KARIOTÍPUS: MIRE SZOLGÁL, TÍPUSAI, HOGYAN TÖRTÉNIK, VÁLTOZTATÁSOK - BIOLÓGIA - 2026

A kariotípus a metafázis-kromoszómák teljes készletének fényképe, amely részletezi azok számát és felépítését. Az orvostudomány és a biológia tudományágát, amely a kromoszómák és a kapcsolódó betegségek vizsgálatával foglalkozik, citogenetikának nevezzük.

A kromoszómák azok a struktúrák, amelyekben a dezoxiribonukleinsav (DNS) molekulákban lévő gének szerveződnek. Az eukariótákban kromatinból, hisztonfehérjék és DNS komplexéből állnak, amelyek az összes sejt magjába vannak csomagolva.

Fluoreszcens festékekkel kapott emberi kariotípus (Forrás: Plociam ~ commonswiki a Wikimedia Commons segítségével)

A Földön élő összes élőlény sejtjei bizonyos számú kromoszómával rendelkeznek. Például a baktériumoknak csak egy kör van, míg az embereknek 46 pár van 23 párban; és néhány madárfaj akár 80 kromoszómával rendelkezik.

Az emberekkel ellentétben a növényi sejtek általában kétnél több homológ (azonos) kromoszómakészlettel rendelkeznek. Ez a jelenség poliploidia néven ismert.

Az egy- vagy többsejtű élőlények növekedéséhez és fejlődéséhez szükséges összes útmutatást a DNS-molekulák tartalmazzák, amelyeket a kromoszómákon tekercselnek. Ezért fontos a faj vagy az egyén bármelyikének felépítésének és tulajdonságainak ismerete.

A kariotípus kifejezést az 1920-as években használták először Delaunay és Levitsky, hogy meghatározzák a kromoszómák jellemző fizikai tulajdonságainak összegét: számuk, méretüket és szerkezeti sajátosságaikat.

Azóta ugyanezen célra használják a modern tudomány összefüggésében; és ennek tanulmányozása az emberek különböző betegségeinek klinikai diagnosztizálásának számos folyamatát kíséri.

Emberi kariotípus

Az emberi genomot alkotó 46 kromoszóma (23 pár) halmazát kariotípusnak nevezik, és grafikusan vannak elrendezve olyan jellemzők, mint a méret és a csíkozási mintázat alapján, ami nyilvánvaló a speciális festési technikák alkalmazásának köszönhetően.

Az emberi kariotípus sematikus ábrázolása (Forrás: Mikael Häggström a Wikimedia Commons segítségével)

A 23 kromoszómapár közül csak 1-től 22-ig van elhelyezve méretük szerint. A szomatikus sejtekben, azaz a nem szexuális sejtekben ezek a 22 pár megtalálhatók, és az egyén nemétől függően, akár férfi, akár nő, egy pár X kromoszómát (nők) vagy az XY párt (férfiak) adunk hozzá..

Az 1–22. Párokat autoszomális kromoszómáknak nevezzük, és mindkét nemben (férfi és nő) azonosak, míg az X és Y nemi kromoszómák különböznek egymástól.

Mi a kariotípus?

A kariotípus fő haszna a faj kromoszómás terhelésének és az egyes kromoszómák jellemzőinek részletes ismerete.

Bár néhány faj polimorf és poliploid kromoszómájukhoz viszonyítva, vagyis változó alakú és számú ezek egész életciklusuk alatt, a kariotípus ismerete általában sok fontos információ bevezetését teszi lehetővé róluk.

A kariotípusnak köszönhetően a „nagy léptékű” kromoszómaváltozások diagnosztizálhatók nagy DNS-darabokat érintve. Emberben sok mentális fogyatékossággal járó betegség vagy állapot és egyéb fizikai rendellenességek kapcsolódnak súlyos kromoszómaelváltozásokhoz.

A kariotípusok típusai

A kariotípusokat az emberi citogenetikai nómenklatúra nemzetközi rendszere (ISCN) által jóváhagyott jelölés szerint írják le.

Ebben a rendszerben az egyes kromoszómákhoz rendelt számok méretükkel függnek, és általában a legnagyobbtól a legkisebbig vannak rendezve. A kromoszómákat kariotípusokban mutatjuk be nővérkromatidok párjaként, a kis karral (p) felfelé nézve.

A kariotípusok típusait megkülönböztetik az előállításukhoz használt technikák. Általában a különbség az egyik kromoszóma másiktól való megkülönböztetésére használt festési vagy "jelölési" típusokban rejlik.

Itt található a mai napig ismert technikák rövid összefoglalása:

Szilárd folt

Ebben olyan színezékeket, mint a Giemsa és az orcein használják a kromoszómák egyenletes festésére. Az 1970-es évek elejéig széles körben használták, mivel akkoriban ezek voltak az egyetlen ismert festékanyag.

G-band vagy Giemsa folt

Ez a leggyakrabban alkalmazott technika a klasszikus citogenetikában. A kromoszómákat előzőleg tripszinnel emésztjük, majd megfestjük. A festés után kapott sávok mintázata minden kromoszómára specifikus, és lehetővé teszi annak szerkezetének részletes vizsgálatát.

Vannak alternatív módszerek a Giemsa-festéshez, de nagyon hasonló eredményeket adnak, mint például a Q-sáv és a fordított R-sáv (ahol a megfigyelt sötét sávok a G-sávval kapott fénysávok).

Konstitutív C-sáv

Specifikusan megfesti a heterokromatint, különösen a centromerekben találhatókat. Színez egy anyagot az akrocentrikus kromoszómák rövid karjaiban és az Y kromoszóma hosszú karjának disztális régiójában is.

Replikációs sávok

Az inaktív X kromoszóma azonosítására szolgál, és magában foglal egy nukleotid analógot (BrdU).

Ezüst folt

A történelem során olyan nukleáris szervezeti régiók azonosítására használták, amelyek a riboszómális RNS sok példányát tartalmazzák és a centromer régiókban találhatók.

Distamycin A / DAPI festés

Ez egy fluoreszcens festési módszer, amely megkülönbözteti a heterochromatint az 1., 9., 15., 16. kromoszómától és az Y-kromoszómától az emberekben. Különösen arra használják, hogy megkülönböztessék a 15. kromoszóma fordított duplikációját.

Fluoreszcens in situ hibridizáció (FISH)

Az 1990-es évek utáni legnagyobb citogenetikai fejlődésnek elismert, ez egy hatékony technika, amellyel meg lehet különböztetni a szubmikroszkópos deléciókat. Olyan fluoreszcens próbákat alkalmaz, amelyek specifikusan kötődnek a kromoszómális DNS-molekulákhoz, és a módszernek több változata létezik.

Összehasonlító genomi hibridizáció (CGH)

Fluoreszcens próbákat is alkalmaz a DNS differenciális jelölésére, de ismert összehasonlító standardokat alkalmaz.

Egyéb technikák

Más korszerűbb technikák nem közvetlenül magukban foglalják a kromoszomális szerkezet elemzését, hanem inkább a DNS-szekvencia közvetlen vizsgálatát. Ide tartoznak a mikrotáblák, a szekvenálás és a PCR (polimeráz láncreakció) amplifikáción alapuló egyéb technikák.

Hogyan történik a kariotípus végrehajtása?

Különböző technikák vannak a kromoszómák vagy kariotípusok vizsgálatának elvégzésére. Néhányuk kifinomultabb, mint mások, mivel lehetővé teszik a kis észlelhetetlen változások észlelését a leggyakrabban használt módszerekkel.

A kariotípus megszerzése céljából a citogenetikai analízist általában a szájnyálkahártyán vagy a vérben lévő sejtekből (limfociták felhasználásával) végzik. Újszülötteknél végzett vizsgálatok esetén mintákat vesznek az amniotikus folyadékból (invazív technikák) vagy a magzati vérsejtekből (nem invazív technikák).

A kariotípus elvégzésének okai sokféle, de sokszor betegségek diagnosztizálására, termékenységi vizsgálatokra, vagy többek között a visszatérő abortuszok, magzati halálesetek és rákok okai feltárására.

A kariotípus-teszt végrehajtásának lépései a következők:

1 - A minta beszerzése (a forrástól függetlenül).

A sejtek szétválasztása, létfontosságú lépés, különösen a vérmintákban. Sok esetben az osztó sejteket külön kémiai reagensekkel kell elválasztani a megosztó sejtektől.

3-sejtes növekedés. Időnként a sejteket megfelelő tenyésztő tápközegben kell tenyésztni, hogy nagyobb mennyiségű oldatot kapjanak. Ez a minta típusától függően több mint néhány napot igénybe vehet.

4-cellák szinkronizálása. Az összes tenyésztett sejt kondenzált kromoszómáinak egyidejű megfigyeléséhez meg kell szinkronizálni azokat kémiai kezelésekkel, amelyek megállítják a sejtosztódást, amikor a kromoszómák kompaktsabbak és ezért láthatóak.

5 - Kromoszómák megszerzése a sejtekből. A mikroszkóp alatt történő látásukhoz a kromoszómákat ki kell húzni a sejtekből. Ezt általában úgy érik el, ha ezeket olyan oldatokkal kezelik, amelyek felszakadást és szétesést okoznak, felszabadítva a kromoszómákat.

6-Festési. Amint azt a fentiekben kiemeltük, a kromoszómákat a rendelkezésre álló sokféle módszer egyikével meg kell festeni, hogy mikroszkóp alatt megfigyelhessük őket és elvégezzük a megfelelő vizsgálatot.

7-elemzés és számolás. A kromoszómákat részletesen megfigyeljük identitásuk (előzetes megismerés esetén), morfológiai jellemzőik, például méret, a centromer helyzete és sávos mintázat, a mintában szereplő kromoszómák száma stb.

8-osztályozás. A citogenetikusok egyik legnehezebb feladata a kromoszómák osztályozása jellemzőik összehasonlításával, mivel meg kell határozni, hogy melyik kromoszóma melyik. Ennek oka az, hogy mivel a mintában egynél több sejt van, ugyanazon kromoszóma több mint egy párja lesz.

Kromoszóma rendellenességek

A lehetséges kromoszómaváltozások és azok emberi egészségre gyakorolt ​​következményeinek leírása előtt meg kell ismerkedni a kromoszómák általános morfológiájával.

Kromoszóma morfológia

A kromoszómák olyan struktúrák, amelyek lineárisnak tűnnek, és két „karjukkal” rendelkeznek, egy kicsivel (p) és egy nagyobbival (q), amelyeket egymástól egy centromerként ismert régió választ el, amely egy speciális DNS-hely, amely részt vesz az orsó rögzítésében. mitotikus mitotikus sejtosztódás során.

A centrométer a két p és q kar közepén helyezkedhet el, távol a központtól, vagy annak egyik végéhez közel (metacentrikus, szubmetacentrikus vagy akrocentrikus).

A rövid és a hosszú kar végén a kromoszómák telomerként ismert „sapkákkal” rendelkeznek, amelyek a TTAGGG ismétlésekben gazdag DNS-szekvenciák, amelyek felelősek a DNS védelmében és a kromoszóma közötti fúzió megakadályozásában.

A sejtciklus elején a kromoszómákat különálló kromatidoknak tekintik, de a sejt replikálásakor két testvérkromatid képződik, amelyek ugyanazt a genetikai anyagot osztják. Ezek a kromoszómás párok láthatók a kariotípusú fényképeken.

A kromoszómák eltérő fokú "csomagolása" vagy "kondenzációja" vannak: a heterochromatin a legkondenzáltabb forma és transzkripciósan inaktív, míg az euchromatin a leglagasabb régióknak felel meg, és transzkripciósan aktív.

A kariotípusban az egyes kromoszómákat - amint azt korábban kiemeltük - megkülönböztetjük méretük, centromerjük elhelyezkedése és a csíkozási mintázat alapján, ha különböző technikákkal festettük őket.

Kromoszóma rendellenességek

Kóros szempontból specifikus kromoszómaváltozásokat lehet meghatározni, amelyeket rendszeresen megfigyelnek az emberi populációkban, bár más állatok, növények és rovarok nem mentesülnek ezek alól.

A rendellenességeknek gyakran a kromoszóma régiói vagy a teljes kromoszóma delécióival és duplikációjával kell összefüggniük.

Ezeket a hibákat aneuploidies néven ismerték, amelyek kromoszóma változások, amelyek a teljes kromoszóma vagy annak egy részének elvesztését vagy nyerését jelentik. A veszteségeket monoszómiákként, a nyereségeket pedig trómiákként ismerték, amelyek közül sok halálos a fejlődő magzatra.

Előfordulhatnak olyan esetek is, amikor a kromoszómális inverziók megváltoznak, amikor a génszekvencia sorrendje megváltozik a kromoszóma egyes részeinek egyidejű törése és téves javítása miatt.

A transzlokációk olyan kromoszómális változások is, amelyek a kromoszómák nagy részeiben bekövetkező változásokkal járnak, amelyek nem homológ kromoszómák között cserélődnek és lehetnek kölcsönösek, vagy nem.

Vannak olyan változások is, amelyek a kromoszómális DNS-ben lévő gének szekvenciájának közvetlen károsodásához kapcsolódnak; és vannak olyanok is, amelyek a genomi „jelek” hatásaival kapcsolatosak, amelyeket a két szülő egyikétől örökölt anyag hozhat magával.

Kariotípusokkal kimutatott emberi betegségek

A születés előtti és utáni kromoszómaváltozások citogenetikai elemzése elengedhetetlen a csecsemők átfogó klinikai ellátásához, függetlenül az erre a célra alkalmazott technikától.

A Down-szindróma az egyik leggyakrabban felfedezett patológia a kariotípus-vizsgálatban, és a 21. kromoszóma nem-diszjunktúrájához kapcsolódik, ezért is nevezik a 21. trisózisnak.

A 21. kromoszómában triszómiás ember kariotípusa (Forrás: az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának humán genom programja. Via Wikimedia Commons)

A rák bizonyos típusait a kariotípus tanulmányozásával lehet kimutatni, mivel ezek kapcsolatban vannak a kromoszómális változásokkal, különös tekintettel az onkogén folyamatokhoz közvetlenül kapcsolódó gének deléciójára vagy duplikációjára.

Az autizmus bizonyos típusait a kariotípus elemzés alapján diagnosztizálják, és kimutatták, hogy a 15. kromoszóma megismétlése részt vesz ezekben a patológiákban az emberekben.

A 15. kromoszóma delécióival járó egyéb patológiák között szerepel a Prader-Willi szindróma, amely olyan tüneteket okoz, mint az izomtónus hiánya és a légzés elégtelensége csecsemőkben.

A „síró macska” szindróma (a francia cri-du-chat-ból származik) az 5. kromoszóma rövid karjának elvesztését vonja maga után, és diagnosztizálásának egyik legközvetlenebb módszere a kariotípus citogenetikai vizsgálata.

Az alkatrészek transzlokációja a 9. és a 11. kromoszóma között a bipoláris rendellenességben szenvedő betegeket jellemzi, különös tekintettel a 11. kromoszómán levő gén megsemmisítésére. Ezen kromoszóma más hibáit is megfigyelték a különféle születési rendellenességekben.

Weh és munkatársai által 1993-ban elvégzett tanulmány szerint a multiplex mielómában és plazmasejtes leukémiában szenvedő betegek több mint 30% -ának van kariotípusa olyan kromoszómákkal, amelyek szerkezete eltérő vagy rendellenes, különösen az 1., 11. és 14. kromoszómán..

Irodalom

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… Walter, P. (2004). Alapvető sejtbiológia. Abingdon: Garland Science, Taylor és Francis csoport.
2. Battaglia, E. (1994). Nukleoszóma és nukleotípus: terminológiai kritika. Caryologia, 47 (3–4), 37–41.
3. Elsheikh, M., Wass, JAH és Conway, G. (2001). Turner-szindrómás nők autoimmun pajzsmirigy-szindróma - a kariotípus társulása. Klinikai endokrinológia, 223–226.
4. Fergus, K. (2018). VeryWell Health. Vissza a következőhöz: www.verywellhealth.com/how-to-how-is-a-karyotype-test-done-1120402
5. Gardner, R., és Amor, D. (2018). Gardner és Sutherland kromoszóma rendellenességei és genetikai tanácsadás (5. kiadás). New York: Oxford University Press.
6. Griffiths, A., Wessler, S., Lewontin, R., Gelbart, W., Suzuki, D. és Miller, J. (2005). Bevezetés a genetikai elemzéshez (8. kiadás). Freeman, WH & Company.
7. Rodden, T. (2010). Dummák genetikája (2. kiadás). Indianapolis: Wiley Publishing, Inc.
8. Schrock, E., Manoir, S., Veldman, T., Schoell, B., Wienberg, J., Ning, Y.,… Ried, T. (1996). Az emberi kromoszómák többszínű spektrális kariotipizálása. Science, 273, 494-498.
9. Wang, T., Maierhofer, C., Speicher, MR, Lengauer, C., Vogelstein, B., Kinzler, KW, és Velculescu, VE (2002). Digitális kariotipizálás. PNAS, 99 (25), 16156-16161.