Kariotips: definīcija, hromosomu skaits un citogenētikas loma

Kariotips: uzzini hromosomu skaitu, kariogrammu un citogenētikas lomu ģenētisko anomāliju diagnostikā, evolūcijā un dzimuma noteikšanā.

Kariotips ir hromosomu skaits un izskats eikario šūnu kodolā. Šo terminu lieto arī attiecībā uz pilnu hromosomu komplektu sugā vai atsevišķā organismā. Tas apraksta hromosomu skaitu un to izskatu gaismas mikroskopā. Uzmanība tiek pievērsta to garumam, centromēru novietojumam, dzimumhromosomu atšķirībām un citām fiziskām īpašībām. Kariotipu sagatavošana un izpēte ir daļa no citogenetikas (citoloģijas un ģenētikas).

Hromosomu pamatskaitli indivīda vai sugas somatiskajās (ķermeņa) šūnās sauc par somatisko skaitu, un to apzīmē ar 2n. Tādējādi cilvēkam 2n = 46. Dzimumšūnās hromosomu skaits ir n (cilvēkam: n = 23).

Tātad normālos diploīdos organismos hromosomas ir divās kopijās. Var būt, bet var arī nebūt dzimumhromosomu. Poliploīdās šūnās ir vairākas hromosomu kopijas, bet haploīdās šūnās - vienas kopijas. Hromosomu veselu komplektu izpēti dažkārt dēvē par karioloģiju.

Hromosomas tiek attēlotas (pārkārtojot mikrofotogrāfiju) standarta formātā, kas pazīstams kā kariogramma vai idiogramma: pa pāriem, sakārtotas pēc izmēra un centrromēru novietojuma vienāda izmēra hromosomām. To var izmantot dažādiem mērķiem, piemēram, lai parādītu ģenētisko slimību, dzīvnieka dzimumu un diploīdu skaitu. Cilvēkiem citologi izmantoja kariotipus, lai palīdzētu noteikt ģenētiskās anomālijas, kas varētu būt bērnam pirms piedzimšanas.

Kariotipus var pētīt, lai iegūtu informāciju par pagātnes evolūcijas notikumiem, piemēram, poliploīdiju.

Kā veido un analizē kariotipu

Standarta kariotipa sagatavošanā parasti izmanto perifēro asins limfocītus, bet analizēt var arī amnija šķidrumu (no grūtniecības diagnostikas), horiona villusu paraugus, kaula smadzeņu vai audu paraugus (īpaši onkoloģijā). Laboratorijas pamatprocedūra ietver šādus soļus:

• Šūnu kultivēšana — šūnas (piem., limfocīti) tiek audzētas, lai palielinātu to skaitu.
• Metafāzes iesaldēšana — ar kolhicīnu vai kolcemīdu aptur šūnu dalīšanos metafāzes stadijā, kur hromosomas ir vislabāk saskatāmas.
• Hipotoniskā apstrāde — lai hromosomas izplūstu un labāk sadalītos uz slaida.
• Fiksācija un krāsošana — piemēram, G‑bandēšana (Giemsa) atklāj raksturīgas joslas, kas palīdz noteikt katru hromosomu un strukturālās izmaiņas.
• Fotografēšana un sakārtošana — mikrofotogrāfijas tiek sakārtotas pa pāriem, veidojot kariogrammu vai idiogrammu analīzei.

Hromosomu klasifikācija un zīmes

Cilvēka hromosomas parasti klasificē pēc izmēra un centromēra pozīcijas: metacentriskas (centromērs vidū), submetacentriskas, akrocentriskas (centromērs tuvāk vienam galam). Hromosomu rokas parasti sauc par p (īsā) un q (garā). Cilvēkiem pieci akrocentriskie pāri ir 13, 14, 15, 21 un 22, kuru garās rokas satur satelītus ar rRNA gēniem.

Terminoloģija: diploīdais, haploīdais, poliploīdais

Diploīds (2n) nozīmē, ka katra hromosoma ir divās kopijās — tā ir norma cilvēka somatiskajās šūnās (2n = 46). Haploīds (n) ir dzimumšūnās (gamētās) — cilvēkam n = 23. Poliploīdija — vairāk nekā divas kopijas (piem., 3n, 4n) — bieži sastopama augiem un var veicināt sugas rašanos.

Hromosomu anomālijas — skaitliskas un strukturālas

Citogenētika atklāj divu veidu izmaiņas:

• Skaitliskās anomālijas (aneuploidijas) — hromosomu skaita izmaiņas, piemēram, trisomijas (viena hromosoma trīs kopijās) vai monosomijas (vienas kopijas trūkums). Parasti minami cilvēku piemēri:
  • Dauna sindroms — 47,XX,+21 vai 47,XY,+21 (trisomija 21. hromosomai);
  • Turnera sindroms — 45,X (monosomija X hromosomai);
  • Klinefeltera sindroms — 47,XXY (papildu X vīriešiem).
• Strukturālās izmaiņas — delecijas, duplikācijas, inversijas, translokācijas (piem., Robertsonu translokācija starp akrocentriskajām hromosomām) un izmaiņas, kas var būt līdzsvarotas vai nelīdzsvarotas. Dažas strukturālās izmaiņas var būt iedzimtas un citreiz rodas jaunradītas (de novo).

Citogenētikas tehnoloģijas un to iespējas

Tradicionālais kariotips, krāsots ar G‑bandēšanu, ļauj noteikt lielas skaitliskas un strukturālas izmaiņas (parasti resolūcija aptuveni daži megabaiti). Mūsdienu metodes paplašina iespējas:

• FISH (fluorescences in situ hibridizācija) — mērķtiecīgi atrod konkrētas hromosomas reģionus vai ģenētiskus marķierus; noder ātrai diagnostikai un tumoru analizē.
• Microarray (array‑CGH) — augstas izšķirtspējas metodi copy number variation (CNV) noteikšanai; spēj atklāt mazas delecijas/duplikācijas, kuras nav redzamas klasiskā kariotipā.
• Next‑generation sequencing un citas molekulāras metodes, kas papildina citogenētiku, īpaši precīzai variantu noteikšanai.

Klīniskā un diagnostiskā loma

Kariotipa noteikšanai ir svarīga loma:

• priekšdzemdību diagnostikā (amniocentēze, horiona biopsija), lai atklātu aneuploidijas un citas lielas hromosomu izmaiņas;
• neauglības un atkārtotu spontānu abortu izmeklēšanā, kur pārvietotas vai līdzsvarotas translokācijas var būt iemesls;
• onkoloģijā — daudzas leikēmijas un audzējiem raksturīgas translokācijas vai amplifikācijas (piem., BCR‑ABL t(9;22) hroniskajai mieloīdajai leikēmijai) kalpo kā diagnostikas, prognozes vai terapijas mērķi.

Citogenētikas loma evolūcijā un taksonomijā

Kariotipu salīdzināšana starp sugām palīdz rekonstruēt evolūcijas notikumus — piemēram, hromosomu saplūšana, dalīšanās, translokācijas vai poliploīdijas epizodes, kas var radīt jaunas sugas, īpaši augiem. Kariotipu pētījumi dod arī informāciju par genomu reorganizācijām un to sekām uz ģenētisko materiālu.

Praktiski piemēri un notation

Kariotips parasti tiek pierakstīts īsā formā, piemēram, 46,XX (normāls sievietes kariotips) vai 47,XY,+21 (vīrietis ar trisomiju 21). Lai aprakstītu strukturālas izmaiņas, izmanto papildus saīsinājumus (del, dup, inv, t), un var norādīt, kuras hromosomas un reģioni ir iesaistīti.

Ierobežojumi un nākotne

Klasiskais kariotips nespēj redzēt ļoti mazas izmaiņas (mikrodelecijas/mikroduplikācijas), tāpēc kombinēšana ar FISH, mikroshēmām vai sekvencēšanu bieži ir nepieciešama precīzai diagnostikai. Nākotnē integrētās pieejas nodrošinās ātrāku un precīzāku ģenētisko izmaiņu atklāšanu, vienlaikus saglabājot klasiskā kariotipa vērtību lielu hromosomu pārkārtojumu identifikācijā.

Ja nepieciešams, varu pievienot attēlus vai idiogrammas piemērus, paskaidrot G‑bandēšanas joslu numerāciju vai sniegt detalizētus piemērus par translokācijām un to ietekmi uz ģimenes plānošanu.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir kariotips?

J: Kas ir citogenetika?

J: Kas ir somatiskais numurs?

J: Cik daudz kopiju ir normālos diploīdos organismos?

J: Ko parāda kariogramma?

J: Kā kariotipi var sniegt informāciju par pagātnes evolūcijas notikumiem?

Meklēt pēc burta