KARIOTIP: ČEMU SLUŽI, VRSTE, KAKO SE RADI, IZMJENE - BIOLOGIJA - 2026

Kariotip je fotografija s kompletom metafazi kromosoma Detalji aspekte njihovog broja i strukture. Grana medicinskih i bioloških znanosti koja se bavi proučavanjem kromosoma i povezanim bolestima poznata je pod nazivom citogenetika.

Kromosomi su struktura u kojoj su organizirani geni sadržani u molekuli deoksiribonukleinske kiseline (DNK). U eukariotama sastoje se od kromatina, kompleksa histonskih proteina i DNK koji se pakiraju unutar jezgre svih stanica.

Ljudski kariotip dobiven fluorescentnim bojama (Izvor: Plociam ~ commonswiki putem Wikimedia Commons

Stanice svakog živog bića na Zemlji imaju određeni broj kromosoma. Primjerice, bakterije imaju samo jednu kružnu točku, dok ljudi imaju 46 organiziranih u 23 para; a neke vrste ptica imaju do 80 kromosoma.

Za razliku od ljudi, biljne stanice općenito imaju više od dva homološka (identična) skupa kromosoma. Ovaj fenomen poznat je kao poliploidija.

Sva uputstva potrebna za rast i razvoj živih bića, jednoćelijska ili višećelijska, nalaze se u molekuli DNK koja je namotana na kromosomima. Otuda je važno znati njegovu strukturu i karakteristike u vrsti ili u bilo kojem od njenih jedinki.

Izraz kariotip prvi su put tijekom 1920-ih godina Delaunay i Levitsky upotrijebili da označe zbroj karakterističnih fizikalnih svojstava kromosoma: njihov broj, veličina i strukturne osobitosti.

Od tada se koristi u istu svrhu u kontekstu moderne znanosti; a njegovo proučavanje prati mnoge procese kliničke dijagnoze različitih bolesti kod čovjeka.

Ljudski kariotip

Skup od 46 kromosoma (23 para) koji čine ljudski genom poznat je kao ljudski kariotip i koji su raspoređeni grafički prema karakteristikama kao što su veličina i uzorak vezanja, što je vidljivo zahvaljujući upotrebi posebnih tehnika bojenja.

Shematski prikaz ljudskog kariotipa (Izvor: Mikael Häggström putem Wikimedia Commons)

Od 23 para kromosoma, samo 1 do 22 raspoređeni su po veličini. U somatskim stanicama, to jest u neseksualnim stanicama, nalaze se ta 22 para i, ovisno o spolu pojedinca, bilo da su muški ili ženski, dodaje se par X kromosoma (žene) ili par XY (muškarci).,

Parovi 1 do 22 nazivaju se autosomni kromosomi i jednaki su u oba spola (muški i ženski), dok su spolni kromosomi, X i Y, međusobno različiti.

Čemu služi kariotip?

Glavna korisnost kariotipa je detaljno poznavanje kromosomskog opterećenja vrste i karakteristika svakog njezinog kromosoma.

Iako su neke vrste polimorfne i poliploidne u odnosu na svoje kromosome, to jest, imaju ih različitih oblika i broja tijekom cijelog životnog ciklusa, znanje o kariotipu obično nam omogućuje da zaključimo puno važnih podataka o njima.

Zahvaljujući kariotipu mogu se dijagnosticirati kromosomske promjene u „velikom razmjeru“ koje uključuju velike dijelove DNK. Kod ljudi su mnoge mentalno oštećene bolesti ili stanja i druga fizička oštećenja povezana s teškim kromosomskim oštećenjima.

Vrste kariotipa

Kariotipi su opisani prema notaciji koju je odobrio Međunarodni sustav citogenetske nomenklature čovjeka (ISCN).

U ovom sustavu broj dodijeljen svakom kromosomu ima veze s njegovom veličinom, a obično se reduju od najvećeg do najmanjeg. Hromosomi su predstavljeni u kariotipovima kao parovi sestrinskih kromatida sa malom rukom (p) okrenutim prema gore.

Vrste kariotipa razlikuju se tehnikama koje se koriste za njihovo dobivanje. Razlika je obično u vrstama bojenja ili "označavanja" koji se koriste za razlikovanje jednog kromosoma od drugog.

Evo kratkog sažetka nekih do danas poznatih tehnika:

Čvrsta mrlja

Pri tome se boje poput Giemsa i orceina koriste za ravnomjerno bojenje kromosoma. Široko se koristio sve do ranih 1970-ih, jer su za to vrijeme bile jedine poznate boje.

G-band ili Giemsa mrlja

To je najčešće korištena tehnika u klasičnoj citogenetiki. Hromosomi se prethodno probavljaju tripsinom, a zatim oboje. Uzorak traka dobivenih nakon bojenja specifičan je za svaki kromosom i omogućuje detaljno proučavanje njegove strukture.

Postoje alternativne metode za Giemsa bojenje, ali one daju vrlo slične rezultate, kao što su Q vrpce i obrnuto R vrpce (gdje su opaženi tamni pojasi svjetlosni pojasevi dobiveni s G vezanjem).

Konstitutivni C-opseg

Posebno mrlja heterokromatin, posebno onaj koji se nalazi u centromerama. Također mrlje materijal u kratkim krakovima akrocentričnih kromosoma i udaljenom području duge ruke Y kromosoma.

Replikacijski zavoj

Koristi se za identificiranje neaktivnog X kromosoma i uključuje dodavanje nukleotidnog analoga (BrdU).

Srebrna mrlja

Povijesno se koristilo za identificiranje regija nuklearne organizacije koje sadrže mnogo kopija ribosomalne RNA i nalaze se u centromernim regijama.

Bojenje distamicinom A / DAPI

To je fluorescentna tehnika bojenja koja razlikuje heterokromatin od kromosoma 1, 9, 15, 16 i Y kromosoma u ljudi. Posebno se koristi za razlikovanje obrnutog umnožavanja kromosoma 15.

Fluorescentna in situ hibridizacija (FISH)

Prepoznata kao najveći citogenetski napredak nakon 1990-ih, to je moćna tehnika pomoću koje se mogu razlikovati submikroskopske delecije. Koristi fluorescentne sonde koje se specifično vežu za kromosomske molekule DNA, a postoji višestruka varijanta tehnike.

Uporedna genomska hibridizacija (CGH)

Također koristi fluorescentne sonde za različito označavanje DNK, ali koristi poznate standarde usporedbe.

Ostale tehnike

Ostale modernije tehnike ne uključuju izravno analizu kromosomske strukture, već izravno istraživanje DNK sekvence. Tu se ubrajaju mikroračuni, sekvence i druge tehnike temeljene na PCR (polimeraznoj lančanoj reakciji) pojačavanju.

Kako se izvodi kariotip?

Postoje različite tehnike za provođenje istraživanja kromosoma ili kariotipa. Neki su sofisticiraniji od drugih jer omogućuju otkrivanje malih neprimjetnih promjena najčešće korištenim metodama.

Citogenetske analize za dobivanje kariotipa obično se izvode iz stanica prisutnih u oralnoj sluznici ili u krvi (pomoću limfocita). U slučaju ispitivanja provedenih na novorođenčadi, uzorci se uzimaju iz amnionske tekućine (invazivne tehnike) ili iz krvnih stanica fetusa (neinvazivne tehnike).

Razlozi zbog kojih se vrši kariotip su različiti, ali mnogo puta se to čine u svrhu dijagnosticiranja bolesti, ispitivanja plodnosti ili kako bi se između ostalih razloga utvrdili uzroci ponavljajućih pobačaja ili smrti fetusa i raka.

Sljedeći su koraci za provođenje testa kariotipa:

1 - Dobivanje uzorka (bez obzira na izvor).

2-razdvajanje stanica, vitalno važan korak, posebno u uzorcima krvi. U mnogim je slučajevima potrebno razdvojiti stanice za dijeljenje od stanica koje se dijele pomoću posebnih kemijskih reagensa.

3-stanični rast. Ponekad je potrebno uzgajati stanice u pogodnom kulturi za dobivanje veće količine njih. Ovisno o vrsti uzorka, može potrajati više od nekoliko dana.

4-Sinkronizacija stanica. Za istovremeno promatranje kondenziranih kromosoma u svim uzgojenim stanicama, potrebno ih je "sinkronizirati" kemijskim tretmanima koji zaustavljaju diobu stanica kada su kromosomi kompaktniji i, dakle, vidljivi.

5 - Dobivanje kromosoma iz stanica. Da biste ih vidjeli pod mikroskopom, kromosomi se moraju "izvući" iz stanica. To se obično postiže obradom istih otopinama koje uzrokuju da se rasprsnu i raspadnu, oslobađajući kromosome.

6-bojenje. Kao što je gore istaknuto, kromosomi se moraju obojati jednom od mnogih dostupnih tehnika kako bi ih se moglo promatrati pod mikroskopom i izvršiti odgovarajuću studiju.

7-Analiza i brojanje. Kromosomi se promatraju detaljno kako bi se utvrdio njihov identitet (u slučaju da se to unaprijed zna), njihove morfološke karakteristike kao što su veličina, položaj centromera i obrazac vezanja, broj kromosoma u uzorku itd.

8-Klasifikacija. Jedan od najtežih zadataka citogenetskih osoba jest klasifikacija kromosoma usporedbom njihovih karakteristika jer je potrebno odrediti koji je kromosom. To je zato što budući da u uzorku postoji više stanica, postojat će više od jednog para istog kromosoma.

Kromosomske nepravilnosti

Prije nego što opišemo različite kromosomske promjene koje mogu postojati i njihove posljedice po ljudsko zdravlje, potrebno je upoznati se s općom morfologijom kromosoma.

Morfologija kromosoma

Kromosomi su strukture koje izgledaju linearno i imaju dvije "ruke", malu (p) i veću (q) koje su međusobno odvojene regijom poznatom kao centromere, specijalizirano mjesto DNA koje sudjeluje u sidrenju vretena. mitotička tijekom diobe mitotske stanice.

Centrometar može biti smješten u središtu dviju krakova p i q, daleko od središta ili blizu jednog od njihovih krajeva (metacentrični, submetacentrični ili akrocentrični).

Na krajevima kratkih i dugih krakova kromosomi imaju "čepove", poznate kao telomeri, koji su posebni nizovi DNK bogati TTAGGG ponavljanjem i koji su odgovorni za zaštitu DNK i sprječavanje fuzije između kromosoma.

Na početku staničnog ciklusa, kromosomi se vide kao pojedinačni kromatidi, ali kako se stanica razmnožava, nastaju dvije sestrinske kromatide koje dijele isti genetski materijal. Upravo su ti kromosomski parovi viđeni na fotografijama iz kariotipa.

Kromosomi imaju različit stupanj "pakiranja" ili "kondenzacije": heterokromatin je najgušće kondenziran oblik i transkripcijski je neaktivan, dok eukromatin odgovara većini lahkih regija i transkriptivno je aktivan.

U kariotipu se svaki kromosom razlikuje, kako je ranije istaknuto, veličinom, položajem svog centromera i uzorkom vezanja kada se oboji različitim tehnikama.

Kromosomske nepravilnosti

Sa patološkog stajališta mogu se navesti specifične kromosomske promjene koje se redovito promatraju u ljudskoj populaciji, mada druge životinje, biljke i insekti nisu izuzeti od njih.

Nenormalnosti često imaju veze sa brisanjem i duplikacijama regija kromosoma ili čitavih kromosoma.

Ove su oštećenja poznate kao aneuploidije, koje su kromosomske promjene koje uključuju gubitak ili dobitak kompletnog kromosoma ili njegovih dijelova. Gubici su poznati kao monozomije, a dobici poznati kao trisomije, a mnogi od njih su smrtonosni za razvoj fetusa.

Također mogu biti slučajevi kromosomske inverzije, gdje se redoslijed redoslijeda gena mijenja zbog istodobnog prekida i pogrešnih popravki nekih regija kromosoma.

Translokacije su također kromosomske promjene koje uključuju promjene u velikim dijelovima kromosoma koji se razmjenjuju između nehomolognih kromosoma i mogu biti, ali ne moraju biti i recipročni.

Postoje i promjene koje su povezane s izravnim oštećenjem sekvence gena sadržanih u kromosomskoj DNK; a postoje čak i neki povezani s učincima genskih „žigova“ koje materijal koji je naslijedio od jednog od dva roditelja može ponijeti sa sobom.

Ljudske bolesti otkrivene s kariotipovima

Citogenetska analiza kromosomskih promjena prije i nakon rođenja je neophodna za sveobuhvatnu kliničku njegu novorođenčadi, bez obzira na tehniku ​​koja se koristi u tu svrhu.

Downov sindrom jedna je od najčešće otkrivenih patologija iz kariotipske studije, a ima veze s nerazlučivanjem kromosoma 21, zbog čega je poznat i kao trisomija 21.

Kariotip čovjeka s trisomijom na kromosomu 21 (Izvor: Američki ministar energetike, program ljudskog genoma. Via Wikimedia Commons)

Neke vrste raka otkrivaju se proučavanjem kariotipa, budući da su povezane s kromosomskim promjenama, posebno delecijom ili umnožavanjem gena koji su izravno uključeni u onkogene procese.

Određene vrste autizma dijagnosticirane su iz kariotipske analize, a pokazalo se da je umnožavanje kromosoma 15 uključeno u neka od ovih stanja kod ljudi.

Među ostalim patologijama povezanim sa brisanjem na kromosomu 15 je i Prader-Willijev sindrom, koji kod dojenčadi izaziva simptome poput nedostatka mišićnog tonusa i respiratornog nedostatka.

Sindrom „plačuće mačke“ (s francuskog cri-du-chat) podrazumijeva gubitak kratkog kraka kromosoma 5, a jedna od najdirektnijih metoda za dijagnozu je citogenetska studija kariotipa.

Translokacija dijelova između kromosoma 9 i 11 karakterizira pacijente koji pate od bipolarnog poremećaja, posebno povezanog s poremećajem gena na kromosomu 11. Ostali nedostaci na ovom kromosomu također su primijećeni kod različitih urođenih mana.

Prema istraživanju koje su proveli Weh i suradnici, 1993. godine, više od 30% pacijenata koji pate od multiplog mijeloma i leukemije plazma stanica imaju kariotipove s kromosomima čija je struktura abberantna ili abnormalna, posebno na kromosomima 1, 11 i 14,

Reference

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… Walter, P. (2004). Bitna stanična biologija. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Battaglia, E. (1994). Nukleozom i nukleotip: terminološka kritika. Caryologia, 47 (3–4), 37–41.
3. Elsheikh, M., Wass, JAH, & Conway, G. (2001). Autoimuni sindrom štitnjače kod žena s Turnerovim sindromom - povezanost s kariotipom. Klinička endokrinologija, 223–226.
4. Fergus, K. (2018). Vrlo dobro zdravlje. Preuzeto s www.verywellhealth.com/how-to-how-is-a-karyotype-test-done-1120402
5. Gardner, R., i Amor, D. (2018). Gardnerove i Sutherlandove kromosomske nepravilnosti i genetsko savjetovanje (5. izd.). New York: Oxford University Press.
6. Griffiths, A., Wessler, S., Lewontin, R., Gelbart, W., Suzuki, D., i Miller, J. (2005). Uvod u genetsku analizu (8. izd.). Freeman, WH & Company.
7. Rodden, T. (2010). Genetika za lutke (2. izd.). Indianapolis: Wiley Publishing, Inc.
8. Schrock, E., Manoir, S., Veldman, T., Schoell, B., Wienberg, J., Ning, Y.,… Ried, T. (1996). Višebojna spektralna kariotipizacija ljudskih kromosoma. Znanost, 273, 494-498.
9. Wang, T., Maierhofer, C., Speicher, MR, Lengauer, C., Vogelstein, B., Kinzler, KW, i Velculescu, VE (2002). Digitalni kariotipizacija. PNAS, 99 (25), 16156-16161.