KARIOTIPS: KAM TAS PAREDZĒTS, VEIDI, KĀ TAS TIEK DARĪTS, IZMAIŅAS - BIOLOĢIJA - 2025

Kariotips ir fotogrāfija komplekta metafāzes hromosomu ka detaļas aspektus to skaitu un struktūru. Medicīnas un bioloģisko zinātņu nozare, kas nodarbojas ar hromosomu un ar tām saistīto slimību izpēti, ir pazīstama kā citoģenētika.

Hromosomas ir struktūras, kurās tiek organizēti gēni, kas atrodas dezoksiribonukleīnskābes (DNS) molekulās. Eikariotos tie sastāv no hromatīna, histonu olbaltumvielu un DNS kompleksa, kas ir iesaiņots visu šūnu kodolā.

Cilvēka kariotips, kas iegūts ar fluorescējošām krāsvielām (Avots: Plociam ~ commonswiki, izmantojot Wikimedia Commons

Katras Zemes dzīvās būtnes šūnām ir noteikts hromosomu skaits. Piemēram, baktērijām ir tikai viens aplis, savukārt cilvēkiem 46 ir sakārtoti 23 pāros; un dažām putnu sugām ir līdz 80 hromosomu.

Atšķirībā no cilvēkiem, augu šūnās parasti ir vairāk nekā divi homologi (identiski) hromosomu komplekti. Šī parādība ir pazīstama kā poliploidija.

Visas instrukcijas, kas vajadzīgas dzīvu būtņu - vienšūnu vai daudzšūnu - augšanai un attīstībai, ir ietvertas DNS molekulās, kuras ir sakrītas hromosomās. Tāpēc ir svarīgi zināt tās struktūru un īpašības sugai vai jebkurai no tām.

Terminu kariotips 1920. gados pirmo reizi izmantoja Delaunajs un Levitskis, lai apzīmētu hromosomu raksturīgo fizikālo īpašību summu: to skaitu, lielumu un struktūras īpatnības.

Kopš tā laika tas tiek izmantots tam pašam mērķim mūsdienu zinātnes kontekstā; un tā izpēte pavada daudzus dažādu slimību klīniskās diagnosticēšanas procesus cilvēkā.

Cilvēka kariotips

46 hromosomu kopums (23 pāri), kas veido cilvēka genomu, ir pazīstams kā cilvēka kariotips un grafiski ir sakārtots pēc tādām īpašībām kā lielums un joslas raksturs, kas ir acīmredzams, pateicoties īpašu krāsošanas metožu izmantošanai.

Cilvēka kariotipa shematisks attēlojums (Avots: Mikael Häggström, izmantojot Wikimedia Commons)

No 23 hromosomu pāriem tikai 1 līdz 22 ir sakārtoti lieluma secībā. Somatiskajās šūnās, tas ir, neseksualās šūnās, tiek atrasti šie 22 pāri, un atkarībā no indivīda dzimuma - vīrieša vai sievietes - tiek pievienoti X hromosomu pāri (sievietes) vai XY pāri (vīrieši). .

Pārus no 1 līdz 22 sauc par autosomālajām hromosomām un tie ir vienādi abu dzimumu pārstāvjiem (vīriešu un sieviešu dzimuma), savukārt dzimuma hromosomas X un Y atšķiras viena no otras.

Kāds ir kariotips?

Kariotipa galvenā lietderība ir detalizētas zināšanas par sugas hromosomu slodzi un katras tās hromosomas īpašībām.

Lai arī dažas sugas ir polimorfas un poliploīdas attiecībā uz to hromosomām, tas ir, tām ir mainīga forma un to skaits visā dzīves ciklā, zināšanas par kariotipu parasti ļauj mums secināt par tām daudz svarīgas informācijas.

Pateicoties kariotipam, var diagnosticēt “liela mēroga” hromosomu izmaiņas, kurās iesaistīti lieli DNS fragmenti. Cilvēkiem daudzas garīgas invaliditātes slimības vai apstākļi un citi fiziski defekti ir saistīti ar smagām hromosomu anomālijām.

Kariotipu veidi

Kariotipi ir aprakstīti saskaņā ar apzīmējumu, ko apstiprinājusi Starptautiskā cilvēka citoģenētiskās nomenklatūras sistēma (ISCN).

Šajā sistēmā katrai hromosomai piešķirtais numurs ir saistīts ar tās lielumu, un parasti tie tiek sakārtoti no lielākā līdz mazākajam. Hromosomas tiek parādītas kariotipos kā māsu hromatīdu pāri ar mazo roku (p) uz augšu.

Kariotipu tipus izšķir ar paņēmieniem, kas izmantoti to iegūšanai. Parasti atšķirība slēpjas krāsošanas vai "marķēšanas" veidos, ko izmanto, lai atšķirtu vienu hromosomu no citas.

Šeit ir īss dažu līdz šim zināmo paņēmienu kopsavilkums:

Cieta krāsošana

Tajā hromosomu vienmērīgai krāsošanai izmanto tādas krāsvielas kā Giemsa un orceīns. To plaši izmantoja līdz 70. gadu sākumam, jo ​​tolaik tās bija vienīgās zināmās krāsvielas.

G-joslas vai Giemsa traipu

Tas ir klasiskajā citoģenētikā visvairāk izmantotais paņēmiens. Hromosomas iepriekš tiek sagremotas ar tripsīnu un pēc tam iekrāsotas. Joslu modelis, kas iegūts pēc krāsošanas, ir specifisks katrai hromosomai un ļauj detalizēti izpētīt tās struktūru.

Giemsa krāsošanai ir alternatīvas metodes, taču tās dod ļoti līdzīgus rezultātus, piemēram, Q joslas un reversās R joslas (kur novērotās tumšās joslas ir gaismas joslas, kas iegūtas ar G joslu).

Konstruktīva C josla

Tas īpaši krāso heterohromatīnu, īpaši to, kas atrodams centromēros. Tas arī krāso dažus materiālus akrocentrisko hromosomu īsajās rokās un Y hromosomas garās rokas distālajā reģionā.

Replikācijas joslas

To izmanto neaktīvās X hromosomas identificēšanai un ietver nukleotīda analoga (BrdU) pievienošanu.

Sudraba traips

Vēsturiski to izmanto, lai identificētu nukleolāros organizācijas reģionus, kas satur daudz ribosomu RNS kopiju un ir atrodami centromēros reģionos.

Distamicīna A / DAPI krāsošana

Tā ir fluorescējoša krāsošanas metode, kas atšķir heterochromatīnu no 1., 9., 15., 16. hromosomas un no Y hromosomas cilvēkiem. Īpaši to izmanto, lai atšķirtu 15. hromosomas apgriezto dublēšanos.

Fluorescējoša in situ hibridizācija (FISH)

Atzīta par lielāko citoģenētisko progresu pēc 1990. gadiem, tā ir spēcīga tehnika, ar kuras palīdzību var atšķirt submikroskopiskās izdzēšanas. Tajā tiek izmantotas fluorescējošas zondes, kas īpaši saistās ar hromosomu DNS molekulām, un šai metodei ir vairāki varianti.

Salīdzinošā genoma hibridizācija (CGH)

Tas arī izmanto fluorescējošas zondes, lai diferencēti marķētu DNS, bet izmanto zināmus salīdzināšanas standartus.

Citas metodes

Citas modernākas metodes tieši neietver hromosomu struktūras analīzi, bet gan tieši DNS sekvences izpēti. Tie ietver mikrorajonus, sekvencēšanu un citas metodes, kuru pamatā ir PCR (polimerāzes ķēdes reakcija) pastiprināšana.

Kā tiek veikts kariotips?

Ir dažādas metodes, kā veikt hromosomu vai kariotipa izpēti. Daži no tiem ir sarežģītāki nekā citi, jo tie ļauj noteikt mazas nemanāmas izmaiņas ar visbiežāk izmantotajām metodēm.

Citoģenētiskās analīzes kariotipa iegūšanai parasti veic no šūnām, kas atrodas mutes gļotādā vai asinīs (izmantojot limfocītus). Ja pētījumi tiek veikti ar jaundzimušajiem, paraugus ņem no amnija šķidruma (invazīvas metodes) vai no augļa asins šūnām (neinvazīvas metodes).

Kariotipa veikšanas iemesli ir dažādi, taču daudzkārt tie tiek veikti slimību diagnosticēšanai, auglības pētījumiem vai citu iemeslu dēļ, lai noskaidrotu atkārtotu abortu vai augļa nāves un vēža cēloņus.

Kariotipa testa veikšanas darbības ir šādas:

1-Parauga iegūšana (neatkarīgi no tā avota).

2-Šūnu atdalīšana, vitāli svarīgs solis, īpaši asins paraugos. Daudzos gadījumos dalāmās šūnas ir jānodala no dalāmām šūnām, izmantojot īpašus ķīmiskos reaģentus.

3-šūnu augšana. Dažreiz ir nepieciešams audzēt šūnas piemērotā barotnē, lai iegūtu lielāku to daudzumu. Atkarībā no parauga veida tas var aizņemt vairāk nekā pāris dienas.

4-šūnu sinhronizācija. Lai vienlaikus novērotu kondensētās hromosomas visās kultivētajās šūnās, ir nepieciešams tās “sinhronizēt” ar ķīmisku apstrādi, kas aptur šūnu dalīšanos, kad hromosomas ir kompaktas un tāpēc redzamas.

5-Hromosomu iegūšana no šūnām. Lai tos redzētu zem mikroskopa, hromosomas ir "jāizvelk" no šūnām. Parasti to panāk, apstrādājot tos ar šķīdumiem, kas izraisa to eksplodēšanu un sadalīšanos, atbrīvojot hromosomas.

6-krāsošana. Kā uzsvērts iepriekš, hromosomas jākrāso ar vienu no daudzajām pieejamajām metodēm, lai varētu tās novērot mikroskopā un veikt atbilstošo pētījumu.

7-analīze un skaitīšana. Hromosomas tiek detalizēti novērotas, lai noteiktu to identitāti (gadījumā, ja to iepriekš zināt), morfoloģiskās īpašības, piemēram, lielumu, centromēra novietojumu un joslu struktūru, hromosomu skaitu paraugā utt.

8-klasifikācija. Viens no grūtākajiem citoģenētiķu uzdevumiem ir hromosomu klasifikācija, salīdzinot to īpašības, jo ir jānosaka, kura hromosoma ir kura. Tā kā paraugā ir vairāk nekā viena šūna, tajā pašā hromosomā būs vairāk nekā viens pāris.

Hromosomu anomālijas

Pirms aprakstīt dažādas iespējamās hromosomu izmaiņas un to sekas cilvēku veselībai, jāiepazīstas ar hromosomu vispārējo morfoloģiju.

Hromosomu morfoloģija

Hromosomas ir struktūras, kas izskatās lineāras un kurām ir divas “rokas”, mazā (p) un lielākā (q), kuras viena no otras atdala ar reģionu, kas pazīstams kā centromērs, specializēta DNS vieta, kas piedalās vārpstas enkurošanā. mitotisko šūnu dalīšanās laikā.

Centromērs var atrasties abu ieroču p un q centrā, tālu no centra vai tuvu vienam no to galiem (metacentrisks, submetacentrisks vai akrocentrisks).

Īsās un garās rokas galos hromosomās ir “vāciņi”, kas pazīstami kā telomēri, kas ir īpašas DNS sekvences, kas bagātas ar TTAGGG atkārtojumiem, un kas ir atbildīgas par DNS aizsardzību un homosomu saplūšanas novēršanu.

Šūnu cikla sākumā hromosomas tiek uzskatītas par atsevišķām hromatīdām, bet šūnai atkārtojoties, veidojas divas māsas hromatīdas, kurām ir vienāds ģenētiskais materiāls. Tieši šie hromosomu pāri ir redzami kariotipa fotogrāfijās.

Hromosomām ir atšķirīga "iesaiņošanās" vai "kondensācijas" pakāpe: heterohromatīns ir viskondensētākā forma un ir transkripcijā neaktīvs, turpretim eihromatīns atbilst brīvākajiem reģioniem un ir transkripcijā aktīvs.

Kariotipā, kā uzsvērts iepriekš, katru hromosomu izšķir pēc lieluma, centromēra novietojuma un joslu struktūras, ja tās iekrāso ar dažādām metodēm.

Hromosomu anomālijas

No patoloģiskā viedokļa var noteikt specifiskas hromosomu izmaiņas, kuras regulāri novēro cilvēku populācijās, lai gan citi dzīvnieki, augi un kukaiņi no tiem nav atbrīvoti.

Novirzes bieži ir saistītas ar hromosomas reģionu vai visu hromosomu izdzēšanu un dublēšanos.

Šie defekti ir zināmi kā aneuploidies, kas ir hromosomu izmaiņas, kas ietver pilnīgas hromosomas vai tās daļu zaudējumu vai ieguvumu. Zaudējumus sauc par monosomijām, bet ieguvumus - par trisomijām, un daudzi no tiem ir nāvējoši augļiem.

Var būt arī hromosomu inversijas gadījumi, kad gēnu secības secība mainās vienlaicīgu pārtraukumu un kļūdaina daža hromosomas reģiona labošanas dēļ.

Translokācijas ir arī hromosomu izmaiņas, kas saistītas ar izmaiņām lielās hromosomu daļās, kuras notiek apmaiņā starp nehomoloģiskām hromosomām un kuras var būt vai nebūt abpusējas.

Pastāv arī izmaiņas, kas saistītas ar tiešiem hromosomu DNS saturošo gēnu secības bojājumiem; un ir pat daži, kas saistīti ar genoma "zīmēm", kuras var radīt viens no diviem vecākiem pārmantots materiāls.

Cilvēku slimības, kas atklātas ar kariotipiem

Hromosomu izmaiņu citoģenētiskā analīze pirms un pēc dzimšanas ir būtiska zīdaiņu visaptverošai klīniskajai aprūpei neatkarīgi no šajā nolūkā izmantotās tehnikas.

Dauna sindroms ir viena no kariotipa pētījumā visbiežāk atklātajām patoloģijām, un tas ir saistīts ar 21. hromosomas nesadalīšanu, tāpēc to sauc arī par 21. trizomiju.

Cilvēka kariotips ar trisomiju 21. hromosomā (Avots: ASV Enerģētikas departamenta Cilvēka genoma programma. Via Wikimedia Commons)

Daži vēža veidi tiek atklāti, izpētot kariotipu, jo tie ir saistīti ar hromosomu izmaiņām, īpaši ar gēnu dzēšanu vai dublēšanos, kas tieši saistīti ar onkogēniem procesiem.

Kariotipa analīzē tiek diagnosticēti daži autisma veidi, un ir pierādīts, ka dažos no šiem stāvokļiem cilvēkiem ir iesaistīta 15. hromosomas dublēšanās.

Starp citām patoloģijām, kas saistītas ar dzēšanu 15. hromosomā, ir Pradera-Vili sindroms, kas izraisa tādus simptomus kā muskuļu tonusa trūkums un zīdaiņu elpošanas nepietiekamība.

“Raudošā kaķa” sindroms (no franču cri-du-chat) nozīmē 5. hromosomas īsās rokas zaudēšanu, un viena no vistiešākajām metodēm tās diagnosticēšanai ir kariotipa citoģenētiskā izpēte.

Daļu pārvietošana starp 9. un 11. hromosomu raksturo pacientus, kuri cieš no bipolāriem traucējumiem, kas ir īpaši saistīti ar 11. hromosomas gēna traucējumiem. Dažādi iedzimti defekti ir novēroti arī citos šīs hromosomas defektos.

Saskaņā ar pētījumu, kuru veica Weh et al., 1993. gadā vairāk nekā 30% pacientu, kuri cieš no multiplās mielomas un plazmas šūnu leikēmijas, ir kariotipi ar hromosomām, kuru struktūras ir novirzes vai anomālijas, it īpaši 1., 11. un 14. hromosomā. .

Atsauces

1. Alberts, B., Deniss, B., Hopkins, K., Džonsons, A., Lūiss, J., Rafs, M., … Valters, P. (2004). Būtiskā šūnu bioloģija. Abingdons: Garland Science, Taylor & Francis grupa.
2. Battaglia, E. (1994). Nukleosoma un nukleotips: terminoloģiska kritika. Caryologia, 47 (3–4), 37–41.
3. Elsheikh, M., Wass, JAH, & Conway, G. (2001). Autoimūns vairogdziedzera sindroms sievietēm ar Tērnera sindromu - saistība ar kariotipu. Klīniskā endokrinoloģija, 223. – 226.
4. Ferguss, K. (2018). Ļoti laba veselība. Saturs no vietnes www.verywellhealth.com/how-to-how-is-a-kariotipa tips-test-done-1120402
5. Gardners, R., & Amor, D. (2018). Gārdnera un Šēterlanda hromosomu anomālijas un ģenētiskās konsultācijas (5. izdevums). Ņujorka: Oxford University Press.
6. Griffiths, A., Wessler, S., Lewontin, R., Gelbart, W., Suzuki, D., & Miller, J. (2005). Ievads ģenētiskajā analīzē (8. izdevums). Freeman, WH & Company.
7. Roddens, T. (2010). Manekenu ģenētika (2. izdevums). Indianapolisa: Wiley Publishing, Inc.
8. Schrock, E., Manoir, S., Veldman, T., Schoell, B., Wienberg, J., Ning, Y., … Ried, T. (1996). Cilvēka hromosomu daudzkrāsu spektrālā kariotipēšana. Zinātne, 273, 494–498.
9. Wang, T., Maierhofer, C., Speicher, MR, Lengauer, C., Vogelstein, B., Kinzler, KW, & Velculescu, VE (2002). Digitālā kariotipēšana. PNAS, 99 (25), 16156-16161.