KARYOTYPE: HVA ER DET FOR, TYPER, HVORDAN GJØRES DET, ENDRINGER - BIOLOGI - 2026

Den karyotype er et fotografi av et komplett sett med metafase kromosomer at detaljer aspekter av deres antall og struktur. Grenen av medisinske og biologiske vitenskaper som omhandler studiet av kromosomer og relaterte sykdommer er kjent som cytogenetikk.

Kromosomer er strukturer som genene i deoksyribonukleinsyre (DNA) molekyler er organisert i. I eukaryoter er de sammensatt av kromatin, et kompleks av histonproteiner og DNA som er pakket i kjernen til alle celler.

Human karyotype oppnådd med lysstofffargestoffer (Kilde: Plociam ~ commonswiki via Wikimedia Commons

Cellene til hver levende ting på jorden har et bestemt antall kromosomer. Bakterier har for eksempel bare ett sirkulært, mens mennesker har 46 organisert i 23 par; og noen fuglearter har opptil 80 kromosomer.

I motsetning til mennesker, har planteceller generelt mer enn to homologe (identiske) sett med kromosomer. Dette fenomenet er kjent som polyploidy.

Alle instruksjonene som er nødvendige for vekst og utvikling av levende vesener, encellede eller flercellede, er inneholdt i DNA-molekylene som er kveilet på kromosomene. Derav viktigheten av å kjenne dens struktur og egenskaper hos en art eller hos noen av individene.

Begrepet karyotype ble brukt for første gang i 1920-årene av Delaunay og Levitsky for å betegne summen av de karakteristiske fysiske egenskapene til kromosomer: antall, størrelse og strukturelle særegenheter.

Siden den gang brukes den til samme formål i sammenheng med moderne vitenskap; og studiet av det følger med mange prosesser for klinisk diagnose av forskjellige sykdommer hos mennesker.

Human karyotype

Den menneskelige karyotypen er kjent som settet med 46 kromosomer (23 par) som utgjør det menneskelige genom og som er arrangert grafisk i henhold til egenskaper som størrelse og båndmønster, noe som er tydelig takket være bruken av spesielle fargingsteknikker.

Skjematisk fremstilling av den menneskelige karyotypen (Kilde: Mikael Häggström via Wikimedia Commons)

Av de 23 par kromosomene er bare 1 til 22 anordnet i størrelsesorden. I somatiske celler, det vil si i ikke-seksuelle celler, er disse 22 parene funnet, og avhengig av kjønn til individet, enten hann eller kvinne, legges et par X-kromosomer (kvinner) eller XY-paret (menn) til. .

Parene 1 til 22 kalles autosomale kromosomer og er de samme hos begge kjønn (hann og kvinne), mens kjønnskromosomene, X og Y, er forskjellige fra hverandre.

Hva er karyotypen til?

Hovedverdien av en karyotype er detaljert kunnskap om kromosombelastningen til en art og egenskapene til hvert av kromosomene.

Selv om noen arter er polymorfe og polyploide i forhold til kromosomene deres, det vil si at de har varierende former og antall av disse gjennom hele livssyklusen, gir kunnskap om karyotypen oss vanligvis å utlede mye viktig informasjon om dem.

Takket være karyotypen kan kromosomale forandringer i "stor skala" som involverer store biter av DNA bli diagnostisert. Hos mennesker er mange psykisk funksjonshemmede sykdommer eller tilstander og andre fysiske defekter relatert til alvorlige kromosomavvik.

Typer karyotyper

Karyotyper er beskrevet i henhold til notasjonen som er godkjent av International System of Human Cytogenetic Nomenclature (ISCN).

I dette systemet har antallet som er tildelt hvert kromosom å gjøre med størrelsen, og de blir vanligvis bestilt fra størst til minste. Kromosomer presenteres i karyotyper som par søsterkromatider med den lille armen (p) vendt oppover.

Typene karyotyper utmerker seg ved teknikkene som brukes for å oppnå dem. Vanligvis ligger forskjellen i de typer farging eller "merking" som brukes til å skille ett kromosom fra et annet.

Her er en kort oppsummering av noen av teknikkene som er kjent til dags dato:

Massiv farging

I dette brukes fargestoffer som Giemsa og orcein for å farge kromosomene jevnt. Det ble mye brukt til begynnelsen av 1970-tallet, siden de var de eneste kjente fargestoffene for tiden.

G-band eller Giemsa flekk

Det er den mest brukte teknikken i klassisk cytogenetikk. Kromosomer fordøyes tidligere med trypsin og farges deretter. Mønsteret av bånd oppnådd etter farging er spesifikt for hvert kromosom og tillater detaljerte studier av strukturen.

Det er alternative metoder for Giemsa-farging, men de gir veldig like resultater, for eksempel Q-bånding og omvendt R-bånding (hvor de mørke båndene som er observert er lysbåndene oppnådd med G-bånding).

Konstitutivt C-band

Det farger spesifikt heterokromatin, spesielt det som finnes i sentromerene. Det flekker også noe materiale i de korte armene til de akroentriske kromosomene og det distale området av den lange armen til Y-kromosomet.

Replikeringsbånd

Det brukes til å identifisere det inaktive X-kromosomet og innebærer tilsetning av en nukleotidanalog (BrdU).

Sølvbeis

Det har blitt brukt historisk for å identifisere nukleolare organisasjonsregioner som inneholder mange kopier av ribosomalt RNA og finnes i de sentromere regionene.

Distamycin A / DAPI-farging

Det er en lysstofffargingsteknikk som skiller heterokromatin fra kromosomer 1, 9, 15, 16 og fra Y-kromosomet hos mennesker. Det brukes spesielt for å skille omvendt duplisering av kromosom 15.

Fluorescerende in situ hybridisering (FISH)

Anerkjent som det største cytogenetiske fremskritt etter 1990-tallet, er det en kraftig teknikk der submikroskopiske slettinger kan skilles ut. Det benyttes fluorescerende sonder som spesifikt binder seg til kromosomale DNA-molekyler, og det er flere varianter av teknikken.

Comparative Genomic Hybridization (CGH)

Den bruker også lysrørsonder for å differensiere merking av DNA, men bruker kjente sammenligningsstandarder.

Andre teknikker

Andre mer moderne teknikker involverer ikke direkte analysen av kromosomstrukturen, men heller direkte studier av DNA-sekvensen. Disse inkluderer mikroarrays, sekvensering og andre teknikker basert på PCR (polymerasekjedereaksjon) amplifisering.

Hvordan utføres en karyotype?

Det er forskjellige teknikker for å utføre studiet av kromosomer eller karyotype. Noen er mer sofistikerte enn andre, siden de tillater påvisning av små umerkelige endringer ved hjelp av de mest brukte metodene.

Cytogenetiske analyser for å oppnå karyotypen utføres ofte fra celler som er tilstede i munnslimhinnen eller i blodet (ved bruk av lymfocytter). Når det gjelder studier utført på nyfødte, blir det tatt prøver fra fostervannet (invasive teknikker) eller fra fosterets blodceller (ikke-invasive teknikker).

Årsakene til at en karyotype blir utført er forskjellige, men mange ganger gjøres de for å diagnostisere sykdommer, fruktbarhetsstudier, eller for å finne ut årsakene til tilbakevendende aborter eller dødelig død og kreftformer, blant andre grunner.

Trinnene for å utføre en karyotypetest er som følger:

1-Innhenting av prøven (uansett kilde).

2-separasjon av celler, et livsnødvendig trinn, spesielt i blodprøver. I mange tilfeller er det nødvendig å skille delende celler fra å dele celler ved å bruke spesielle kjemiske reagenser.

3-celle vekst. Noen ganger er det nødvendig å dyrke cellene i et passende kulturmedium for å få en større mengde av dem. Dette kan ta mer enn et par dager, avhengig av prøvetype.

4-synkronisering av celler. For å observere de kondenserte kromosomene i alle dyrkede celler samtidig, er det nødvendig å "synkronisere" dem ved hjelp av kjemiske behandlinger som stopper celledelingen når kromosomene er mer kompakte og derfor synlige.

5-Innhenting av kromosomer fra celler. For å se dem under mikroskopet, må kromosomene "trekkes" ut av cellene. Dette oppnås vanligvis ved å behandle disse med løsninger som får dem til å sprekke og gå i oppløsning, og frigjøre kromosomene.

6-farging. Som fremhevet ovenfor, må kromosomer bli farget av en av mange tilgjengelige teknikker for å kunne observere dem under mikroskopet og utføre den tilsvarende studien.

7-analyse og telling. Kromosomer observeres i detalj for å bestemme deres identitet (i tilfelle å vite det på forhånd), deres morfologiske egenskaper som størrelse, sentromerens plassering og båndmønster, antall kromosomer i prøven, etc.

8-klassifisering. En av de vanskeligste oppgavene til cytogenetikere er klassifiseringen av kromosomer ved å sammenligne deres egenskaper, siden det er nødvendig å bestemme hvilket kromosom som er hvilket. Dette fordi det er mer enn en celle i prøven, det vil være mer enn ett par av det samme kromosomet.

Kromosomavvik

Før du beskriver de forskjellige kromosomale endringene som kan eksistere og deres konsekvenser for menneskers helse, er det nødvendig å bli kjent med den generelle morfologien til kromosomer.

Kromosommorfologi

Kromosomer er strukturer som virker lineære og har to "armer", en liten (p) og en større (q) som er atskilt fra hverandre av et område kjent som sentromer, et spesialisert sted for DNA som deltar i spindelforankring. mitotisk under mitotisk celledeling.

Sentromerene kan være lokalisert i midten av de to armene p og q, langt fra sentrum eller nær en av endene deres (metasentrisk, submetasentrisk eller akosentrisk).

I endene av de korte og lange armene har kromosomene "kapsler" kjent som telomerer, som er spesielle DNA-sekvenser rike på TTAGGG-repetisjoner og som er ansvarlige for å beskytte DNA og forhindre fusjon mellom kromosomer.

I begynnelsen av cellesyklusen blir kromosomer sett på som individuelle kromatider, men når cellen replikerer, dannes det to søsterkromatider som deler det samme genetiske materialet. Det er disse kromosomparene som sees på fotografiene i karotypen.

Kromosomer har forskjellige grader av "pakking" eller "kondensering": heterokromatin er den mest kondenserte formen og er transkripsjonelt inaktiv, mens eukromatin tilsvarer de løsere regionene og er transkripsjonelt aktiv.

I en karyotype skilles hvert kromosom, som fremhevet ovenfor, av sin størrelse, plasseringen av sentromerene og båndmønsteret når det er farget med forskjellige teknikker.

Kromosomavvik

Fra patologisk synspunkt kan spesifikke kromosomale endringer spesifiseres som regelmessig observeres i menneskelige bestander, selv om andre dyr, planter og insekter ikke er unntatt fra disse.

Unormaliteter har ofte å gjøre med deletjoner og duplikasjoner av regioner i et kromosom eller hele kromosomer.

Disse feilene er kjent som aneuploidier, som er kromosomale endringer som innebærer tap eller gevinst av et komplett kromosom eller deler av det. Tapene er kjent som monosomier, og gevinstene er kjent som trisomier, og mange av disse er dødelige for utviklende fostre.

Det kan også være tilfeller av kromosomale inversjoner, der rekkefølgen på gensekvensen endres på grunn av samtidig brudd og feilaktige reparasjoner av en eller annen region i kromosomet.

Translokasjoner er også kromosomale endringer som innebærer endringer i store deler av kromosomer som blir utvekslet mellom ikke-homologe kromosomer og kanskje ikke er gjensidige.

Det er også endringer som er relatert til direkte skade på sekvensen av gener som er inneholdt i kromosomalt DNA; og det er til og med noen relatert til effektene av genomiske "merker" som materiale arvet fra en av de to foreldrene kan føre med seg.

Menneskelige sykdommer påvist med karyotyper

Cytogenetisk analyse av kromosomale forandringer før og etter fødselen er avgjørende for omfattende klinisk pleie av spedbarn, uavhengig av teknikken som brukes til dette formålet.

Downs syndrom er en av de hyppigst oppdagede patologiene fra karyotypestudien, og det har med nondisjunksjon av kromosom 21 å gjøre, og det er derfor det også er kjent som trisomi 21.

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

Noen typer kreft oppdages ved å studere karyotypen, siden de er relatert til kromosomale endringer, spesielt sletting eller duplisering av gener som er direkte involvert i onkogene prosesser.

Visse typer autisme er diagnostisert fra karyotypeanalyse, og duplisering av kromosom 15 har vist seg å være involvert i noen av disse tilstandene hos mennesker.

Blant andre patologier assosiert med delesjoner i kromosom 15 er Prader-Willi syndrom, som forårsaker symptomer som mangel på muskeltonus og luftveissvikt hos spedbarn.

"Gråtende katt" -syndromet (fra den franske cri-du-chat) innebærer tap av den korte armen av kromosom 5, og en av de mest direkte metodene for diagnose er gjennom den cytogenetiske undersøkelsen av karyotypen.

Omlokalisering av deler mellom kromosomer 9 og 11 kjennetegner pasienter som lider av bipolar lidelse, spesielt relatert til forstyrrelse av et gen på kromosom 11. Andre defekter på dette kromosomet er også observert ved forskjellige fødselsdefekter.

I følge en studie utført av Weh et al. I 1993 har mer enn 30% av pasientene som lider av multippel myelom og plasmacelle leukemi, karyotyper med kromosomer hvis strukturer er avvikende eller unormale, spesielt på kromosomer 1, 11 og 14 .

referanser

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Essensiell cellebiologi. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Battaglia, E. (1994). Nukleosom og nukleotype: en terminologisk kritikk. Caryologia, 47 (3–4), 37–41.
3. Elsheikh, M., Wass, JAH, & Conway, G. (2001). Autoimmunt skjoldbruskkjertelsyndrom hos kvinner med Turners syndrom - assosiasjonen til karyotype. Clinical Endocrinology, 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 kromosomavvik og genetisk rådgivning (5. utg.). New York: Oxford University Press.
6. Griffiths, A., Wessler, S., Lewontin, R., Gelbart, W., Suzuki, D., & Miller, J. (2005). En introduksjon til genetisk analyse (8. utg.). Freeman, WH & Company.
7. Rodden, T. (2010). Genetics For Dummies (2. utg.). Indianapolis: Wiley Publishing, Inc.
8. Schrock, E., Manoir, S., Veldman, T., Schoell, B., Wienberg, J., Ning, Y., … Ried, T. (1996). Multicolor Spectral Karyotyping of Human Chromosomes. Vitenskap, 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.