КАРИОТИП: ЗА КАКВО Е, ТИПОВЕ, КАК СЕ ПРАВИ, ПРОМЕНИ - БИОЛОГИЯ - 2025

В кариотипа е снимка на пълния набор от хромозоми в метафаза, че детайли аспекти на техния брой и структура. Клонът на медицинските и биологичните науки, който се занимава с изучаване на хромозоми и свързани заболявания, е известен като цитогенетика.

Хромозомите са структурите, в които се организират гените, съдържащи се в молекулите на дезоксирибонуклеиновата киселина (ДНК). В еукариотите те са съставени от хроматин, комплекс от хистонови протеини и ДНК, който се пакетира в ядрото на всички клетки.

Човешки кариотип, получен с флуоресцентни багрила (Източник: Plociam ~ commonswiki чрез Wikimedia Commons

Клетките на всяко живо същество на Земята имат определен брой хромозоми. Бактериите например имат само един кръг, докато хората имат 46 организирани в 23 двойки; а някои видове птици имат до 80 хромозоми.

За разлика от хората, растителните клетки обикновено имат повече от два хомоложни (идентични) набора от хромозоми. Това явление е известно като полиплоидия.

Всички инструкции, необходими за растежа и развитието на живите същества, едноклетъчни или многоклетъчни, се съдържат в молекулите на ДНК, които са навити на хромозомите. Оттук и значението на познаването на неговата структура и характеристики при един вид или при някой от неговите индивиди.

Терминът кариотип е използван за първи път през 1920-те от Делоне и Левицки за обозначаване на сумата от характерните физични свойства на хромозомите: техния брой, размер и структурни особености.

Оттогава той се използва със същата цел в контекста на съвременната наука; и изучаването му съпътства много процеси от клиничната диагностика на различни заболявания при човека.

Човешки кариотип

Човешкият кариотип е известен като набор от 46 хромозоми (23 двойки), които съставляват човешкия геном и които са подредени графично според характеристики като размер и образец, което е очевидно благодарение на използването на специални техники за оцветяване.

Схематично представяне на човешкия кариотип (Източник: Mikael Häggström чрез Wikimedia Commons)

От 23 двойки хромозоми само 1 до 22 са подредени по размер. В соматичните клетки, тоест в несексуалните клетки, се намират тези 22 двойки и в зависимост от пола на индивида, независимо дали е мъж или жена, се добавя двойка X хромозоми (жени) или двойка XY (мъже).,

Двойките 1 до 22 се наричат ​​автозомни хромозоми и са еднакви и при двата пола (мъжки и женски), докато половите хромозоми, X и Y, се различават една от друга.

За какво е кариотип?

Основната полза на кариотипа е подробното познаване на хромозомния товар на един вид и характеристиките на всяка от неговите хромозоми.

Въпреки че някои видове са полиморфни и полиплоидни по отношение на техните хромозоми, тоест те имат променливи форми и брой от тях през целия си жизнен цикъл, познаването на кариотипа обикновено ни позволява да изведем много важна информация за тях.

Благодарение на кариотипа, хромозомните промени в "голям мащаб", включващи големи парчета ДНК, могат да бъдат диагностицирани. При хората много психично увредени заболявания или състояния и други физически дефекти са свързани с тежки хромозомни аномалии.

Видове кариотипи

Кариотипите са описани според нотацията, одобрена от Международната система за цитогенетична номенклатура на човека (ISCN).

В тази система номерът, присвоен на всяка хромозома, има връзка с нейния размер и обикновено те се подреждат от най-големи до най-малки. Хромозомите са представени в кариотипи като двойки сестрински хроматиди с малкото рамо (р), обърнато нагоре.

Видовете кариотипи се отличават по техниките, използвани за тяхното получаване. Обикновено разликата се състои във видовете оцветяване или "етикетиране", използвани за разграничаване на една хромозома от друга.

Ето кратко резюме на някои от познатите до момента техники:

Твърдо оцветяване

При това бои като Giemsa и orcein се използват за равномерно оцветяване на хромозомите. Той се използва широко до началото на 70-те години на миналия век, тъй като те бяха единствените известни оцветители за онова време.

G-лента или петно ​​от Giemsa

Това е най-използваната техника в класическата цитогенетика. Хромозомите предварително се усвояват с трипсин и след това се оцветяват. Моделът на лентите, получени след оцветяване, е специфичен за всяка хромозома и позволява подробни проучвания на нейната структура.

Съществуват алтернативни методи за оцветяване на Giemsa, но те дават много сходни резултати, като Q лента и обратна R лента (където наблюдаваните тъмни ленти са светлите ленти, получени с G лента).

Съставна С-лента

Специално оцветява хетерохроматина, особено този, който се намира в центромерите. Той също оцветява някои материали в късите рамена на акроцентричните хромозоми и дисталния участък на дългата рамо на Y хромозомата.

Репликация на репликация

Използва се за идентифициране на неактивната Х хромозома и включва добавяне на нуклеотиден аналог (BrdU).

Сребърно петно

Исторически е използван за идентифициране на региони на нуклеоларна организация, които съдържат много копия на рибозомна РНК и се намират в центромерните региони.

Оцветяване с дистамицин A / DAPI

Това е флуоресцентна техника за оцветяване, която отличава хетерохроматина от хромозомите 1, 9, 15, 16 и от Y хромозомата при хората. Използва се специално за разграничаване на обърнатото дублиране на хромозома 15.

Флуоресцентна in situ хибридизация (FISH)

Признат като най-големия цитогенетичен напредък след 90-те години на миналия век, това е мощна техника, чрез която могат да бъдат разграничени субмикроскопските делеции. В него са използвани флуоресцентни сонди, които се свързват специфично с хромозомни ДНК молекули и има множество варианти на техниката.

Сравнителна геномна хибридизация (CGH)

Освен това използва флуоресцентни сонди за диференциране на ДНК, но използва известни стандарти за сравнение.

Други техники

Други по-съвременни техники не включват директно анализа на хромозомната структура, а по-скоро директното изследване на ДНК последователността. Те включват микромасиви, секвениране и други техники, базирани на PCR (полимеразна верижна реакция) усилване.

Как се извършва кариотип?

Има различни техники за провеждане на изследването на хромозоми или кариотип. Някои от тях са по-сложни от други, тъй като позволяват откриване на малки незабележими изменения чрез най-често използваните методи.

Цитогенетичните анализи за получаване на кариотип обикновено се извършват от клетки, присъстващи в устната лигавица или в кръвта (с помощта на лимфоцити). В случай на изследвания, проведени при новородени, пробите се вземат от околоплодната течност (инвазивни техники) или от фетални кръвни клетки (неинвазивни техники).

Причините, поради които се извършва кариотип, са многообразни, но много пъти се правят за целите на диагностициране на заболявания, изследвания на плодовитостта или за да се открият причините за повтарящи се аборти или смърт и рак на плода, наред с други причини.

Стъпките за извършване на тест за кариотип са следните:

1 - Получаване на пробата (независимо от нейния източник).

2-Разделяне на клетките, жизненоважна стъпка, особено в кръвните проби. В много случаи е необходимо отделянето на делителните клетки от разделящите клетки, като се използват специални химически реагенти.

3-клетъчен растеж. Понякога е необходимо клетките да се отглеждат в подходяща културална среда, за да се получи по-голямо количество от тях. Това може да отнеме повече от няколко дни, в зависимост от вида на пробата.

4-Синхронизация на клетки. За да се наблюдават кондензираните хромозоми във всички култивирани клетки едновременно, е необходимо да се "синхронизират" чрез химически обработки, които спират клетъчното делене, когато хромозомите са по-компактни и следователно видими.

5-Получаване на хромозоми от клетки. За да ги видите под микроскоп, хромозомите трябва да бъдат "издърпани" от клетките. Обикновено това се постига чрез третирането им с разтвори, които причиняват разрушаване и разпадане, освобождавайки хромозомите.

6-оцветяване. Както е подчертано по-горе, хромозомите трябва да бъдат оцветени по една от многото налични техники, за да могат да ги наблюдават под микроскоп и да извършат съответното изследване.

7-Анализ и броене. Хромозомите се наблюдават подробно, за да се определи тяхната идентичност (в случай че се знае предварително), техните морфологични характеристики, като размер, положение на центромера и образец на лента, брой хромозоми в пробата и др.

8-Класификация. Една от най-трудните задачи на цитогенетиците е тази на класификацията на хромозомите чрез сравняване на техните характеристики, тъй като е необходимо да се определи коя хромозома е коя. Това е така, тъй като в пробата има повече от една клетка, ще има повече от една двойка от една и съща хромозома.

Хромозомни аномалии

Преди да се опишат различните хромозомни промени, които могат да съществуват, и техните последици за човешкото здраве, е необходимо да се запознаете с общата морфология на хромозомите.

Хромозомна морфология

Хромозомите са структури, които изглеждат линейни и имат две „рамена“, малка (p) и по-голяма (q), които са разделени една от друга чрез регион, известен като центромер, специализиран сайт на ДНК, който участва в закрепването на вретеното. митотичен по време на митотичното клетъчно делене.

Центромерът може да бъде разположен в центъра на двете рамена p и q, далеч от центъра или близо до единия им край (метацентричен, субметацентричен или акроцентричен).

В краищата на късите и дългите рамена хромозомите имат "капачки", известни като теломери, които са специфични ДНК последователности, богати на повторения на TTAGGG и които са отговорни за защитата на ДНК и предотвратяването на сливането между хромозомите.

В началото на клетъчния цикъл хромозомите се разглеждат като индивидуални хроматиди, но докато клетката се репликира, се образуват две сестрински хроматиди, които споделят един и същ генетичен материал. Именно тези хромозомни двойки се виждат в снимките на кариотипа.

Хромозомите имат различна степен на "опаковане" или "кондензация": хетерохроматинът е най-кондензираната форма и е транскрипционно неактивен, докато еухроматинът съответства на по-свободните участъци и е транскрипционно активен.

В кариотип всяка хромозома се разграничава, както е подчертано по-горе, с размерите си, позицията на нейния центромер и лентовия модел, когато е оцветена с различни техники.

Хромозомни аномалии

От патологична гледна точка могат да се определят специфични хромозомни промени, които редовно се наблюдават в човешките популации, въпреки че други животни, растения и насекоми не са изключени от тях.

Аномалиите често имат връзка с изтриването и дублирането на региони на хромозома или цели хромозоми.

Тези дефекти са известни като анеуплоидии, които представляват хромозомни изменения, които включват загуба или печалба на пълна хромозома или части от нея. Загубите са известни като монозомии, а печалбите са известни като тризомии и много от тях са смъртоносни за развитието на плода.

Могат да се наблюдават и случаи на хромозомни инверсии, при които редът на генната последователност се променя поради едновременно разкъсване и погрешни поправки на някои участъци от хромозомата.

Транслокациите също са хромозомни изменения, които включват промени в големи части от хромозоми, които се обменят между нехомоложни хромозоми и могат или не могат да бъдат реципрочни.

Има и промени, които са свързани с директно увреждане на последователността на гените, съдържащи се в хромозомната ДНК; и дори има някои свързани с ефекта на геномните „белези“, които материалът, наследен от един от двамата родители, може да донесе със себе си.

Човешки заболявания, открити с кариотипи

Цитогенетичният анализ на хромозомните промени преди и след раждането е от съществено значение за цялостната клинична грижа за бебета, независимо от използваната за тази цел техника.

Синдромът на Даун е една от най-често откриваните патологии от изследването на кариотипа и е свързана с недисфункцията на хромозома 21, поради което е известна и като тризомия 21.

Кариотип на човек с тризомия на хромозома 21 (Източник: Програма на човешкия геном на Министерството на енергетиката на САЩ. Via Wikimedia Commons)

Някои видове рак се откриват чрез изучаване на кариотипа, тъй като те са свързани с хромозомни промени, по-специално изтриването или дублирането на гени, пряко участващи в онкогенните процеси.

Някои видове аутизъм се диагностицират от анализ на кариотип и е доказано, че дублирането на хромозома 15 участва в някои от тези състояния при хората.

Сред другите патологии, свързани с делециите в хромозома 15, е синдром на Прадер-Вили, който причинява симптоми като липса на мускулен тонус и дихателна недостатъчност при кърмачета.

Синдромът на „плачещата котка“ (от френския cri-du-chat) предполага загубата на късото рамо на хромозома 5 и един от най-преките методи за диагностицирането му е чрез цитогенетичното изследване на кариотипа.

Транслокацията на части между хромозоми 9 и 11 характеризира пациенти, страдащи от биполярно разстройство, специално свързано с разрушаването на ген върху хромозома 11. Други дефекти по тази хромозома също са наблюдавани при различни дефекти при раждане.

Според проучване, проведено от Weh et al., През 1993 г. повече от 30% от пациентите, страдащи от множествена миелома и левкемия на плазмените клетки, имат кариотипи с хромозоми, чиито структури са отклонени или ненормални, особено върху хромозоми 1, 11 и 14,

Препратки

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… Walter, P. (2004). Съществена клетъчна биология. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Battaglia, E. (1994). Нуклеозома и нуклеотип: терминологична критика. Кариология, 47 (3–4), 37–41.
3. Elsheikh, M., Wass, JAH, & Conway, G. (2001). Автоимунен синдром на щитовидната жлеза при жени със синдром на Търнър - връзката с кариотип. Клинична ендокринология, 223–226.
4. Fergus, K. (2018). HealthWell Health. Извлечено от www.verywellhealth.com/how-to-how-is-a-karyotype-test-done-1120402
5. Gardner, R., & Amor, D. (2018). Хромозомни аномалии на Гарднър и Съдърланд и генетично консултиране (5-то издание). Ню Йорк: Oxford University Press.
6. Griffiths, A., Wessler, S., Lewontin, R., Gelbart, W., Suzuki, D., & Miller, J. (2005). Въведение в генетичния анализ (8-мо изд.). Freeman, WH & Company.
7. Родден, Т. (2010). Генетика за манекените (2-ро издание). Индианаполис: Wiley Publishing, Inc.
8. Schrock, E., Manoir, S., Veldman, T., Schoell, B., Wienberg, J., Ning, Y.,… Ried, T. (1996). Многоцветно спектрално кариотипиране на човешки хромозоми. Наука, 273, 494-498.
9. Wang, T., Maierhofer, C., Speicher, MR, Lengauer, C., Vogelstein, B., Kinzler, KW, & Velculescu, VE (2002). Цифрово кариотипизиране. PNAS, 99 (25), 16156-16161.