mRNA cDNA
Taze doku örnekleri
Northen Blotlama
İlgilenilen dokudan elde edilen mRNA lar kalıp olarak kullanılmaktadır.
*mRNA agaroz jelde yürütülür *filtreye aktarılır
*işaretli prob ile hibridize edillir
*İlgilenilen dokuda hedef genin ifadelenip İfadelenmediği, *İfadelenme düzeyleri
*Hedef gende olan/olması muhtemel mutasyonlar sonucunda oluşan mRNA daki büyüklük farklılıkları
Graphics Gallery Index
About Biotech Index
Reverse Transkriptaz-PCR
RNA cDNA PCR
Cam veya naylon yüzeyler üzerine kısa ve RNA sentezinde hücrenin kullandığı hedef diziler dizilidir.
İncelenecek örnekten mRNA elde edilir ve RT ile cDNA’ya çevrilir, radyoaktif veya floresan molekül ile işaretlenir.
Örnekler çip ile hibridize edilir.
Bağlantı analizi
Rekombinant DNA teknolojisi ve hücresel klonlama