Kariotipas — chromosomų rinkinys, kariograma ir citogenetikos pagrindai

Sužinokite viską apie kariotipą: chromosomų rinkinį, kariogramas, citogenetikos pagrindus, žmogaus 2n=46, genetinę diagnostiką ir evolucinius aspektus.

Kariotipas - tai chromosomų skaičius ir išvaizda eukariotų ląstelės branduolyje. Šis terminas taip pat vartojamas kalbant apie visą rūšies arba atskiro organizmo chromosomų rinkinį. Jis apibūdina chromosomų skaičių ir jų išvaizdą per šviesinį mikroskopą. Atkreipiamas dėmesys į jų ilgį, centromerų padėtį, bet kokius lytinių chromosomų skirtumus ir kitas fizines savybes. Kariotipų rengimas ir tyrimas yra citogenetikos (citologijos ir genetikos) dalis.

Pagrindinis chromosomų skaičius individo ar rūšies somatinėse (kūno) ląstelėse vadinamas somatiniu skaičiumi ir žymimas 2n. Taigi žmogaus 2n = 46. Lytinėse ląstelėse chromosomų skaičius yra n (žmogaus: n = 23).

Taigi įprastuose diploidiniuose organizmuose chromosomos yra dviejų kopijų. Gali būti lytinių chromosomų, o gali ir nebūti. Poliploidinės ląstelės turi kelias chromosomų kopijas, o haploidinės - vieną. Chromosomų rinkinių tyrimas kartais vadinamas kariologija.

Chromosomos vaizduojamos (pertvarkant mikrofotografiją) standartiniu formatu, vadinamu kariograma arba idiograma: poromis, išdėliotos pagal dydį ir centromeros padėtį to paties dydžio chromosomoms. Tai gali būti naudojama įvairiais tikslais, pavyzdžiui, genetinėms ligoms, gyvūno lyčiai ir jo diploidiniam skaičiui parodyti. Žmonių kariotipai citologams padeda nustatyti genetines anomalijas, kurias kūdikis gali turėti dar prieš gimdamas.

Kariotipai gali būti tiriami siekiant surinkti informacijos apie praeities evoliucijos įvykius, pavyzdžiui, poliploidiją.

Kariotipo rengimo pagrindai ir metodai

Dažniausi mėginiai kariotipui gauti yra periferinis kraujas (lymphocitai), amniocentezės (vaisiaus vandenys), chorioninių gaurelių (CVS) bei audinių biopsijos. Standartinis kariotipo paruošimas apima šiuos žingsnius:

• ląstelių kultivavimas ir dauginimas in vitro;
• ląstelių sustabdymas metafazėje naudojant kolchiciną ar panašų agentą (t. y. chromatinas kondensuojamas ir chromosomos matomos atskirai);
• hipotoninė medžiaga, kad ląstelės išsipūstų ir chromosomos pasiskleistų;
• fiksavimas, mikroslapių paruošimas ir dažymas;
• mikrofotografavimas, chromosomų iškarpymas ir sudėliojimas į kariogramą pagal dydį ir centromerų padėtį.

Chromosomų dažymas gali būti įvairus: G-banding (Giemsa) yra plačiausiai naudojama — ji suteikia unikalius raštus kiekvienai chromosomai. Kiti metodai: C-, Q-, R-banding, taip pat fluorescencinis dažymas (FISH) ar spektrinė kariotipija (SKY).

Chromosomų morfologija ir žymėjimas

Pagal centromeros padėtį chromosomos skirstomos į:

• metacentric (centromera maždaug per vidurį);
• submetacentric (vienas poros petys šiek tiek ilgesnis);
• akrocentric (centromera arti vieno galo);
• telocentric (centromera gale) — kai kurioms rūšims.

Tarptautinė kariotipų žymėjimo sistema (ISCN) naudoja skaitmenis ir simbolius: pvz., 46,XX reiškia moterį su 46 chromosomomis, o 46,XY vyrą. Kai yra nukrypimų, jie pažymimi papildomais simboliais: pvz., 47,XX,+21 – mergina su papildoma 21 chromosoma (Dauno sindromas).

Skirtiniai chromosomų pokyčiai

Chromosomų anomalijos skirstomos į dvi pagrindines grupes:

• Skaitinės anomalijos (nukrypimai nuo normalios 2n): aneuploidijos (pvz., 45,X – Ternio/Turnerio sindromas; 47,XXY – Klinefelterio sindromas) ir poliploidijos (pvz., triploidija).
• Struktūrinės anomalijos: delecijos (del), duplikacijos (dup), inversijos (inv), translokacijos (t), izochromosomos (i) ir pažymėtos (marker, mar) chromosomos. Kai kurios struktūrinės pertvarkos yra subalansuotos (be netekčių/naudų) ir gali būti besimptomės, tačiau gali paveikti palikuonius.

Mozaiciškumas reiškia, kad organizme yra kelios ląstelių linijos su skirtingais kariotipais (pvz., dalis ląstelių 46,XX, o dalis 45,X). Mozaiciškumas gali pakeisti fenotipo sunkumą.

Praktinė reikšmė ir taikymas

Kariotipų tyrimai naudojami:

• priešgiminei diagnostikai (amniocentezė, CVS) nustatyti chromosomines ligas;
• vaikų ir suaugusiųjų vystymosi sutrikimų priežasčių aiškinimui;
• nevaisingumo ir pasikartojančių persileidimų priežasčių tyrimams (pvz., šeimos translokacijos);
• onkologijoje — kai kuriose vėžio rūšyse pasitaiko specifinės chromosomų rekombinacijos, pvz., Filadelfijos chromosoma t(9;22) lėtinėje mieloleukemijoje;
• taksonominiuose ir evoliuciniuose tyrimuose, siekiant nustatyti chromosomų pokyčių reikšmę rūšių diferenciacijai.

Modernios citogenetikos technologijos

Nors klasikinis kariotipas suteikia vertingos informacijos, jo skiriamoji geba yra ribota (dažniausiai ~5–10 Mb). Šiuolaikinės metodikos padidina aptikimo galimybes:

• FISH (fluorescencinė in situ hibridizacija) leidžia žymėti konkrečias DNR sritis ir atskleisti submikroskopines delecijas arba translokacijas;
• array-CGH (genominio išlyginimo mikroschemose) aptinka kopijų skaičiaus pokyčius visame genome su dideliu tikslumu (bet neaptinka balansinių translokacijų);
• spektrinė kariotipija (SKY) ir NGS-pagrįstos citogenetinės analizės leidžia aptikti sudėtingas rekombinacijas ir restruktūrizacijas karcinomose.

Ribotumai ir genetinis konsultavimas

Citogenetiniai tyrimai ne visada atsako į visus klausimus: klasikinis kariotipas gali praleisti smulkias mutacijas, o array-CGH neaptinka balansinių perėjimų. Dėl šios priežasties rezultatai dažnai vertinami kartu su klinikine informacija ir kitais genetiniais tyrimais. Pastebėjus patologinį kariotipą, rekomenduojamas genetinis konsultavimas, kad šeima suprastų pasekmes, gydymo ar priežiūros galimybes ir reprodukcines rizikas.

Apibendrinant: kariotipas yra esminis citogenetikos instrumentas, leidžiantis įvertinti chromosomų skaičių ir struktūrą, nustatyti įgimtus sutrikimus, padėti onkologinėje diagnostikoje ir tyrinėti evoliucinius procesus. Šiuolaikinės molekulinės metodikos papildo klasikinį kariotipavimą, suteikdamos platesnį ir tikslesnį vaizdą apie genominius pokyčius.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra kariotipas?

K: Kas yra citogenetika?

K: Kas yra somatinis skaičius?

K: Kiek kopijų turi normalūs diploidiniai organizmai?

K: Ką rodo kariograma?

K: Kaip kariotipai gali suteikti informacijos apie praeities evoliucijos įvykius?

Paieška pagal raidę