KARIOTIPAS: KAM JIS SKIRTAS, TIPAI, KAIP TAI DAROMA, PAKEITIMAI - BIOLOGIJA - 2025

Kariotipas yra komplektą metafazės chromosomų, kad detales aspektus jų skaičių ir struktūrą nuotrauka. Medicinos ir biologinių mokslų šaka, susijusi su chromosomų ir susijusių ligų tyrimais, yra žinoma kaip citogenetika.

Chromosomos yra struktūros, kuriose organizuojami dezoksiribonukleorūgšties (DNR) molekulėse esantys genai. Eukariotuose jie yra sudaryti iš chromatino, histono baltymų ir DNR komplekso, supakuoto visų ląstelių branduolyje.

Žmogaus kariotipas, gautas fluorescenciniais dažais (šaltinis: Plociam ~ commonswiki per Wikimedia Commons)

Kiekvieno gyvo daikto Žemėje ląstelės turi tam tikrą chromosomų skaičių. Pvz., Bakterijos turi tik vieną apskritimą, o žmonės - 46, suskirstytas į 23 poras; o kai kurių rūšių paukščiai turi iki 80 chromosomų.

Priešingai nei žmonės, augalų ląstelės paprastai turi daugiau nei du homologinius (identiškus) chromosomų rinkinius. Šis reiškinys žinomas kaip poliploidija.

Visos instrukcijos, būtinos gyvų būtybių, vienaląsčių ar daugialąsčių, augimui ir vystymuisi, yra DNR molekulėse, suvyniotose ant chromosomų. Taigi svarbu žinoti apie rūšies ar bet kurio jos individo struktūrą ir savybes.

Sąvoką kariotipas pirmą kartą 1920 m. Vartojo Delaunay ir Levitsky, norėdami apibūdinti būdingų fizinių chromosomų savybių sumą: jų skaičių, dydį ir struktūrinius ypatumus.

Nuo to laiko jis naudojamas tam pačiam tikslui šiuolaikinio mokslo kontekste; o jo tyrimas lydi daugelį įvairių ligų klinikinės diagnostikos procesų.

Žmogaus kariotipas

Žmogaus kariotipas yra žinomas kaip 46 chromosomų (23 porų), sudarančių žmogaus genomą, rinkinys, kuris grafiškai išdėstytas atsižvelgiant į tokias savybes kaip dydis ir juostų struktūra, kuri akivaizdi naudojant specialius dažymo būdus.

Žmogaus kariotipo schema (šaltinis: Mikael Häggström per Wikimedia Commons)

Iš 23 chromosomų porų tik nuo 1 iki 22 yra išdėstytos pagal dydį. Somatinėse ląstelėse, tai yra, neseksualinėse ląstelėse, randamos šios 22 poros ir, priklausomai nuo asmens lyties, nesvarbu, ar tai vyras, ar moteris, pridedama X chromosomų (moterų) arba XY (vyrų) pora. .

1–22 poros vadinamos autosominėmis chromosomomis ir yra vienodos abiejų lyčių (vyriškos ir moteriškos), tuo tarpu lytinės chromosomos, X ir Y, skiriasi viena nuo kitos.

Kam skirtas kariotipas?

Pagrindinis kariotipo pranašumas yra išsamus žinojimas apie rūšies chromosominę apkrovą ir kiekvienos iš jos chromosomų ypatybes.

Nors kai kurios rūšys yra savo polimorfinės ir poliploidinės savo chromosomų atžvilgiu, tai yra, jų forma ir skaičius per visą jų gyvenimo ciklą skiriasi, kariotipo žinojimas paprastai leidžia mums pateikti daug svarbios informacijos apie jas.

Kariotipo dėka galima diagnozuoti chromosomų pokyčius „dideliu mastu“, apimančius didelius DNR gabalus. Žmonėms daugelis psichikos negalią turinčių ligų ar būklių ir kiti fiziniai defektai yra susiję su sunkiais chromosomų anomalijomis.

Kariotipų tipai

Kariotipai aprašomi pagal žymėjimą, patvirtintą Tarptautinėje žmogaus citogenetinės nomenklatūros (ISCN) sistemoje.

Šioje sistemoje kiekvienai chromosomai priskiriamas skaičius turi būti susijęs su jos dydžiu. Paprastai jie yra užsakomi nuo didžiausio iki mažiausio. Chromosomos pateikiamos kariotipų pavidalu kaip seserinių chromatidžių poros, maža ranka (p) nukreipta į viršų.

Kariotipų rūšys išsiskiria pagal jų gavimo būdus. Paprastai skirtumas yra dažymo ar „ženklinimo“, naudojamų norint atskirti vieną chromosomą nuo kitos, rūšys.

Čia yra trumpa kai kurių iki šiol žinomų metodų santrauka:

Kietas dažymas

Tokiu būdu, tolygiai dažant chromosomas, naudojami tokie dažikliai kaip Giemsa ir orceinas. Jis buvo plačiai naudojamas iki aštuntojo dešimtmečio pradžios, nes tuo metu jie buvo vieninteliai žinomi dažai.

G juostos arba Giemsa dėmė

Tai yra labiausiai naudojama technika klasikinėje citogenetikoje. Chromosomos prieš tai virškinamos tripsinu, o po to dažomos. Juostelės, gautos nudažius, yra būdingos kiekvienai chromosomai ir leidžia išsamiai ištirti jos struktūrą.

Giemsa dažymui yra alternatyvių metodų, tačiau jie duoda labai panašius rezultatus, pavyzdžiui, Q juostos ir atvirkštinės R juostos (kai stebimos tamsiosios juostos yra šviesos juostos, gautos naudojant G juostą).

Konstitutinė C juosta

Jis ypač nudažo heterochromatiną, ypač tą, kuris randamas centromeruose. Jis taip pat dažo kai kurias medžiagas trumposiose akrocentrinių chromosomų rankose ir Y chromosomos ilgosios rankos distaliniame regione.

Replikacijos juostos

Jis naudojamas nustatyti neaktyvią X chromosomą ir apima nukleotido analogo (BrdU) pridėjimą.

Sidabro dėmė

Jis istoriškai buvo naudojamas identifikuoti branduolių organizavimo regionus, kuriuose yra daug ribosomų RNR kopijų ir kurie yra centromeriniuose regionuose.

Distamicino A / DAPI dažymas

Tai fluorescencinė dažymo technika, išskirianti heterochromatiną iš 1, 9, 15, 16 chromosomų ir iš Y chromosomos žmonėms. Jis ypač naudojamas atskirti atvirkštinę 15 chromosomos dubliavimąsi.

Fluorescencinė in situ hibridizacija (FISH)

Pripažintas didžiausiu citogenetiniu progresu po 1990-ųjų, tai yra galinga technika, kuria galima atskirti submikroskopinius trynimus. Jame naudojami fluorescenciniai zondai, kurie specifiškai jungiasi su chromosomų DNR molekulėmis, ir yra keli metodo variantai.

Lyginamoji genomo hibridizacija (CGH)

Jis taip pat naudoja fluorescencinius zondus, skirtus žymėti DNR, tačiau naudoja žinomus palyginimo standartus.

Kiti būdai

Kiti modernesni metodai nėra tiesiogiai susiję su chromosomų struktūros analize, o veikiau su tiesioginiu DNR sekos tyrimu. Tai apima mikrotraumus, sekos nustatymą ir kitus metodus, pagrįstus PGR (polimerazės grandininės reakcijos) amplifikacija.

Kaip atliekamas kariotipas?

Yra įvairių metodų, kaip atlikti chromosomų ar kariotipo tyrimus. Kai kurie yra sudėtingesni nei kiti, nes jie leidžia aptikti mažus nepastebimus pakitimus dažniausiai naudojamais metodais.

Citogenetiniai tyrimai, siekiant nustatyti kariotipą, paprastai atliekami iš ląstelių, esančių burnos gleivinėje arba kraujyje (naudojant limfocitus). Atliekant tyrimus su naujagimiais, mėginiai imami iš amniono skysčio (invaziniai metodai) arba iš vaisiaus kraujo ląstelių (neinvaziniai metodai).

Priežastys, kodėl atliekamas kariotipas, yra įvairios, tačiau daug kartų jos daromos diagnozuojant ligas, vaisingumo tyrimus arba siekiant nustatyti pasikartojančių abortų ar vaisiaus mirties ir vėžio priežastis, be kitų priežasčių.

Kariotipo testo atlikimo veiksmai yra šie:

1 - mėginio gavimas (nepriklausomai nuo jo šaltinio).

2-ląstelių atskyrimas, gyvybiškai svarbus žingsnis, ypač atliekant kraujo mėginius. Daugeliu atvejų dalijamąsias ląsteles būtina atskirti nuo dalijamųjų ląstelių, naudojant specialius cheminius reagentus.

3 ląstelių augimas. Kartais norint auginti didesnį jų kiekį, reikia auginti ląsteles tinkamoje terpėje. Priklausomai nuo mėginio tipo, tai gali užtrukti daugiau nei keletą dienų.

4-ląstelių sinchronizavimas. Norint stebėti kondensuotas chromosomas visose kultūringose ​​ląstelėse tuo pačiu metu, jas būtina „sinchronizuoti“ atliekant cheminį apdorojimą, kuris sustabdo ląstelių dalijimąsi, kai chromosomos yra kompaktiškesnės ir todėl matomos.

5-Chromosomų gavimas iš ląstelių. Norėdami pamatyti juos po mikroskopu, chromosomos turi būti „ištrauktos“ iš ląstelių. Paprastai tai pasiekiama juos apdorojant tirpalais, dėl kurių jie sprogo ir suyra, išlaisvinant chromosomas.

6-dažymas. Kaip pabrėžta aukščiau, chromosomos turi būti nudažytos vienu iš daugelio galimų metodų, kad jas būtų galima stebėti mikroskopu ir atlikti atitinkamą tyrimą.

7 - analizė ir skaičiavimas. Chromosomos yra išsamiai stebimos, kad būtų galima nustatyti jų tapatumą (tuo atveju, jei apie tai iš anksto žinote), jų morfologines savybes, tokias kaip dydis, centromero padėtis ir juostos struktūra, chromosomų skaičius mėginyje ir kt.

8 klasifikacija. Viena sunkiausių citogenetologų užduočių yra klasifikuoti chromosomas, lyginant jų savybes, nes reikia nustatyti, kuri chromosoma yra kuri. Taip yra todėl, kad mėginyje yra daugiau nei viena ląstelė, tos pačios chromosomos bus daugiau nei viena pora.

Chromosomų anomalijos

Prieš apibūdinant įvairius galimus chromosomų pakitimus ir jų pasekmes žmogaus sveikatai, būtina susipažinti su bendrąja chromosomų morfologija.

Chromosomų morfologija

Chromosomos yra struktūros, kurios atrodo linijinės ir turi dvi „strypelius“, mažąją (p) ir didesniąją (q), kurias skiria viena nuo kitos sritis, vadinama centromeru, specializuota DNR vieta, dalyvaujančia verpstės tvirtinime. mitozė mitozinių ląstelių dalijimosi metu.

Centromeras gali būti dviejų p ir q sijų centre, toli nuo centro arba arti vieno iš jų galų (metacentrinio, submetacentrinio ar akrocentrinio).

Trumposios ir ilgosios rankos galuose chromosomos turi „dangtelius“, žinomus kaip telomerai. Tai yra tam tikros DNR sekos, kuriose gausu TTAGGG pakartojimų ir kurios yra atsakingos už DNR apsaugą ir neleidžia susilieti tarp chromosomų.

Ląstelių ciklo pradžioje chromosomos yra vertinamos kaip atskiros chromatidės, tačiau ląstelei replikuojantis, susidaro dvi seserinės chromatidės, turinčios tą pačią genetinę medžiagą. Būtent šios chromosomų poros yra matomos kariotipo nuotraukose.

Chromosomos turi skirtingą „įpakavimo“ ar „kondensacijos“ laipsnį: heterochromatinas yra labiausiai kondensuota forma ir yra transkripciniu požiūriu neaktyvus, o euchromatinas atitinka labiausiai laisvus regionus ir yra transkripciniu požiūriu aktyvus.

Kariotipo pagrindu kiekviena chromosoma išsiskiria, kaip paryškinta aukščiau, pagal dydį, centromero vietą ir juostos modelį, kai dažoma skirtingais būdais.

Chromosomų anomalijos

Patologiniu požiūriu galima nurodyti specifinius chromosomų pakitimus, kurie reguliariai stebimi žmonių populiacijose, nors kiti gyvūnai, augalai ir vabzdžiai nuo to nėra atleidžiami.

Anomalijos dažnai susijusios su chromosomos sričių ar ištisų chromosomų trynimu ir dubliavimu.

Šie defektai yra žinomi kaip aneuploidijos, tai yra chromosomų pakitimai, dėl kurių prarandama ar įgyjama visa chromosoma ar jos dalys. Nuostoliai yra žinomi kaip monosomijos, o pelnas - kaip trisomijos, ir daugelis iš jų yra mirtini besivystančiam vaisiui.

Taip pat gali būti chromosomų inversijų atvejų, kai dėl tuo pat metu įvykusių pertraukų ir klaidingo kai kurios chromosomos srities taisymo keičiasi genų sekos tvarka.

Translokacijos taip pat yra chromosomų pakitimai, susiję su didelėmis chromosomų dalimis, kurios keičiasi nehomologinėmis chromosomomis ir kurios gali būti abipusės.

Taip pat yra pakitimų, susijusių su tiesioginiu genų, esančių chromosominėje DNR, sekos pažeidimu; ir yra net keletas susijusių su genominių „ženklų“, kuriuos gali sukelti viena iš dviejų tėvų paveldėta medžiaga, padariniais.

Nustatytos kariotipų turinčios žmonių ligos

Chromosomų pokyčių citogenetinė analizė prieš ir po gimimo yra būtina visapusiškai klinikinei kūdikių priežiūrai, nepriklausomai nuo to, kokia technika naudojama.

Dauno sindromas yra viena iš dažniausiai nustatomų kariotipo patologijų, ji susijusi su 21-osios chromosomos nesusijimu, todėl ji taip pat vadinama 21-oji trisomija.

Žmogaus kariotipas, turintis trisomiją 21 chromosomoje (Šaltinis: JAV energetikos departamento žmogaus genomo programa. Via Wikimedia Commons)

Kai kurie vėžio tipai nustatomi atliekant kariotipo tyrimus, nes jie yra susiję su chromosomų pokyčiais, ypač su genų, tiesiogiai susijusių su onkogeniniais procesais, ištrynimu ar dubliavimu.

Kai kurie autizmo tipai diagnozuojami remiantis kariotipo analize, ir nustatyta, kad 15 chromosomos dubliavimasis susijęs su kai kuriomis iš šių patologijų žmonėms.

Tarp kitų patologijų, susijusių su delecijomis 15 chromosomoje, yra Prader-Willi sindromas, kuris sukelia tokius simptomus kaip raumenų tonuso trūkumas ir kūdikių kvėpavimo nepakankamumas.

„Verksiančios katės“ sindromas (iš prancūzų „cri-du-chat“) reiškia 5-osios chromosomos trumposios rankos praradimą, o vienas iš tiesioginių jos diagnozavimo metodų yra citogenetinis kariotipo tyrimas.

Dalių perkėlimas tarp 9 ir 11 chromosomų apibūdina pacientus, kenčiančius nuo bipolinio sutrikimo, konkrečiai susijusio su 11-osios chromosomos geno sutrikimu. Kiti šios chromosomos defektai taip pat pastebėti atliekant įvairius apsigimimus.

Remiantis Weh ir kt. 1993 m. Atliktu tyrimu, daugiau nei 30% pacientų, kenčiančių nuo daugybinės mielomos ir plazminių ląstelių leukemijos, turi kariotipus su chromosomomis, kurių struktūros yra pakitusios ar nenormalios, ypač 1, 11 ir 14 chromosomose. .

Nuorodos

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Esminė ląstelių biologija. Abingdonas: „Garland Science“, „Taylor & Francis“ grupė.
2. Battaglia, E. (1994). Nukleosoma ir nukleotipas: terminologinė kritika. Caryologia, 47 (3–4), 37–41.
3. Elsheikh, M., Wass, JAH ir Conway, G. (2001). Autoimuninis skydliaukės sindromas Turnerio sindromu sergančioms moterims - ryšys su kariotipu. Klinikinė endokrinologija, 223–226.
4. Fergusas, K. (2018). Labai sveika sveikata. Gauta iš www.verywellhealth.com/how-to-how-is-a-karyotype-test-done-1120402
5. Gardner, R., & Amor, D. (2018). Gardnerio ir Sutherlando chromosomų anomalijos ir genetinis konsultavimas (5-asis leidimas). Niujorkas: „Oxford University Press“.
6. Griffiths, A., Wessler, S., Lewontin, R., Gelbart, W., Suzuki, D., & Miller, J. (2005). Įvadas į genetinę analizę (8-asis leidimas). Freeman, WH & Company.
7. Rodden, T. (2010). Manekenų genetika (2-asis leidimas). Indianapolis: „Wiley Publishing, Inc.“
8. Schrock, E., Manoir, S., Veldman, T., Schoell, B., Wienberg, J., Ning, Y., … Ried, T. (1996). Žmogaus chromosomų daugiaspalvis spektrinis kariotipas. Science, 273, 494–498.
9. Wang, T., Maierhofer, C., Speicher, MR, Lengauer, C., Vogelstein, B., Kinzler, KW, & Velculescu, VE (2002). Skaitmeninis kariotipų nustatymas. PNAS, 99 (25), 16156-16161.