КАРИОТИП: ЧЕМУ СЛУЖИ, ВРСТЕ, КАКО СЕ РАДИ, ИЗМЕНЕ - БИОЛОГИЈА - 2025

Кариотип је фотографија комплетног сета метафази хромозома који детаље аспекте њиховог броја и структуре. Грана медицинских и биолошких наука која се бави проучавањем хромозома и сродним болестима позната је под називом цитогенетика.

Хромосоми су структура у којој су организовани гени садржани у молекулама деоксирибонуклеинске киселине (ДНК). У еукариотама су састављени од хроматина, комплекса хистонских протеина и ДНК који се пакује у језгру свих ћелија.

Људски кариотип добијен флуоресцентним бојама (Извор: Плоциам ~ цоммонсвики виа Викимедиа Цоммонс

Ћелије сваког живог бића на Земљи имају одређени број хромозома. Бактерије, на пример, имају само једну кружницу, док људи имају 46 организованих у 23 пара; а неке врсте птица имају и до 80 хромозома.

За разлику од људи, биљне ћелије углавном имају више од два хомолошка (идентична) сета хромозома. Овај феномен је познат и као полиплоидија.

Сва упутства потребна за раст и развој живих бића, једноћелијска или вишећелијска, налазе се у молекулама ДНК који су намотани на хромозомима. Отуда је важно знати његову структуру и карактеристике у некој врсти или било којој од њених јединки.

Израз кариотип први пут су користили током 1920-их Делаунаи и Левитски да означе збир карактеристичних физичких својстава хромозома: њихов број, величина и структурне посебности.

Од тада се користи у исту сврху у контексту савремене науке; и његово проучавање прати многе процесе клиничке дијагнозе различитих болести код човека.

Људски кариотип

Скуп од 46 хромозома (23 пара) који чине људски геном познат је као људски кариотип и који су графички распоређени у складу са карактеристикама као што су величина и образац везања, што је видљиво захваљујући употреби посебних техника бојења.

Шематски приказ људског кариотипа (Извор: Микаел Хаггстром путем Викимедиа Цоммонс)

Од 23 пара хромозома, само 1 до 22 су распоређени по величини. У соматским ћелијама, односно у несексуалним ћелијама, налазе се ова 22 пара и, зависно од пола појединца, било да су мушки или женски, додаје се пар Кс хромозома (жене) или пар КСИ (мушкарци). .

Парови 1 до 22 се називају аутосомни хромозоми и исти су у оба пола (мушки и женски), док су полни хромозоми, Кс и И, различити једни од других.

За шта се користи кариотип?

Главна корисност кариотипа је детаљно познавање хромосомског оптерећења врсте и карактеристика сваког од њених хромозома.

Иако су неке врсте полиморфне и полиплоидне у односу на своје хромозоме, то јест, имају их различитих облика и броја током читавог животног циклуса, знање о кариотипу нам обично омогућава да изнесемо пуно важних информација о њима.

Захваљујући кариотипу, могу се дијагностицирати хромозомске промене у „великим размерама“ које укључују велике делове ДНК. Код људи су многе ментално оштећене болести или стања и друга физичка оштећења повезана са тешким хромозомским неправилностима.

Врсте кариотипа

Кариотипови су описани према нотацији коју је одобрио Међународни систем цитогенетичке номенклатуре човека (ИСЦН).

У овом систему, број додељен сваком хромозому има везе са његовом величином, и они се обично наређују од највећег до најмањег. Хромосоми су представљени у кариотиповима као парови сестринских хроматид са малом руком (п) окренутим према горе.

Врсте кариотипа разликују се техникама за њихово добијање. Разлика је обично у типовима бојења или "обележавања" који се користе за разликовање једног хромозома од другог.

Ево кратког прегледа неких од познатих техника до данас:

Чврсто обојење

При томе се користе боје, као што су Гиемса и орцеин, за равномерно бојење хромозома. Широко се користила до раних 1970-их, јер су то била једина позната бојила за то време.

Г-банд или Гиемса мрља

То је најкоришћенија техника у класичној цитогенетици. Хромосоми се претходно пробављају трипсином, а затим обоје. Узорак трака добијених након бојења је специфичан за сваки хромозом и омогућава детаљно проучавање његове структуре.

Постоје алтернативне методе за Гиемса бојење, али оне дају врло сличне резултате, као што су К опсег и обрнути Р опсег (где су опажени тамни опсези светли тракови добијени са Г опсегом).

Конститутивни Ц-опсег

Посебно мрља хетерохроматин, посебно онај који се налази у центромерама. Такође мрље нешто материјала у кратким краковима акроцентричних хромозома и дисталном пределу дуге руке И хромозома.

Копирање реплике

Користи се за идентификацију неактивног Кс хромозома и укључује додавање нуклеотидног аналога (БрдУ).

Сребрна мрља

Историјски је коришћено да идентификује регионе нуклеоларне организације који садрже много копија рибосомалне РНА и налазе се у центромерним регионима.

Бојење дистамицином А / ДАПИ

То је флуоресцентна техника бојења која разликује хетерохроматин од хромозома 1, 9, 15, 16 и И хромозома код људи. Посебно се користи за разликовање обрнутог умножавања хромозома 15.

Флуоресцентна ин ситу хибридизација (ФИСХ)

Препозната као највећи цитогенетски напредак након деведесетих, то је моћна техника којом се могу разликовати субмикроскопске делеције. Користи флуоресцентне сонде које се специфично везују за хромозомске молекуле ДНК, а постоји више варијанти ове технике.

Упоредна геномска хибридизација (ЦГХ)

Такође користи флуоресцентне сонде за различиту ознаку ДНК, али користи познате поређење.

Остале технике

Остале модерније технике не укључују директно анализу структуре хромозома, већ директно проучавање ДНК секвенце. Они укључују микрорачуне, секвенце и друге технике засноване на ПЦР (полимеразној ланчаној реакцији) појачавању.

Како се изводи кариотип?

Постоје разне технике за спровођење проучавања хромозома или кариотипа. Неки су софистициранији од других, јер омогућавају откривање малих неприметних измена најчешће коришћеним методама.

Цитогенетске анализе за добијање кариотипа обично се изводе из ћелија присутних у оралној мукози или у крви (коришћењем лимфоцита). У случају испитивања извршених на новорођенчади, узорци се узимају из амнионске течности (инвазивне технике) или из крвних ћелија фетуса (неинвазивне технике).

Разлози због којих се врши кариотип су различити, али много пута се то раде у сврху дијагностицирања болести, испитивања плодности или како би се пронашли узроци понављајућих побачаја или смрти фетуса и рака, између осталих разлога.

Кораци за обављање теста кариотипа су следећи:

1 - Добијање узорка (без обзира на извор).

2-Одвајање ћелија, витално важан корак, посебно у узорцима крви. У многим случајевима је потребно раздвојити ћелије које се деле од дељених ћелија помоћу посебних хемијских реагенса.

3-ћелијски раст. Понекад је потребно узгајати ћелије у одговарајућем медијуму за културу да би се добила већа количина. То може потрајати више од неколико дана, у зависности од врсте узорка.

4-Синхронизација ћелија. За посматрање кондензованих хромозома у свим култивисаним ћелијама истовремено, потребно их је „синхронизовати“ хемијским третманима који заустављају дељење ћелија када су хромозоми компактнији и, самим тим, видљиви.

5 - Добијање хромозома из ћелија. Да бисте их видели под микроскопом, хромозоми се морају „извући“ из ћелија. То се обично постиже третирањем ових раствора који узрокују да се распрсну и разграде, ослобађајући хромозоме.

6-обојење Као што је раније истакнуто, хромозоми се морају обојати једном од многих доступних техника да би их могли посматрати под микроскопом и извршити одговарајућу студију.

7-анализа и бројање. Хромосоми се посматрају детаљно како би се утврдио њихов идентитет (у случају да се то унапред зна), њихове морфолошке карактеристике као што су величина, положај центромера и образац везивања, број хромозома у узорку, итд.

8-класификација. Један од најтежих задатака за цитогенетике јесте класификација хромозома упоређивањем њихових карактеристика, јер је потребно утврдити који је хромозом. То је зато што пошто у узорку постоји више ћелија, бит ће више од једног пара истог хромозома.

Хромосомске неправилности

Пре него што опишемо различите хромозомске промене које могу постојати и њихове последице по људско здравље, потребно је упознати се са општом морфологијом хромозома.

Морфологија хромосома

Хромосоми су структуре које изгледају линеарно и имају две „руке“, малу (п) и већу (к) које су међусобно одвојене регионом познатим као центромере, специјализовано место ДНК које учествује у сидрењу вретена. митотички током дељења митотске ћелије.

Центрометар се може налазити у центру два крака п и к, далеко од центра или близу једног од њихових крајева (метацентрични, субметацентрични или акроцентрични).

На крајевима кратких и дугих кракова хромозоми имају „чепове“ познате као теломери, што су посебне ДНК секвенце богате ТТАГГГ понављањем и које су одговорне за заштиту ДНК и спречавање фузије између хромозома.

На почетку ћелијског циклуса, хромозоми се виде као појединачни хроматиди, али како се ћелија реплицира, формирају се две сестринске хроматиде које деле исти генетски материјал. Управо су ти хромосомски парови виђени на фотографијама из кариотипа.

Хромосоми имају различит степен "паковања" или "кондензације": хетерохроматин је највише кондензовани облик и транскриптивно је неактиван, док еухроматин одговара већини лабавих региона и транскриптивно је активан.

У кариотипу се сваки хромозом разликује, како је горе истакнуто, његовом величином, положајем центромера и обрасцем везивања када се обоји различитим техникама.

Хромосомске неправилности

Са патолошког гледишта, могу се навести специфичне хромозомске промене које се редовно примећују у људској популацији, мада друге животиње, биљке и инсекти нису изузети од њих.

Ненормалности често имају везе са брисањем и дупликацијама региона хромозома или читавих хромозома.

Ове оштећења су позната као анеуплоидије, које су хромосомске промене које укључују губитак или добитак комплетног хромозома или његових делова. Губици су познати као мономомије, а добици познати као трисомије, а многи од њих су смртоносни за развој фетуса.

Такође могу бити случајеви хромосомских инверзија, где се редослед редоследа гена мења услед истовременог прекида и погрешних поправки неких регија хромосома.

Транслокације су такође хромосомске промене које укључују промене у великим деловима хромозома који се размењују између нехомологних хромозома и могу или не морају бити реципрочни.

Постоје и измене које се односе на директно оштећење секвенце гена садржаних у хромосомској ДНК; а постоје чак и неки повезани са ефектима генских „трагова“ које материјал наслеђен од једног од два родитеља може донети са собом.

Људске болести откривене кариотиповима

Цитогенетска анализа хромосомских промјена пре и после рођења је од суштинског значаја за свеобухватну клиничку негу новорођенчади, без обзира на технику која се користи у ту сврху.

Довнов синдром једна је од најчешће откривених патологија из студије кариотипа, а има везе са недисјунзијом хромозома 21, због чега је познат и као трисомија 21.

Кариотип човека са трисомијом на хромозому 21 (Извор: Амерички министар енергетике, програм за хумани геном. Виа Викимедиа Цоммонс)

Неке врсте рака откривају се проучавањем кариотипа, пошто су повезане са хромозомским променама, нарочито делецијом или дупликацијом гена који су директно укључени у онкогене процесе.

Одређене врсте аутизма дијагностицирају се на основу кариотипске анализе, а показало се да је умножавање хромозома 15 укључено у неке од ових патологија код људи.

Међу осталим патологијама повезаним са брисањима на хромозому 15 је и Прадер-Вилли синдром, који изазива симптоме као што су недостатак мишићног тонуса и респираторни недостатак код новорођенчади.

Синдром „плачуће мачке“ (из француског цри-ду-цхат) подразумева губитак кратког дела хромозома 5, а једна од најдиректнијих метода за његову дијагнозу је цитогенетска студија кариотипа.

Транслокација делова између хромозома 9 и 11 карактерише пацијенте који пате од биполарног поремећаја, посебно повезаног са поремећајем гена на хромозому 11. Остале оштећења на овом хромозому примећена су и код различитих урођених мана.

Према студији коју су спровели Вех и остали, 1993. године, више од 30% пацијената који пате од мултиплог мијелома и леукемије плазма ћелија имају кариотипове са хромозомима чија је структура абберантна или ненормална, посебно на хромозомима 1, 11 и 14 .

Референце

1. Албертс, Б., Деннис, Б., Хопкин, К., Јохнсон, А., Левис, Ј., Рафф, М., … Валтер, П. (2004). Основна ћелијска биологија. Абингдон: Гарланд Сциенце, Таилор & Францис Гроуп.
2. Баттаглиа, Е. (1994). Нуклеозом и нуклеотип: терминолошка критика. Цариологиа, 47 (3–4), 37–41.
3. Елсхеикх, М., Васс, ЈАХ, & Цонваи, Г. (2001). Аутоимуни синдром штитне жлезде код жена са Турнеровим синдромом - повезаност са кариотипом. Цлиницал Ендоцринологи, 223–226.
4. Фергус, К. (2018). ВериВелл Хеалтх. Преузето са ввв.веривеллхеалтх.цом/хов-то-хов-ис-а-кариотипе-тест-доне-1120402
5. Гарднер, Р., и Амор, Д. (2018). Гарднерове и Сутхерландове хромосомске неправилности и генетско саветовање (5. изд.). Нев Иорк: Окфорд Университи Пресс.
6. Гриффитхс, А., Весслер, С., Левонтин, Р., Гелбарт, В., Сузуки, Д., и Миллер, Ј. (2005). Увод у генетску анализу (8. изд.). Фрееман, ВХ & Цомпани.
7. Родден, Т. (2010). Генетика за лутке (друго издање). Индианаполис: Вилеи Публисхинг, Инц.
8. Сцхроцк, Е., Маноир, С., Велдман, Т., Сцхоелл, Б., Виенберг, Ј., Нинг, И., … Риед, Т. (1996). Вишебојна спектрална кариотипизација хуманих хромосома. Наука, 273, 494-498.
9. Ванг, Т., Маиерхофер, Ц., Спеицхер, МР, Ленгауер, Ц., Вогелстеин, Б., Кинзлер, КВ и Велцулесцу, ВЕ (2002). Дигитални кариотипизација. ПНАС, 99 (25), 16156-16161.