KARYOTYPE: MISTÄ SE ON, TYYPIT, MITEN SE TEHDÄÄN, MUUTOKSET - BIOLOGIA - 2026

Karyotyyppi on valokuva täydellinen metafaasikromosomeissa että tiedot seikat niiden määrä ja rakenne. Lääketieteellisten ja biologisten tieteiden haara, joka käsittelee kromosomien ja niihin liittyvien sairauksien tutkimusta, tunnetaan sytogenetiikana.

Kromosomit ovat rakenteita, joissa deoksiribonukleiinihappo (DNA) -molekyylien sisältämät geenit on järjestetty. Eukaryooteissa ne koostuvat kromatiinista, histoniproteiinien ja DNA: n kompleksista, joka on pakattu kaikkien solujen ytimeen.

Fluoresoivilla väriaineilla saatu ihmisen kariotyyppi (Lähde: Plociam ~ commonswiki Wikimedia Commonsin kautta)

Jokaisen maapallon elävän solun soluilla on tietty määrä kromosomeja. Esimerkiksi bakteereilla on vain yksi ympyrä, kun taas ihmisillä 46 on järjestetty 23 pariin; ja joillakin lintulajeilla on jopa 80 kromosomia.

Toisin kuin ihmiset, kasvisoluissa on yleensä enemmän kuin kaksi homologista (identtistä) kromosomisarjaa. Tämä ilmiö tunnetaan nimellä polyploidia.

Kaikki elävien, yksisoluisten tai monisoluisten, olentojen kasvuun ja kehitykseen tarvittavat ohjeet sisältyvät kromosomeihin käärittyihin DNA-molekyyleihin. Siksi on tärkeää tuntea sen rakenne ja ominaisuudet lajissa tai missä tahansa sen yksilössä.

Termiä karyotyyppi käyttivät ensimmäistä kertaa 1920-luvulla Delaunay ja Levitsky määrittelemään kromosomille ominaisten fysikaalisten ominaisuuksien summa: niiden lukumäärä, koko ja rakenteelliset erityispiirteet.

Siitä lähtien sitä on käytetty samaan tarkoitukseen modernin tieteen yhteydessä; ja sen tutkiminen seuraa monia ihmisen sairauksien kliinisen diagnoosin prosesseja.

Ihmisen kariotyyppi

Ihmisen genomin muodostavista 46 kromosomista koostuva sarja (23 paria) tunnetaan ihmisen karyotyyppinä ja joka on järjestetty graafisesti ominaisuuksien, kuten koon ja vyöhykekuvion mukaan, mikä on ilmeistä erityisten värjäystekniikoiden käytön ansiosta.

Ihmisen kariotyypin kaavamainen esitys (Lähde: Mikael Häggström Wikimedia Commonsin kautta)

23 kromosomiparista vain 1 - 22 on järjestetty koon mukaan. Somaattisissa soluissa, toisin sanoen ei-seksuaalisissa soluissa, näitä 22 paria löytyy ja yksilön sukupuolesta riippuen, olkoon se mies tai nainen, lisätään pari X-kromosomeja (naiset) tai XY-paria (miehet)..

Paria 1 - 22 kutsutaan autosomaalisiksi kromosomeiksi ja ne ovat samat molemmissa sukupuolissa (uros ja naaras), kun taas sukupromosomit, X ja Y, eroavat toisistaan.

Mihin karyotyyppi on?

Karyotyypin pääasiallinen hyöty on lajin kromosomaalisen kuormituksen ja kunkin kromosomin ominaisuuksien yksityiskohtainen tuntemus.

Vaikka jotkut lajit ovat polymorfisia ja polyploideja suhteessa kromosomeihinsa, ts. Niiden muoto ja lukumäärä ovat vaihtelevia koko elinkaarensa ajan, karyotyypin tunteminen antaa meille yleensä päätellä niistä paljon tärkeää tietoa.

Kariotyypin ansiosta voidaan diagnosoida kromosomimuutokset ”laajassa mittakaavassa”, joihin liittyy suuria DNA-paloja. Ihmisillä monet henkisesti vammaiset sairaudet tai tilat ja muut fyysiset viat liittyvät vakaviin kromosomaalisiin poikkeavuuksiin.

Karjatyyppityypit

Karyotyypit kuvataan kansainvälisen ihmisen sytogeneettisen nimikkeistön (ISCN) hyväksymän merkinnän mukaisesti.

Tässä järjestelmässä jokaiselle kromosomille määritetty luku liittyy sen kokoon, ja ne yleensä järjestetään suurimmasta pienimpaan. Kromosomit esitetään karyotyypeinä sisarkromatidien pareina, joissa pieni käsivarsi (p) on ylöspäin.

Karjatyyppityypit erotetaan niiden saamiseksi käytetyillä tekniikoilla. Yleensä ero on värjäytymisessä tai "leimaamisessa", jota käytetään erottamaan yksi kromosomi toisesta.

Tässä on lyhyt yhteenveto joihinkin tähän mennessä tunnetuista tekniikoista:

Kiinteä värjäys

Tässä käytetään väriaineita, kuten Giemsa ja orkeniini, kromosomien värjäämiseen tasaisesti. Sitä käytettiin laajasti 1970-luvun alkuun saakka, koska ne olivat tuolloin ainoita tunnettuja väriaineita.

G-bändi tai Giemsa-tahra

Se on klassisessa sytogenetiikassa eniten käytetty tekniikka. Kromosomit pilkotaan aiemmin trypsiinillä ja värjätään sitten. Värjäyksen jälkeen saatu nauhojen malli on spesifinen jokaiselle kromosomille ja mahdollistaa sen rakenteen yksityiskohtaiset tutkimukset.

Giemsa-värjäykselle on vaihtoehtoisia menetelmiä, mutta ne antavat hyvin samanlaisia ​​tuloksia, kuten Q-kaistaus ja käänteinen R-kaistaus (missä havaitut tummat kaistat ovat G-kaistauksella saatuja vaaleita kaistoja).

Konstitutiivinen C-kaista

Se värjää spesifisesti heterokromatiinia, etenkin sitä, jota löytyy sentromeereistä. Se värjää myös jonkin verran ainetta acrosentristen kromosomien lyhyissä haaroissa ja Y-kromosomin pitkän varren distaalialueella.

Replikoitumisnauhat

Sitä käytetään inaktiivisen X-kromosomin tunnistamiseen ja siihen sisältyy nukleotidianalogi (BrdU).

Hopea tahra

Sitä on käytetty historiallisesti tunnistamaan nukleolaariset organisointialueet, jotka sisältävät paljon kopioita ribosomaalista RNA: ta ja jotka sijaitsevat sentromeerisillä alueilla.

Distamycin A / DAPI -värjäys

Se on fluoresoiva värjäysmenetelmä, joka erottaa heterokromatiinin kromosomeista 1, 9, 15, 16 ja Y-kromosomista ihmisillä. Sitä käytetään erityisesti erottamaan kromosomin 15 käänteinen päällekkäisyys.

Fluoresoiva in situ -hybridisaatio (FISH)

Se tunnustettiin suurimmaksi sytogeneettiseksi edistykseksi 1990-luvun jälkeen. Se on tehokas tekniikka, jolla voidaan erottaa submikroskooppiset poistot. Siinä käytetään fluoresoivia koettimia, jotka sitoutuvat spesifisesti kromosomaalisiin DNA-molekyyleihin, ja tekniikalla on useita variantteja.

Vertaileva genomihybridisaatio (CGH)

Se käyttää myös fluoresoivia koettimia DNA: n erilaiseen leimaamiseen, mutta käyttää tunnettuja vertailustandardeja.

Muut tekniikat

Muut nykyaikaisemmat tekniikat eivät sisällä suoraan kromosomalaisen rakenteen analysointia, vaan pikemminkin DNA-sekvenssin suoraa tutkimusta. Näitä ovat mikromatriisit, sekvensointi ja muut tekniikat, jotka perustuvat PCR: n (polymeraasiketjureaktio) monistamiseen.

Kuinka kariotyyppi suoritetaan?

Kromosomien tai kariotyypin tutkimiseksi on olemassa erilaisia ​​tekniikoita. Jotkut ovat hienostuneempia kuin toiset, koska niiden avulla voidaan havaita pienet havaitsemattomat muutokset yleisimmin käytetyillä menetelmillä.

Sytogeneettiset analyysit kariotyypin saamiseksi suoritetaan yleensä soluista, joita esiintyy suun limakalvossa tai veressä (käyttäen lymfosyyttejä). Vastasyntyneillä suoritettujen tutkimusten yhteydessä näytteet otetaan amnionivedestä (invasiiviset tekniikat) tai sikiön verisoluista (ei-invasiiviset tekniikat).

Syyt kariotyypin suorittamiseen ovat moninaiset, mutta monesti niitä tehdään muun muassa sairauksien diagnosointiin, hedelmällisyystutkimuksiin tai toistuvien keskenmenon tai sikiön kuoleman ja syövän syiden selvittämiseen.

Vaiheet kariotyyppitestin suorittamiseksi ovat seuraavat:

1-Näytteen hankkiminen (lähteestä riippumatta).

2-Solujen erottaminen, elintärkeä vaihe, etenkin verinäytteissä. Monissa tapauksissa on tarpeen erottaa jakavat solut jakavista soluista käyttämällä erityisiä kemiallisia reagensseja.

3-solujen kasvu. Joskus on tarpeen kasvattaa soluja sopivassa elatusaineessa, jotta saadaan suurempi määrä niitä. Tämä voi viedä yli pari päivää näytteen tyypistä riippuen.

4-solujen synkronointi. Jotta tarkkailla kondensoituneita kromosomeja kaikissa viljellyissä soluissa samanaikaisesti, on tarpeen “synkronoida” ne kemiallisilla käsittelyillä, jotka pysäyttävät solujen jakautumisen, kun kromosomit ovat pienemmät ja siten näkyvät.

5-Kromosomien saaminen soluista. Jotta ne näyttäisivät mikroskoopin alla, kromosomit on "vedettävä" soluista. Tämä saavutetaan yleensä käsittelemällä näitä liuoksilla, jotka aiheuttavat niiden räjähtämisen ja hajoamisen vapauttaen kromosomit.

6-värjäys. Kuten edellä korostettiin, kromosomit on värjättävä yhdellä monista käytettävissä olevista tekniikoista, jotta niitä voidaan tarkkailla mikroskoopin alla ja suorittaa vastaava tutkimus.

7-analyysi ja laskenta. Kromosomeja tarkkaillaan yksityiskohtaisesti niiden identiteetin (jos tiedät sen etukäteen), morfologisten ominaisuuksien, kuten koon, sentromeerin sijainnin ja vyöhykekuvion, kromosomien lukumäärän määrittämiseksi näytteessä jne.

8-luokitus. Yksi sytogeneetikoiden vaikeimmista tehtävistä on kromosomien luokittelu vertaamalla niiden ominaisuuksia, koska on tarpeen määrittää mikä kromosomi on mikä. Tämä johtuu siitä, että koska näytteessä on enemmän kuin yksi solu, samasta kromosomista tulee enemmän kuin yksi pari.

Kromosomaaliset poikkeavuudet

Ennen kuin kuvataan mahdollisia kromosomaalisia muutoksia ja niiden vaikutuksia ihmisten terveyteen, on tutustuttava kromosomien yleiseen morfologiaan.

Kromosomimorfologia

Kromosomit ovat rakenteita, jotka näyttävät lineaarisilta ja joilla on kaksi ”vartta”, pieni (p) ja suurempi (q), jotka erottaa toisistaan ​​alue, jota kutsutaan sentromeeriksi, erikoistuneeksi DNA: n alueeksi, joka osallistuu karan ankkurointiin. mitoottinen mitoottisten solujen jakautumisen aikana.

Sentromeeri voi sijaita kahden varren p ja q keskellä, kaukana keskustasta tai lähellä yhtä sen päistä (metakeskeinen, submetacentrinen tai acrocentric).

Lyhyt ja pitkä käsivarsien päässä kromosomeissa on telomeereiksi kutsuttuja "korkkeja", jotka ovat erityisiä DNA-sekvenssejä, joissa on runsaasti TTAGGG-toistoja ja jotka vastaavat DNA: n suojaamisesta ja kromosomien välisen fuusion estämisestä.

Solusyklin alussa kromosomit nähdään yksittäisinä kromatideina, mutta solun toistuessa muodostuu kaksi sisarkromatidiä, joilla on sama geneettinen materiaali. Nämä kromosomaaliparit nähdään karyotyyppikuvissa.

Kromosomeilla on erilainen "pakkaamisen" tai "kondensaation" aste: heterokromatiini on tiivistynein muoto ja transkriptionaalisesti inaktiivinen, kun taas euchromatiini vastaa löysämpiä alueita ja on transkriptionaalisesti aktiivinen.

Karyotyypissä jokainen kromosomi erotetaan, kuten edellä on korostettu, koonsa, sen sentromeerin sijainnin ja kaistalemiskuvion avulla, kun ne värjätään eri tekniikoilla.

Kromosomaaliset poikkeavuudet

Patologisesta näkökulmasta voidaan eritellä spesifisiä kromosomaalisia muutoksia, joita havaitaan säännöllisesti ihmispopulaatioissa, vaikka muut eläimet, kasvit ja hyönteiset eivät ole vapautuksia näistä.

Poikkeavuudet liittyvät usein kromosomialueiden tai kokonaisten kromosomien deleetioihin ja päällekkäisyyksiin.

Nämä viat tunnetaan aneuploidioina, jotka ovat kromosomaalisia muutoksia, joihin liittyy täydellisen kromosomin tai sen osien menetys tai voitto. Tappiot tunnetaan monosomioina ja voittoja kutsutaan trisomioiksi, ja monet näistä ovat tappavia kehittyville sikiöille.

Voi myös olla tapauksia kromosomaalisista inversioista, joissa geenisekvenssien järjestys muuttuu kromosomin jonkin alueen samanaikaisten katkoksien ja virheellisten korjausten takia.

Translokaatiot ovat myös kromosomaalisia muutoksia, joihin liittyy muutoksia suurissa kromosomiosissa, jotka vaihdetaan ei-homologisten kromosomien välillä ja voivat olla tai olla vastavuoroisia.

On myös muutoksia, jotka liittyvät kromosomaaliseen DNA: han sisältyvän geenisekvenssin suoriin vaurioihin; ja jotkut liittyvät jopa genomisten "merkintöjen" vaikutuksiin, jotka toiselta vanhemmalta peritty aineisto voi tuoda mukanaan.

Karjatyypeillä havaitut ihmisten sairaudet

Kromosomaalisten muutosten sytogeneettinen analyysi ennen syntymää ja sen jälkeen on välttämätöntä lasten kokonaisvaltaisessa kliinisessä hoidossa riippumatta tähän tarkoitukseen käytetystä tekniikasta.

Down-oireyhtymä on yksi karyotyyppitutkimuksessa yleisimmin havaituista patologioista, ja sillä on yhteys kromosomin 21 epätäydellisyyteen, minkä vuoksi se tunnetaan myös trisomiana 21.

Kryotyyppi ihmisestä, jolla on trisomia kromosomissa 21 (Lähde: Yhdysvaltain energiaministeriön ihmisgenomiohjelma. Via Wikimedia Commons)

Jotkut syöpätyypit havaitaan tutkimalla karyotyyppiä, koska ne liittyvät kromosomimuutoksiin, erityisesti onkogeenisiin prosesseihin suoraan liittyvien geenien deleetioon tai päällekkäisyyteen.

Tietyntyyppiset autismit diagnosoidaan karyotyyppianalyysin perusteella, ja kromosomin 15 päällekkäisyyksien on osoitettu osallistuvan joihinkin näistä tiloista ihmisillä.

Muiden kromosomi 15: n deleetioihin liittyvien patologioiden joukossa on Prader-Willi-oireyhtymä, joka aiheuttaa oireita, kuten lihassävyn puute ja hengitysvaje.

"Itkuvan kissan" oireyhtymä (ranskalaisesta cri-du-chatista) merkitsee kromosomin 5 lyhyen varren menetystä, ja yksi suorimmista menetelmistä sen diagnosoimiseksi on kariotyypin sytogeneettinen tutkimus.

Osien translokaatio kromosomien 9 ja 11 välillä luonnehtii potilaita, jotka kärsivät bipolaarisista häiriöistä, jotka liittyvät erityisesti kromosomin 11 geenin hajoamiseen. Tämän kromosomin muita vikoja on havaittu myös erilaisissa syntymävirheissä.

Weh et al: n vuonna 1993 tekemän tutkimuksen mukaan yli 30 prosentilla multippelia myeloomaa ja plasmasoluleukemiaa kärsivistä potilaista on karyotyyppejä kromosomeilla, joiden rakenteet ovat poikkeavia tai epänormaaleja, etenkin kromosomeissa 1, 11 ja 14.

Viitteet

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… Walter, P. (2004). Oleellinen solubiologia. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis -ryhmä.
2. Battaglia, E. (1994). Nukleosomi ja nukleotyyppi: terminologinen kritiikki. Caryologia, 47 (3–4), 37–41.
3. Elsheikh, M., Wass, JAH, & Conway, G. (2001). Autoimmuuni kilpirauhasen oireyhtymä naisilla, joilla on Turnerin oireyhtymä - yhteys karjatyyppiin. Kliininen endokrinologia, 223–226.
4. Fergus, K. (2018). Hyvin terveys. Haettu osoitteesta www.verywellhealth.com/how-to-how-is-a-karyotype-test-done-1120402
5. Gardner, R., ja Amor, D. (2018). Gardnerin ja Sutherlandin kromosomin poikkeavuudet ja geneettinen neuvonta (5. painos). New York: Oxford University Press.
6. Griffiths, A., Wessler, S., Lewontin, R., Gelbart, W., Suzuki, D., ja Miller, J. (2005). Johdanto geneettiseen analyysiin (8. painos). Freeman, WH & Company.
7. Rodden, T. (2010). Geneetics for Dummies (2. painos). Indianapolis: Wiley Publishing, Inc.
8. Schrock, E., Manoir, S., Veldman, T., Schoell, B., Wienberg, J., Ning, Y.,… Ried, T. (1996). Ihmisen kromosomien moniväriset spektrikarotyypit. Science, 273, 494 - 498.
9. Wang, T., Maierhofer, C., Speicher, MR, Lengauer, C., Vogelstein, B., Kinzler, KW, ja Velculescu, VE (2002). Digitaalinen karyotypiointi. PNAS, 99 (25), 16156-16161.