مواضيع المحاضرة: Genetic
background image

Genetics  

     

Lecture 4  -  

Dec. 21

st

 . 2015 


background image

Numerical abnormalities 

• 

Haploid; chromosome count is 23 i.e n 

 Diploid; Normal chromosome count is 46 i.e 2n 

 Polyploid; Chromosomal No.  such as 3n & 4n 

 Aneuploid;  Any number which is not an exact  

   multiple of n (2n + 1, 2n + 3). 


background image

Trisomy (2n+1)    
&      
Monosomy (2n-1).
 


background image

The chief cause of aneuploidy is non disjunction of a homologous 
pair of chromosome at first meiotic division or failure of chromatids 
to separate during the second meiosis. 

When non disjunction occurs at time of meiosis, the gametes formed 

have either extrachromosome (n+1) or 1 less chromosome (n-1),  

then fertilization lead to either trisomy (2n+1) or monosomy (2n-1). 

Monosomy involving an autosome is incompatible with life, while 

monosomy involving sex chromosomes is compatible with life. 

 

 

 

 

 


background image

 Mosaicism

the presence of 2 or more populations of 

cells in the same individual, mosaicism affecting sex 
chromosomes is common while autosomal is not. 

 


background image

background image

Mosaicism

 


background image

Mosaicism

 


background image

background image

Structural abnormalities: 

• Involve breakage of the chromosome & then 

rearrangement,  

• patterns of rearrangement as follows: 

 


background image

1. Translocation 


background image

1- Translocation: transfer of a part of one 
chromosome to another chromosome, the 
process usually reciprocal ( i.e fragment 
exchanged between chromosome) 

 

 


background image

 Translocation 

• Philadelphia (Ph) 

chromosome  

•  t (9,22) 
• CML 
• ABL & BCR  

are normal genes  
on ch 9 & 22, 

 respectively

.  

 


background image

• Philadelphia chromosome (Ph): The chromosome 

abnormality that causes chronic myeloid leukemia 
(CML). Abbreviated as the Ph chromosome 

• The Ph chromosome is an abnormally short 

chromosome 22 that is one of the two chromosomes 
involved in a translocation (an exchange of material) 
with chromosome 9. This translocation takes place in a 
single bone marrow cell and, through the process of 
clonal expansion (the production of many cells from 
this one mutant cell), it gives rise to the leukemia. 
 
 


background image

Philadelphia (Ph) chromosome  

 

• The ABL gene encodes a tyrosine kinase 

enzyme.  

• In the formation of the Ph translocation, two 

fusion genes are generated: BCR-ABL on the 
Ph chromosome. 

• The BCR-ABL gene encodes a protein with 

uncontrolled tyrosine kinase activity.  

• The BCR-ABL oncoprotein is the unique cause 

of CML.  


background image

• 2- Deletion: 

• Involve loss of a portion of a chromosome, 

single break may delete a terminal segment. 

• 2 interstitial breaks may result in loss of 

intermediate segment. 

 


background image

Deletion 

loss of a portion of a chromosome

 


background image

3. Inversion 


background image

Inversion: occur when there are 2 interstitial 
breaks in a chromosome & the segment reunites 
after a complete turnaround. 

 

 


background image

4. Ring chromosome 


background image

• Ring chromosome: is a variant of deletion, 

after loss of segments from each end of the 
chromosome, the arms uniting to form ring. 
 


background image

Isochromosomes 

centromere divides horizontally 


background image

Chromosomal disorders may be associated with 

absence (deletion or monosomy), excess (trisomy), 

or abnormal rearrangement (translocation). 

 

* In general loss of chromosomal material produces 

more severe defects than does gain of 

chromosomal material. 

 


background image

Imbalances of sex chromosome (excess or 

loss) are tolerated much better than are similar 

imbalance of autosomes. 


background image

Cytogenic disorders involving 

autosomes: 

• Trisomy 21 (Down 

syndrome): 

• chromosomal count is 47,  
• meiotic non disjunction 

in the ovum,  

• the parents are normal 

but maternal age is 
important, in women 
more than 

45---1:25 birth

 

Mother’s age  

Chances of having 
child with Down 
syndrome
 

20 

1 in 1,600 

25 

1 in 1,300 

30 

1 in 1,000 

35 

1 in 365 

40 

1 in 90 

45 

1 in 30 


background image

• t was first described in 1866 and is named 

after John Langdon Down 
 


background image

 Clinical features: 

1- 

Mental retardation. 

2- Epicanthic folds &flat facial profile. 

3- Abundant neck skin. 

4- Simian creases. 

5- Congenital heart defects  

           It is the principle cause of death  

           in addition to serious infection. 

6- Umbilical hernia. 

7- Intestinal stenosis. 

8- Hypotonia. 

9- Gab between first &second toe. 

10- Predisposition to leukemia. 

 

 


background image

background image

• In 4%, the extrachromosomal material is translocation of 

long arm of chromosome 21 to 22 or 14. 

• 1% is mosaicism with mixture of 46 &47 chromosome. 


background image

background image

 

Trisomy 13 (Patau syndrome): 


background image

Trisomy 13 (Patau syndrome): 

1- Microcephaly &mental retardation. 

2- Microphthalmia. 

3- Cleft lips &palate. 

4- Cardiac defects. 

5- Umbilical hernia. 

6- Renal defects. 

7- Polydactyly. 

8- Rocker-bottom feet. 

 

 


background image

Disorders involving sex chromosomes 

 

• 1- inactivation of one of the two X chromosome early 

in fetal life & called Bar body. 

• 2- Scant amount of genetic information carried by Y 

chromosome. 

 
• Extra Y chromosome readily tolerated because the 

only information carried by it is related to male 
differentiation. 

 


background image

Disorders involving sex chromosomes 

Klinefilter syndrome (47,XXY) 

• Karyotype: 47,XXY 
• Causes: 
• * Advanced maternal age. 
• * History of irradiation of either parent. 
• #1 cause of male infertility 
• L----O----N----G legs, hypogonadism. 
•  Serum testosterone decrease 
•  failure of male 2ry sexual characteristics  development 

(Reduced facial &body hair ) 

•  Gynecomastia 
• NO retardation unless more X’s 

 
 

 


background image

Klinefilter syndrome 


background image

• Histologically:  
• Hyalinization of tubules (appear ghost like),  in 

contrast lyedig cells are prominent. 

Klinefilter syndrome 


background image

XYY males:  

• Due to non disjunction at the second meiotic 

division, most are phenotypically normal, but 
taller than usual also with antisocial behavior. 
 


background image

XYY males 


background image

TURNER (XO) 

• 45, X  is the “proper” designation 
• Mosaics common 
• Often, the WHOLE chromosome is not missing, but just 

part 

• NECK “WEBBING” 
• EDEMA of HAND DORSUM 
• CONGENITAL HEART DEFECTS 


background image

Turner syndrome  


background image

Turner syndrome  

• Monosomy of X chromosome. 45 XO  
• hypogonadism in phenotypic female 
• Short stature. 
• Failure of development of 2ry sexual characteristics. 
• Low posterior hair line. 
• Cubitus vulgus (increase in carrying angle of the 

arms). 

• Shield like chest with widely spaced nipples 
• Variaty of congenital malformation e.g horseshoe 

kidney, coarctation of aorta, CONGENITAL HEART 

DEFECTS 

• NECK “WEBBING” 

 


background image

• Genitalia remain infantile (little pubic hair, 

primary amenorrhea. 

• Ovaries fibrosed which is devoid of follicles. 
• Low estrogen decrease  
• increase pituitary gonadotrophins

 

Turner syndrome  


background image

Genomic instability in cancer 


background image

Normal Regulatory Genes 

• Four classes of normal regulatory genes— 
• The growth-promoting 

protooncogenes

,  

• The growth-inhibiting 

tumor suppressor genes

• Genes that regulate programmed cell death (

apoptosis

),  

• Genes involved in 

DNA repair

—are the principal targets 

of genetic damage.  


background image

Normal regulatory genes 

• Mutant alleles of protooncogenes are considered dominant.  
• Tumor suppressor genes, referred to as recessive genes.  
• There are exceptions to this rule. 


background image

Familial cancer 

• An inherited genetic mutation predispose individuals 

to cancers and may cause early age onset cancers. 

• Development of multiple primary tumors.

 

•  Many are caused by mutations in Tumor suppressor 

genes 

• Other genes affected are DNA repair genes, 

Oncogenes.

 

• Common examples of inherited cancer syndromes are 

breast - ovarian cancer, colon ca.  

• 5 to 10% of all cancers. 


background image

F.I.S.H.  

greatly enhances G-banding 

• F

luorescent 

I

n-

S

itu 

H

ybridization 

• Uses fluorescent labelled 

DNA fragments, ~10,000 
base pairs, to bind (or not 
bind) to its complement 


background image

• Awesome research technique, used rarely in 

everyday pathology too, fluorescently “labels” 
pieces of DNA which connect to the 
corresponding strand during DNA replication. 
In situ hybridization (ISH) is a type 
of 

hybridization

 that uses a 

labeled 

complementary DNA

 or 

RNA

 strand 

(i.e., 

probe

) to localize a specific DNA or RNA 

sequence in a portion or section of 

tissue

 (

in 

situ

) 

 


background image

FISH 

• SUBTLE MICRODELETIONS 
• COMPLEX TRANSLOCATIONS 
• AND TELOMERE ALTERATIONS 


background image

• FISH is POWERFULLY more sensitive, accurate, 

and specific, than G-banding. 

 


background image

SPECTRAL KARYOTYPING 


background image

• This technique is used to identify structural 

chromosome aberrations in cancer cells and 
other disease conditions when Giemsa 
banding or other techniques are not accurate 
enough. Each chromosome has a different 
color, sort of, although some of this id digital 
false color techniques, much in the same way, 
electron microscopy can generate “false” 
colors. 

 


background image

 

Diseases caused by mutation in mitochondrial 

genes  

• Mitochondria contain several genes encodes for enzymes of 

oxidative phosphorylation, usually the ovum contain the large 
part of mitochondria, so the inheritance of mitochondrial 
gene is maternal. 

• Disease caused by mitochondrial genes are rare 


background image

 

Diseases associated with genomic imprinting

: 

• All humans inherit two copies of each gene, carried on 

homologous maternal & paternal chromosomes & there is no 
difference between normal homologous genes. 

• But now functional difference exists between maternal 

&paternal genes is called genomic imprinting. 

 


background image

Chromosome 22q11.2  

Deletion Syndrome 

• Because of a DELETION, this cannot be detected by 

standard karyotyping and needs FISH 

• Cardiac defects,  DiGeorge syndrome, velocardiofacial, 

CATCH* 


background image

• 22q11.2 deletion syndrome, also known 

as DiGeorge Syndrome, Velocardiofacial 

Syndrome, conotruncal anomaly face syndrome, 

Congenital Thymic Aplasia, Strong Syndrome, 

Thymic hypoplasia, and DiGeorge anomaly. It 

also has the mnemonic C-A-T-C-H, for : 

• Cardiac Abnormality (especially Fallot's Tetralogy) 

Abnormal 

facies

 

Thymic aplasia 

Cleft palate 

Hypocalcemia 
 


background image

SEX CHROMOSOME DISORDERS 

• Problems related to sexual development and 

fertility 

• Discovered at time of puberty 
• Retardation related to the number of X 

chromosomes 

• If you have at least ONE “Y” chromosome, 

you are male 


background image

• Sexuality can be defined in many ways, having 

at least ONE “Y” chromosome is a good 
definition of being male. 

 


background image

HERMAPHRODITES 

• GENETIC SEX is determined by the PRESENCE or  

ABSENCE of a “Y” chromosome, but there is also, 
GONADAL (phenotypic), and DUCTAL sex 

• TRUE HERMAPHRODITE: OVARIES AND TESTES, often 

on opposite sides 
 

• PSEUDO-HERMAPHRODITE:  

– MALE: TESTES with female characteristics (Y-) 
– FEMALE: OVARIES with male characteristics (XX) 


background image

• “Pseudo”-hermaphrodites are MUCH more 

common that TRUE hermaphrodites. 

 


background image

MOLECULAR DX by DNA PROBES 

• BIRTH DEFECTS, PRE- or POST- NATAL 
• TUMOR CELLS 
• CLASSIFICATIONS of TUMORS 
• IDENTIFICATION of PATHOGENS 
• DONOR COMPATIBILITY 
• PATERNITY 
• FORENSIC 


background image

• My #1 peeve, is people who identify 

pathology with forensic pathology. It shows 
they have been watching WAY too much TV. 

 


background image

Genetic analysis: 

In general, genetic testing can be divided into 
prenatal and postnatal analysis. 
 It may involve  
• Karyotype analysis 
•  FISH,  
• Molecular diagnostics (PCR), or  
• a combination of these techniques. 

 


background image

Karyotype preparation & analysis: 

• Cells (from blood, amniotic fluid, etc) are grown 

in vitro (in a cell culture dish) to increase their 

number 

• Cell division is then arrested in metaphase with 

colchicine (prevents mitotic spindle from 

forming)  

• Cells are centrifuged and lysed to release 

chromosomes 

• Chromosomes are stained with Geimsa stain, 

photographed, and grouped by size and banding 

patterns  
 


background image

background image

• Limitations of karyotype analysis: 
• * Resolution of this technique is fairly low 
• * It is applicable only to cells that are dividing 

or can be induced to divide in vitro. 
 


background image

FISH Flourescence insitu hybridization 

• FISH utilizes DNA probes that recognize 

sequences specific to chromosomal regions. 

• The probe binds to its complementary 

sequence on the chromosome and thus labels 

the specific chromosomal region that can be 

visualized under a fluorescent microscope. 

 


background image

background image

Polymerase chain reaction PCR: 

• Many genetic diseases are caused by 

alterations at the nucleotide level (i.e., 

mutations) that cannot be detected by FISH 

 


background image

PCR, involves amplification of DNA, is used in 

molecular diagnosis. 

 

If RNA is used as the substrate, it is first reverse transcribed to 

obtain cDNA and then amplified by PCR. This method is often 

abbreviated as RT-PCR. One prerequisite for direct detection is 

that the sequence of the normal gene must be known. 


background image

• Advantages over other techniques: 

• * It is remarkably sensitive. 

• * The use of polymerase chain reaction (PCR) 

allows several million-fold amplification of 

DNA or RNA, making it possible to utilize as 

few as 1 or 100 cells for analysis. A few drops 

of blood or a piece of biopsy tissue can supply 

sufficient DNA for PCR amplification. 
 


background image

Methods of prenatal screening 

• Amniocentesis 

• Chorionic Villus biopsy 

• Cord blood  

• Ultrasound Sonography 

• Maternal Blood Test 

 


background image

Amniocentesis

 


background image

Indications for genetic analysis 

Prenatal genetic analysis: 

• It can be performed on cells obtained by 

amniocentesis, on chorionic villus biopsy, or 

umbilical cord blood

 


background image

• A mother of advanced 

age

 (>34 years), 

because of greater risk of trisomies 

• A parent with a previous child with a 

chromosomal abnormality 

• A parent who is a 

carrier

 of an X-linked genetic 

disorder (to determine fetal sex).  


background image

Postnatal genetic testing 

• Postnatal genetic analysis is usually performed 

on peripheral blood lymphocytes 

• Multiple congenital anomalies in family. 
• Unexplained mental retardation. 
• Suspected sex chromosome abnormality 
• Infertility 
• Multiple spontaneous abortions.  


background image

KARYOTYPING 

• Defined as the study of CHROMOSOMES 
• 46 = (22x2) + X + Y 
• Conventional notation is “46,XY” or 

“46,XX” 

• Giemsa-banding, 500 bands per haploid 

recognizable 

• Short (“p”-etit) arm = p, 
• long arm = q 

 

 


background image

• The Giemsa stain, named after Gustav Giemsa, 

is a VERY common stain in pathology, often 
used to identify organisms in cells such as 
malaria and helicobacter, and MANY other 
things such as parts of cells and connective 
tissue. It is a VERY simple stain to do. 

 


background image

G-banded 

karyotype

 .  Shown is the banding pattern with nomenclature of 

arms, 

regions, bands, and sub-bands. 




رفعت المحاضرة من قبل: Muqdad A Younis
المشاهدات: لقد قام 4 أعضاء و 93 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل