CARIOTIP: PENTRU CE ESTE VORBA, TIPURI, CUM SE FACE, MODIFICĂRI - BIOLOGIE - 2025

Cariotipul este o fotografie a setului complet de cromozomi metafază că detaliile aspectele legate de numărul și structura lor. Ramura științelor medicale și biologice care se ocupă cu studiul cromozomilor și a bolilor conexe este cunoscută sub numele de citogenetică.

Cromozomii sunt structurile în care sunt organizate genele conținute în moleculele de acid dezoxiribonucleic (ADN). În eucariote, acestea sunt compuse din cromatină, un complex de proteine ​​histonice și ADN care este ambalat în nucleul tuturor celulelor.

Cariotip uman obținut cu coloranți fluorescenti (Sursa: Plociam ~ commonswiki prin Wikimedia Commons

Celulele fiecărui lucru viu de pe Pământ au un număr particular de cromozomi. Bacteriile, de exemplu, au o singură circulară, în timp ce oamenii au 46 organizate în 23 de perechi; iar unele specii de păsări au până la 80 de cromozomi.

Spre deosebire de oameni, celulele vegetale au, în general, mai mult de două seturi de cromozomi omologi (identici). Acest fenomen este cunoscut sub numele de poliploidie.

Toate instrucțiunile necesare pentru creșterea și dezvoltarea ființelor vii, unicelulare sau multicelulare, sunt conținute în moleculele de ADN care sunt înfășurate pe cromozomi. De aici importanța cunoașterii structurii și caracteristicilor sale într-o specie sau în oricare dintre indivizii săi.

Termenul cariotip a fost folosit pentru prima dată în anii 1920 de către Delaunay și Levitsky pentru a desemna suma proprietăților fizice caracteristice ale cromozomilor: numărul, mărimea și particularitățile structurale ale acestora.

De atunci, este folosit în același scop în contextul științei moderne; iar studiul acesteia însoțește multe procese de diagnostic clinic al diferitelor boli la om.

Cariotip uman

Setul de 46 de cromozomi (23 de perechi) care alcătuiesc genomul uman este cunoscut sub numele de cariotip uman și care sunt aranjate grafic în funcție de caracteristici precum dimensiunea și modelul de bandaj, care este evident datorită utilizării tehnicilor speciale de colorare.

Reprezentarea schematică a cariotipului uman (Sursa: Mikael Häggström prin Wikimedia Commons)

Dintre cele 23 de perechi de cromozomi, doar 1 până la 22 sunt aranjate în ordinea mărimii. În celulele somatice, adică în celulele non-sexuale, se găsesc aceste 22 de perechi și, în funcție de sexul individului, indiferent dacă sunt bărbați sau femei, se adaugă o pereche de cromozomi X (femei) sau perechea XY (bărbați). .

Perechile 1 până la 22 se numesc cromozomi autosomali și sunt identici la ambele sexe (masculin și feminin), în timp ce cromozomii sexuali, X și Y, sunt diferiți unul de celălalt.

Pentru ce este cariotipul?

Utilitatea principală a unui cariotip este cunoașterea detaliată a încărcăturii cromozomiale a unei specii și a caracteristicilor fiecăruia dintre cromozomii acesteia.

Deși unele specii sunt polimorfe și poliploide în raport cu cromozomii lor, adică au forme și număr variabile ale acestora de-a lungul ciclului lor de viață, cunoașterea cariotipului ne permite de obicei să deducem o mulțime de informații importante despre ele.

Datorită cariotipului, modificările cromozomiale pe scară largă care implică bucăți mari de ADN pot fi diagnosticate. La oameni, multe boli sau afecțiuni mintale și alte defecte fizice sunt legate de anomalii cromozomiale severe.

Tipuri de cariotipuri

Cariotipurile sunt descrise în conformitate cu nota aprobată de Sistemul Internațional de Nomenclatură Citogenetică Umană (ISCN).

În acest sistem, numărul alocat fiecărui cromozom are legătură cu dimensiunile sale și sunt de obicei ordonate de la cea mai mare la cea mai mică. Cromozomii sunt prezentați în cariotipuri ca perechi de cromatide surori cu brațul mic (p) orientat în sus.

Tipurile de cariotipuri se disting prin tehnicile utilizate pentru obținerea lor. De obicei, diferența constă în tipurile de colorare sau „etichetare” folosite pentru a diferenția un cromozom de altul.

Iată un scurt rezumat al unor tehnici cunoscute până în prezent:

Colorarea solidă

În acest sens, coloranții precum Giemsa și orceina sunt folosiți pentru a colora cromozomii uniform. A fost utilizat pe scară largă până la începutul anilor ’70, deoarece erau singurii coloranți cunoscuți pentru acea vreme.

G-band sau pata Giemsa

Este cea mai utilizată tehnică în citogenetica clasică. Cromozomii sunt digerați anterior cu tripsină și apoi colorați. Modelul benzilor obținute după colorare este specific pentru fiecare cromozom și permite studii detaliate ale structurii sale.

Există metode alternative pentru colorarea Giemsa, dar dau rezultate foarte similare, cum ar fi bandajul Q și bandajul R invers (unde benzile întunecate observate sunt benzile de lumină obținute cu bandajul G).

Trupa C constitutivă

Coloreaza în special heterochromatina, în special cea găsită în centromi. De asemenea, colorează unele materiale în brațele scurte ale cromozomilor acrocentrici și în regiunea distală a brațului lung al cromozomului Y.

Banda de replici

Este utilizat pentru a identifica cromozomul X inactiv și implică adăugarea unui analog de nucleotide (BrdU).

Pata de argint

A fost folosit istoric pentru a identifica regiunile de organizare nucleare care conțin multe copii de ARN ribozomal și se găsesc în regiunile centromerice.

Colorarea distamicinei A / DAPI

Este o tehnică de colorare fluorescentă care distinge heterochromatina de cromozomii 1, 9, 15, 16 și de cromozomul Y la om. Este utilizat în special pentru a distinge duplicarea inversată a cromozomului 15.

Hibridizare fluorescentă in situ (FISH)

Recunoscută drept cel mai mare avans citogenetic după anii 90, este o tehnică puternică prin care se pot distinge ștergeri submicroscopice. Acesta folosește sonde fluorescente care se leagă în mod specific de moleculele de ADN cromozomiale și există mai multe variante ale tehnicii.

Hibridizare comparativă genomică (CGH)

De asemenea, folosește sonde fluorescente pentru etichetarea diferențială a ADN-ului, dar folosește standardele de comparație cunoscute.

Alte tehnici

Alte tehnici mai moderne nu implică în mod direct analiza structurii cromozomiale, ci mai degrabă studiul direct al secvenței ADN. Acestea includ microarrays, secvențiere și alte tehnici bazate pe amplificarea PCR (reacția în lanț a polimerazei).

Cum se realizează un cariotip?

Există diverse tehnici pentru a efectua studiul cromozomilor sau al cariotipului. Unele sunt mai sofisticate decât altele, deoarece permit detectarea unor mici modificări imperceptibile prin cele mai utilizate metode.

Analizele citogenetice pentru obținerea cariotipului sunt efectuate în mod obișnuit din celule prezente în mucoasa bucală sau în sânge (folosind limfocite). În cazul studiilor efectuate la nou-născuți, probele sunt prelevate din lichidul amniotic (tehnici invazive) sau din celulele sanguine fetale (tehnici neinvazive).

Motivele pentru care este efectuat un cariotip sunt diverse, dar de multe ori sunt făcute în scopul diagnosticării bolilor, studiilor de fertilitate sau pentru a afla cauzele avorturilor recurente sau ale deceselor fetale și ale cancerului, printre alte motive.

Pașii pentru efectuarea unui test de cariotip sunt următorii:

1-Obținerea eșantionului (indiferent de sursa sa).

2-Separarea celulelor, un pas de importanță vitală, în special în probele de sânge. În multe cazuri este necesară separarea celulelor divizante de celulele divizante folosind reactivi chimici speciali.

3-Cresterea celulelor. Uneori este necesară cultivarea celulelor într-un mediu de cultură adecvat pentru a obține o cantitate mai mare din ele. Acest lucru poate dura mai mult de câteva zile, în funcție de tipul de probă.

4-Sincronizarea celulelor. Pentru a observa în același timp cromozomii condensați în toate celulele cultivate, este necesar să le „sincronizăm” cu ajutorul unor tratamente chimice care opresc diviziunea celulară când cromozomii sunt mai compacti și, prin urmare, vizibili.

5-Obținerea cromozomilor din celule. Pentru a le vedea la microscop, cromozomii trebuie „scoși” din celule. Acest lucru este obișnuit prin tratarea acestora cu soluții care le determină să explodeze și să se dezintegreze, eliberând cromozomii.

6-Colorare. Așa cum s-a evidențiat mai sus, cromozomii trebuie colorați printr-una dintre numeroasele tehnici disponibile pentru a le putea observa la microscop și pentru a efectua studiul corespunzător.

7-Analiza și numărarea. Cromozomii sunt observați în detaliu pentru a determina identitatea acestora (în cazul cunoașterii prealabile a acesteia), caracteristicile lor morfologice precum mărimea, poziția centromerei și a modelului de bandaj, numărul de cromozomi din eșantion etc.

8 Clasificare. Una dintre cele mai dificile sarcini pentru citogenetici este aceea a clasificării cromozomilor prin compararea caracteristicilor acestora, deoarece este necesar să se determine ce cromozom este. Acest lucru se datorează faptului că, deoarece există mai mult de o celulă în eșantion, vor exista mai mult de o pereche de același cromozom.

Anomalii cromozomiale

Înainte de a descrie diferitele modificări cromozomiale care pot exista și consecințele acestora asupra sănătății umane, este necesar să vă familiarizați cu morfologia generală a cromozomilor.

Morfologie cromozomială

Cromozomii sunt structuri care apar liniare și au două „brațe”, una mică (p) și una mai mare (q), care sunt separate unele de altele de o regiune cunoscută sub numele de centromere, un sit specializat de ADN care participă la ancorarea fusului. mitotice în timpul diviziunii celulare mitotice.

Centromerele pot fi localizate în centrul celor două brațe p și q, departe de centru sau aproape de unul dintre capetele lor (metacentric, submetacentric sau acrocentric).

La capetele brațelor scurte și lungi, cromozomii au „capace” cunoscute sub numele de telomere, care sunt secvențe particulare de ADN bogate în repetări TTAGGG și care sunt responsabile de protejarea ADN-ului și de prevenirea fuziunii între cromozomi.

La începutul ciclului celular, cromozomii sunt văzuți ca cromatide individuale, dar pe măsură ce celulele se reproduc, se formează două cromatide surori care împărtășesc același material genetic. Aceste perechi cromozomiale sunt observate în fotografiile cariotipului.

Cromozomii au grade diferite de „împachetare” sau „condensare”: heterochromatina este cea mai condensată formă și este transcriptiv inactivă, în timp ce euchromatina corespunde celor mai laxe regiuni și este transcriptiv activă.

Într-un cariotip, fiecare cromozom se distinge, așa cum s-a evidențiat mai sus, prin mărimea sa, poziția centromerului său și modelul de bandă atunci când sunt colorate cu tehnici diferite.

Anomalii cromozomiale

Din punct de vedere patologic, pot fi specificate modificări cromozomiale specifice care sunt observate în mod regulat la populațiile umane, deși alte animale, plante și insecte nu sunt exceptate de la acestea.

De obicei, anomaliile au legătură cu ștergerile și duplicările regiunilor unui cromozom sau ale cromozomilor întregi.

Aceste defecte sunt cunoscute sub numele de aneuploidii, care sunt modificări cromozomiale care implică pierderea sau câștigarea unui cromozom complet sau a unor părți ale acestuia. Pierderile sunt cunoscute sub numele de monosomii, iar câștigurile sunt cunoscute sub numele de trisomii, iar multe dintre acestea sunt letale pentru a dezvolta fături.

De asemenea, pot exista cazuri de inversări cromozomiale, unde ordinea secvenței de gene se schimbă datorită pauzelor simultane și reparațiilor eronate ale unei anumite regiuni a cromozomului.

Traducerile sunt, de asemenea, modificări cromozomiale care implică modificări în porțiuni mari de cromozomi, care sunt schimbate între cromozomi neomologi și pot fi sau nu reciproce.

Există, de asemenea, modificări care sunt legate de deteriorarea directă a secvenței de gene conținute în ADN-ul cromozomial; și există chiar și unele legate de efectele „mărcilor” genomice pe care le poate aduce materialul moștenit de la unul dintre cei doi părinți.

Boli umane detectate cu cariotipuri

Analiza citogenetică a modificărilor cromozomiale înainte și după naștere este esențială pentru îngrijirea clinică completă a sugarilor, indiferent de tehnica folosită în acest scop.

Sindromul Down este una dintre cele mai frecvent detectate patologii din studiul cariotipului și are legătură cu nondisuncția cromozomului 21, motiv pentru care este cunoscută și sub denumirea de trisomie 21.

Cariotipul unui om cu trisomie pe cromozomul 21 (Sursa: Programul Departamentului pentru Energie Umană al Departamentului pentru Energie din SUA. Via Wikimedia Commons)

Unele tipuri de cancer sunt detectate prin studierea cariotipului, deoarece sunt legate de modificările cromozomiale, în special de ștergerea sau duplicarea genelor implicate direct cu procesele oncogene.

Anumite tipuri de autisme sunt diagnosticate pe baza analizei cariotipului și s-a demonstrat că duplicarea cromozomului 15 este implicată în unele dintre aceste patologii la om.

Printre alte patologii asociate cu ștergerile de pe cromozomul 15 se numără sindromul Prader-Willi, care provoacă simptome precum lipsa tonusului muscular și deficiențe respiratorii la sugari.

Sindromul „pisică plângătoare” (din franceza cri-du-chat) implică pierderea brațului scurt al cromozomului 5, iar una dintre cele mai directe metode pentru diagnosticul său este prin studiul citogenetic al cariotipului.

Traducerea părților între cromozomii 9 și 11 caracterizează pacienții care suferă de tulburare bipolară, în special legate de întreruperea unei gene pe cromozomul 11. Alte defecte ale acestui cromozom au fost, de asemenea, observate în diferite defecte de naștere.

Conform unui studiu realizat de Weh și colab., În 1993, peste 30% dintre pacienții care suferă de mielom multiplu și leucemie cu celule plasmatice au cariotipuri cu cromozomi ale căror structuri sunt aberante sau anormale, în special pe cromozomii 1, 11 și 14 .

Referințe

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Biologia celulară esențială. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Battaglia, E. (1994). Nucleozomul și nucleotipul: o critică terminologică. Caryologia, 47 (3–4), 37–41.
3. Elsheikh, M., Wass, JAH, & Conway, G. (2001). Sindromul tiroid autoimun la femeile cu sindrom Turner - asocierea cu cariotip. Endocrinologie clinică, 223–226.
4. Fergus, K. (2018). Foarte bine sănătate. Preluat de pe www.verywellhealth.com/how-to-how-is-a-karyotype-test-done-1120402
5. Gardner, R., & Amor, D. (2018). Anomalii cromozomiale și consiliere genetică a lui Gardner și Sutherland (ediția a 5-a). New York: Oxford University Press.
6. Griffiths, A., Wessler, S., Lewontin, R., Gelbart, W., Suzuki, D., & Miller, J. (2005). O introducere în analiza genetică (ediția a VIII-a). Freeman, WH & Company.
7. Rodden, T. (2010). Genetica pentru manechine (ediția a doua) Indianapolis: Wiley Publishing, Inc.
8. Schrock, E., Manoir, S., Veldman, T., Schoell, B., Wienberg, J., Ning, Y., … Ried, T. (1996). Cariotiparea spectrală multicoloră a cromozomilor umani. Știință, 273, 494-498.
9. Wang, T., Maierhofer, C., Speicher, MR, Lengauer, C., Vogelstein, B., Kinzler, KW, și Velculescu, VE (2002). Cariotipare digitală. PNAS, 99 (25), 16156-16161.