KARYOTYPE: HVAD ER DET TIL, TYPER, HVORDAN GØRES DET, ÆNDRINGER - BIOLOGI - 2025

Den karyotype er et fotografi af det komplette sæt af metafase kromosomer, der detaljer aspekter af deres antal og struktur. Den afdeling af medicinske og biologiske videnskaber, der beskæftiger sig med undersøgelsen af ​​kromosomer og beslægtede sygdomme, er kendt som cytogenetik.

Kromosomer er strukturer, hvor generne indeholdt i deoxyribonukleinsyre (DNA) molekyler er organiseret. I eukaryoter er de sammensat af kromatin, et kompleks af histonproteiner og DNA, der er pakket i kernen i alle celler.

Human karyotype opnået med fluorescerende farvestoffer (Kilde: Plociam ~ commonswiki via Wikimedia Commons

Cellerne i enhver levende ting på Jorden har et bestemt antal kromosomer. Bakterier har for eksempel kun en cirkulær, mens mennesker har 46 organiseret i 23 par; og nogle fuglearter har op til 80 kromosomer.

I modsætning til mennesker har planteceller generelt mere end to homologe (identiske) sæt kromosomer. Dette fænomen kaldes polyploidy.

Alle de instruktioner, der er nødvendige for vækst og udvikling af levende væsener, unicellulære eller multicellulære, er indeholdt i DNA-molekylerne, der er opviklet på kromosomerne. Derfor er vigtigheden af ​​at kende dens struktur og karakteristika i en art eller hos nogen af ​​dens individer.

Udtrykket karyotype blev brugt for første gang i 1920'erne af Delaunay og Levitsky til at betegne summen af ​​de karakteristiske fysiske egenskaber ved kromosomer: deres antal, størrelse og strukturelle særegenheder.

Siden da bruges det til det samme formål inden for moderne videnskab; og studiet af det ledsager mange processer til den kliniske diagnose af forskellige sygdomme hos mennesker.

Human karyotype

Den humane karyotype er kendt som sættet af 46 kromosomer (23 par), der udgør det humane genom, og som er arrangeret grafisk i henhold til egenskaber som størrelse og båndmønster, hvilket er tydeligt takket være brugen af ​​specielle farvningsteknikker.

Skematisk gengivelse af den menneskelige karyotype (Kilde: Mikael Häggström via Wikimedia Commons)

Af de 23 par kromosomer er kun 1 til 22 arrangeret i størrelsesorden. I somatiske celler, det vil sige i ikke-seksuelle celler, findes disse 22 par, og afhængigt af individets køn, uanset om han eller kvinde er tilføjet et par X-kromosomer (kvinder) eller XY-paret (mænd)..

Parene 1 til 22 kaldes autosomale kromosomer og er de samme i begge køn (mand og kvinde), mens kønskromosomerne, X og Y, er forskellige fra hinanden.

Hvad er karyotypen til?

Den vigtigste nytte af en karyotype er den detaljerede viden om kromosombelastningen af ​​en art og egenskaberne for hver af dens kromosomer.

Selvom nogle arter er polymorfe og polyploide i forhold til deres kromosomer, dvs. at de har forskellige former og antal af disse gennem hele deres livscyklus, giver kendskab til karyotypen os normalt mulighed for at udlede en masse vigtig information om dem.

Takket være karyotypen kan kromosomale ændringer i en "stor skala", der involverer store stykker DNA, diagnosticeres. Hos mennesker er mange mentalt handicappede sygdomme eller tilstande og andre fysiske defekter relateret til alvorlige kromosomale abnormiteter.

Typer af karyotyper

Karyotyper er beskrevet i henhold til notationen, der er godkendt af det internationale system for human cytogenetisk nomenklatur (ISCN).

I dette system har antallet, der er tildelt hvert kromosom, at gøre med dens størrelse, og de bestilles normalt fra største til mindste. Kromosomer præsenteres i karyotyper som par af søsterchromatider med den lille arm (p) vendt opad.

Typerne af karyotyper skelnes ved de teknikker, der anvendes til at opnå dem. Normalt ligger forskellen i de typer farvning eller "mærkning", der bruges til at differentiere et kromosom fra et andet.

Her er en kort oversigt over nogle af de hidtil kendte teknikker:

Fast farvning

I dette bruges farvestoffer såsom Giemsa og orcein til at farve kromosomerne jævnt. Det blev brugt meget indtil de tidlige 1970'ere, da de var de eneste kendte farvestoffer i den tid.

G-band eller Giemsa-plet

Det er den mest anvendte teknik inden for klassisk cytogenetik. Kromosomer fordøjes tidligere med trypsin og farves derefter. Mønsteret af bånd opnået efter farvning er specifikt for hvert kromosom og tillader detaljerede undersøgelser af dets struktur.

Der er alternative metoder til Giemsa-farvning, men de giver meget lignende resultater, såsom Q-banding og omvendt R-banding (hvor de observerede mørke bånd er de lyse bånd opnået med G-banding).

Konstitutivt C-band

Det pletter specifikt heterochromatin, især det, der findes i centromererne. Det pletter også noget materiale i de korte arme af de akrocentre kromosomer og det distale område af Y-kromosomets lange arm.

Replikeringsbånd

Det bruges til at identificere det inaktive X-kromosom og involverer tilsætningen af ​​en nukleotidanalog (BrdU).

Sølvplet

Det er historisk blevet brugt til at identificere nukleolære organisationsregioner, der indeholder mange kopier af ribosomalt RNA og findes i de centromere regioner.

Distamycin A / DAPI-farvning

Det er en fluorescerende farvningsteknik, der adskiller heterochromatin fra kromosomer 1, 9, 15, 16 og fra Y-kromosomet hos mennesker. Det bruges især til at skelne den inverterede duplikering af kromosom 15.

Fluorescerende in situ hybridisering (FISH)

Anerkendt som det største cytogenetiske fremskridt efter 1990'erne, er det en kraftfuld teknik, hvor submikroskopiske sletninger kan skelnes. Det anvender fluorescerende prober, der specifikt binder til kromosomale DNA-molekyler, og der er flere varianter af teknikken.

Sammenligningsgenomisk hybridisering (CGH)

Det bruger også fluorescerende sonder til differentielt mærkning af DNA, men bruger kendte sammenligningsstandarder.

Andre teknikker

Andre mere moderne teknikker involverer ikke direkte analysen af ​​den kromosomale struktur, men snarere den direkte undersøgelse af DNA-sekvensen. Disse inkluderer mikroarrays, sekventering og andre teknikker baseret på PCR (polymerasekædereaktion) amplificering.

Hvordan udføres en karyotype?

Der er forskellige teknikker til at gennemføre undersøgelsen af ​​kromosomer eller karyotype. Nogle er mere sofistikerede end andre, da de tillader påvisning af små umærkelige ændringer ved hjælp af de mest anvendte metoder.

Cytogenetiske analyser til opnåelse af karyotypen udføres ofte fra celler, der er til stede i mundslimhinden eller i blodet (ved hjælp af lymfocytter). I tilfælde af undersøgelser udført på nyfødte, udtages prøver fra fostervand (invasive teknikker) eller fra føtal blodceller (ikke-invasive teknikker).

Årsagerne til, at der udføres en karyotype, er forskellige, men mange gange udføres de med henblik på diagnosticering af sygdomme, fertilitetsundersøgelser eller for at finde ud af årsagerne til tilbagevendende aborter eller føtal dødsfald og kræftformer, blandt andet.

Trinene til udførelse af en karyotype-test er som følger:

1 - Få prøven (uanset hvilken kilde den er).

2-Adskillelse af celler, et meget vigtigt trin, især i blodprøver. I mange tilfælde er det nødvendigt at adskille opdelende celler fra opdelende celler ved hjælp af specielle kemiske reagenser.

3-celle vækst. Nogle gange er det nødvendigt at dyrke cellerne i et passende kulturmedium for at opnå en større mængde af dem. Dette kan tage mere end et par dage, afhængigt af prøvetypen.

4-synkronisering af celler. For at observere de kondenserede kromosomer i alle dyrkede celler på samme tid er det nødvendigt at "synkronisere" dem ved hjælp af kemiske behandlinger, der stopper celledelingen, når kromosomerne er mere kompakte og derfor synlige.

5-opnåelse af kromosomer fra celler. For at se dem under mikroskopet skal kromosomerne "trækkes" ud af cellerne. Dette opnås normalt ved at behandle disse med opløsninger, der får dem til at sprænge og desintegrere og frigøre kromosomerne.

6-Farvning. Som fremhævet ovenfor skal kromosomer farves ved hjælp af en af ​​mange tilgængelige teknikker for at være i stand til at observere dem under mikroskopet og udføre den tilsvarende undersøgelse.

7-analyse og tælling. Kromosomer observeres detaljeret for at bestemme deres identitet (i tilfælde af at vide det på forhånd), deres morfologiske egenskaber, såsom størrelse, placering af centromer og båndmønster, antallet af kromosomer i prøven osv.

8-klassificering. En af de mest besværlige opgaver hos cytogenetikere er klassificeringen af ​​kromosomer ved at sammenligne deres egenskaber, da det er nødvendigt at bestemme, hvilket kromosom der er. Dette skyldes, at da der er mere end en celle i prøven, vil der være mere end et par af det samme kromosom.

Kromosomafvigelser

Inden man beskriver de forskellige kromosomale ændringer, der kan eksistere, og deres konsekvenser for menneskers sundhed, er det nødvendigt at blive fortrolig med den generelle morfologi af kromosomer.

Kromosommorfologi

Kromosomer er strukturer, der vises lineære og har to "arme", en lille (p) og en større (q), der er adskilt fra hinanden af ​​et område, der er kendt som centromeren, et specialiseret DNA-sted, der deltager i spindelforankring. mitotisk under mitotisk celledeling.

Centromeren kan være placeret i midten af ​​de to arme p og q, langt fra midten eller tæt på en af ​​deres ender (metacentrisk, submetacentrisk eller akrocentrisk).

I enderne af de korte og lange arme har kromosomerne "hætter" kendt som telomerer, som er særlige DNA-sekvenser, der er rige på TTAGGG-gentagelser, og som er ansvarlige for at beskytte DNA og forhindre fusion mellem kromosomer.

I begyndelsen af ​​cellecyklussen ses kromosomer som individuelle kromatider, men når cellen gentages, dannes der to søsterchromatider, der deler det samme genetiske materiale. Det er disse kromosomale par, der ses på karyotypefotografierne.

Kromosomer har forskellige grader af "pakning" eller "kondensation": heterochromatin er den mest kondenserede form og er transkriptionelt inaktiv, mens euchromatin svarer til de mest slappe regioner og er transkriptionelt aktiv.

I en karyotype skelnes hvert kromosom, som det er fremhævet ovenfor, af dets størrelse, placeringen af ​​dets centromere og båndmønsteret, når de farves med forskellige teknikker.

Kromosomafvigelser

Fra det patologiske synspunkt kan specifikke kromosomale ændringer specificeres, der regelmæssigt observeres i menneskelige populationer, selvom andre dyr, planter og insekter ikke er undtaget fra disse.

Unormaliteter har ofte at gøre med sletninger og duplikationer af regioner i et kromosom eller hele kromosomer.

Disse defekter er kendt som aneuploidier, som er kromosomale ændringer, der involverer tab eller forstærkning af et komplet kromosom eller dele af det. Tabene er kendt som monosomier, og gevinsterne er kendt som trisomier, og mange af disse er dødelige for udviklende fostre.

Der kan også være tilfælde af kromosomale inversioner, hvor rækkefølgen af ​​gensekvensen ændres på grund af samtidige pauser og fejlagtige reparationer af et eller andet område af kromosomet.

Translokationer er også kromosomale ændringer, der involverer ændringer i store dele af kromosomer, der udveksles mellem ikke-homologe kromosomer og muligvis ikke er gensidige.

Der er også ændringer, der er relateret til direkte skade på sekvensen af ​​gener indeholdt i kromosomalt DNA; og der er endda nogle relateret til virkningerne af genomiske "mærker", som materiale, der er arvet fra en af ​​de to forældre, kan medbringe det.

Menneskelige sygdomme påvist med karyotyper

Cytogenetisk analyse af kromosomale ændringer før og efter fødslen er vigtig for den omfattende kliniske pleje af spædbørn, uanset hvilken teknik der er anvendt til dette formål.

Downs syndrom er en af ​​de mest hyppigt detekterede patologier fra karyotypestudiet, og det har at gøre med nondisjunktionen af ​​kromosom 21, hvorfor det også kaldes trisomi 21.

Karyotype af et menneske med trisomi på kromosom 21 (Kilde: US Department of Energy Human Genome Program. Via Wikimedia Commons)

Nogle typer kræft påvises ved at studere karyotypen, da de er relateret til kromosomale ændringer, især sletning eller duplikering af gener, der er direkte involveret i onkogene processer.

Visse typer autisme diagnosticeres ved hjælp af karyotypeanalyse, og duplikering af kromosom 15 har vist sig at være involveret i nogle af disse tilstande hos mennesker.

Blandt andre patologier, der er forbundet med deletioner i kromosom 15, er Prader-Willi-syndrom, som forårsager symptomer såsom mangel på muskeltonus og åndedrætssvag hos spædbørn.

"Græderkat" -syndromet (fra den franske cri-du-chat) indebærer tab af den korte arm af kromosom 5, og en af ​​de mest direkte metoder til dens diagnose er gennem den cytogenetiske undersøgelse af karyotypen.

Omplacering af dele mellem kromosomer 9 og 11 karakteriserer patienter, der lider af bipolar lidelse, specifikt relateret til forstyrrelse af et gen på kromosom 11. Andre defekter på dette kromosom er også observeret i forskellige fødselsdefekter.

Ifølge en undersøgelse udført af Weh et al. I 1993 har mere end 30% af patienterne, der lider af multipelt myelom og plasmacelle leukæmi, karyotyper med kromosomer, hvis strukturer er afvigende eller unormale, især på kromosomer 1, 11 og 14.

Referencer

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… Walter, P. (2004). Væsentlig cellebiologi. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Battaglia, E. (1994). Nukleosom og nukleotype: en terminologisk kritik. Caryologia, 47 (3–4), 37–41.
3. Elsheikh, M., Wass, JAH, & Conway, G. (2001). Autoimmunt skjoldbruskkirtelsyndrom hos kvinder med Turners syndrom - forbindelsen med karyotype. Klinisk endokrinologi, 223–226.
4. Fergus, K. (2018). VeryWell Health. Hentet fra www.verywellhealth.com/how-to-how-is-a-karyotype-test-done-1120402
5. Gardner, R., & Amor, D. (2018). Gardner og Sutherlands kromosomafvigelser og genetisk rådgivning (5. udg.). New York: Oxford University Press.
6. Griffiths, A., Wessler, S., Lewontin, R., Gelbart, W., Suzuki, D., & Miller, J. (2005). En introduktion til genetisk analyse (8. udgave). Freeman, WH & Company.
7. Rodden, T. (2010). Genetics For Dummies (2. udgave). Indianapolis: Wiley Publishing, Inc.
8. Schrock, E., Manoir, S., Veldman, T., Schoell, B., Wienberg, J., Ning, Y.,… Ried, T. (1996). Multicolor Spectral Karyotyping af humane kromosomer. Videnskab, 273, 494-498.
9. Wang, T., Maierhofer, C., Speicher, MR, Lengauer, C., Vogelstein, B., Kinzler, KW, & Velculescu, VE (2002). Digital karyotyping. PNAS, 99 (25), 16156-16161.