KARYOTYPE: VAD ÄR DET FÖR, TYPER, HUR GÖRS DET, FÖRÄNDRINGAR - BIOLOGI - 2025

Den karyotyp är ett fotografi av den fullständiga uppsättningen metafaskromosomer som beskriver aspekter av deras antal och struktur. Den gren av medicinska och biologiska vetenskaper som behandlar studiet av kromosomer och besläktade sjukdomar kallas cytogenetik.

Kromosomer är strukturerna i vilka generna innehållande DNA-molekyler är organiserade. I eukaryoter består de av kromatin, ett komplex av histonproteiner och DNA som är förpackat i kärnan i alla celler.

Mänsklig karyotyp erhållen med fluorescerande färgämnen (Källa: Plociam ~ commonswiki via Wikimedia Commons

Cellerna i alla levande saker på jorden har ett visst antal kromosomer. Bakterier har till exempel bara en cirkulär, medan människor har 46 organiserade i 23 par; och vissa fåglarter har upp till 80 kromosomer.

Till skillnad från människor har växtceller i allmänhet mer än två homologa (identiska) uppsättningar kromosomer. Detta fenomen kallas polyploidy.

Alla instruktioner som är nödvändiga för tillväxt och utveckling av levande varelser, unicellulära eller multicellulära, finns i DNA-molekylerna som är lindade på kromosomerna. Därför vikten av att känna till dess struktur och egenskaper hos en art eller hos någon av dess individer.

Termen karyotyp användes för första gången under 1920-talet av Delaunay och Levitsky för att beteckna summan av de karakteristiska fysiska egenskaperna hos kromosomer: deras antal, storlek och strukturella särdrag.

Sedan dess används det för samma ändamål i modern vetenskap. och studien av den åtföljer många processer för den kliniska diagnosen av olika sjukdomar hos människor.

Mänsklig karyotyp

Uppsättningen av 46 kromosomer (23 par) som utgör det mänskliga genomet är känt som en human karyotyp och som är arrangerade grafiskt enligt egenskaper såsom storlek och bandmönster, vilket är uppenbart tack vare användningen av speciella färgningstekniker.

Schematisk representation av den mänskliga karyotypen (Källa: Mikael Häggström via Wikimedia Commons)

Av de 23 paret av kromosomer är endast 1 till 22 anordnade i storleksordning. I somatiska celler, det vill säga i icke-sexuella celler, hittas dessa 22 par och beroende på individens kön, vare sig han eller kvinna, läggs ett par X-kromosomer (kvinnor) eller XY-paret (män) till. .

Paren 1 till 22 kallas autosomala kromosomer och är desamma hos båda könen (man och kvinna), medan könskromosomerna, X och Y, skiljer sig från varandra.

Vad är karyotypen för?

Den viktigaste användbarheten för en karyotyp är den detaljerade kunskapen om kromosombelastningen hos en art och egenskaperna hos var och en av dess kromosomer.

Även om vissa arter är polymorfa och polyploida i förhållande till deras kromosomer, det vill säga de har varierande former och antal av dessa under hela deras livscykel, kan kunskap om karyotypen vanligtvis sluta oss med mycket viktig information om dem.

Tack vare karyotypen kan kromosomförändringar i ”stor skala” som involverar stora bitar av DNA diagnostiseras. Hos människor är många psykiskt funktionshindrade sjukdomar eller tillstånd och andra fysiska defekter relaterade till allvarliga kromosomavvikelser.

Typer av karyotyper

Karyotyper beskrivs enligt notationen som stöds av International System of Human Cytogenetic Nomenclature (ISCN).

I detta system har antalet som tilldelats varje kromosom att göra med dess storlek, och de beställs vanligtvis från största till minsta. Kromosomer presenteras i karyotyper som par systerkromatider med den lilla armen (p) vänd uppåt.

Typerna av karyotyper kännetecknas av de tekniker som används för att erhålla dem. Vanligtvis ligger skillnaden i de typer av färgning eller "märkning" som används för att skilja en kromosom från en annan.

Här är en kort sammanfattning av några av de tekniker som hittills är kända:

Fast färgning

I detta används färgämnen som Giemsa och orcein för att färga kromosomerna jämnt. Det användes allmänt fram till tidigt 1970-tal, eftersom de var de enda kända färgämnena för tiden.

G-band eller Giemsa-fläck

Det är den mest använda tekniken inom klassisk cytogenetik. Kromosomer digererades tidigare med trypsin och färgades sedan. Mönstret för band erhållna efter färgning är specifikt för varje kromosom och möjliggör detaljerade studier av dess struktur.

Det finns alternativa metoder till Giemsa-färgning, men de ger mycket liknande resultat, såsom Q-banding och omvänd R-banding (där de mörka band som observerats är de ljusband som erhålls med G-banding).

Konstitutivt C-band

Det färgar specifikt heterokromatin, särskilt det som finns i centromererna. Det fläckar också något material i de korta armarna i de akrocentriska kromosomerna och det distala området av den långa armen på Y-kromosomen.

Replikationsbanding

Det används för att identifiera den inaktiva X-kromosomen och involverar tillsatsen av en nukleotidanalog (BrdU).

Silverfärg

Det har historiskt använts för att identifiera nukleolära organisationsregioner som innehåller många kopior av ribosomalt RNA och finns i de centromera regionerna.

Distamycin A / DAPI-färgning

Det är en fluorescerande färgningsteknik som skiljer heterokromatin från kromosomer 1, 9, 15, 16 och från Y-kromosomen hos människor. Det används särskilt för att skilja den inverterade dupliceringen av kromosom 15.

Fluorescerande in situ- hybridisering (FISH)

Erkänd som det största cytogenetiska framsteget efter 1990-talet är det en kraftfull teknik genom vilken submikroskopiska borttagningar kan särskiljas. Det använder fluorescerande prober som specifikt binder till kromosomala DNA-molekyler, och det finns flera varianter av tekniken.

Jämförande genomisk hybridisering (CGH)

Den använder också lysrörsonder för att differentiellt märka DNA, men använder kända jämförelsestandarder.

Andra tekniker

Andra mer moderna tekniker involverar inte direkt analys av kromosomstrukturen, utan snarare den direkta studien av DNA-sekvensen. Dessa inkluderar mikroarrayer, sekvensering och andra tekniker baserade på PCR (polymeraskedjereaktion) amplifiering.

Hur utförs en karyotyp?

Det finns olika tekniker för att utföra studiet av kromosomer eller karyotyp. Vissa är mer sofistikerade än andra, eftersom de tillåter upptäckt av små omärkliga förändringar med de mest använda metoderna.

Cytogenetiska analyser för att erhålla karyotypen utförs vanligen från celler närvarande i munslemhinnan eller i blodet (med hjälp av lymfocyter). När det gäller studier utförda på nyfödda, tas prover från fostervatten (invasiva tekniker) eller från fosterliga blodceller (icke-invasiva tekniker).

Skälen till att en karyotyp utförs är olika, men många gånger görs de för att diagnostisera sjukdomar, fertilitetsstudier eller för att ta reda på orsakerna till återkommande aborter eller fosterdöd och cancer.

Stegen för att utföra ett karyotyptest är följande:

1 - Få provet (oavsett källa).

2-separering av celler, ett mycket viktigt steg, särskilt i blodprover. I många fall är det nödvändigt att separera delande celler från att dela celler med användning av speciella kemiska reagens.

3-Cell tillväxt. Ibland är det nödvändigt att odla cellerna i ett lämpligt odlingsmedium för att få en större mängd av dem. Detta kan ta mer än ett par dagar, beroende på typ av prov.

4-synkronisering av celler. För att observera de kondenserade kromosomerna i alla odlade celler samtidigt, är det nödvändigt att "synkronisera" dem med hjälp av kemiska behandlingar som stoppar celldelningen när kromosomerna är mer kompakta och därför synliga.

5-Få kromosomer från celler. För att se dem under mikroskopet måste kromosomerna "dras" ur cellerna. Detta uppnås vanligtvis genom att behandla dessa med lösningar som får dem att spricka och sönderdelas och frigör kromosomerna.

6-färgning. Som framhållits ovan måste kromosomer färgas med en av många tillgängliga tekniker för att kunna observera dem under mikroskopet och utföra motsvarande studie.

7-analys och räkning. Kromosomer observeras i detalj för att bestämma deras identitet (i fallet med att veta det i förväg), deras morfologiska egenskaper såsom storlek, placering av centromeren och bandmönstret, antalet kromosomer i provet, etc.

8-Klassificering. En av de svåraste uppgifterna för cytogenetiker är att klassificera kromosomer genom att jämföra deras egenskaper, eftersom det är nödvändigt att bestämma vilken kromosom som är vilken. Detta beror på att eftersom det finns mer än en cell i provet kommer det att finnas mer än ett par av samma kromosom.

Kromosomavvikelser

Innan man beskriver de olika kromosomala förändringarna som kan existera och deras konsekvenser för människors hälsa, är det nödvändigt att bekanta sig med den allmänna morfologin för kromosomer.

Kromosommorfologi

Kromosomer är strukturer som förekommer linjära och har två "armar", en liten (p) och en större (q) som är separerade från varandra av en region känd som centromeren, en specialiserad DNA-plats som deltar i spindelförankring. mitotisk under mitotisk celldelning.

Centromeren kan vara belägen i mitten av de två armarna p och q, långt från mitten eller nära en av deras ändar (metacentrisk, submetacentrisk eller akrocentrisk).

I slutet av de korta och långa armarna har kromosomerna "huvar" kända som telomerer, som är speciella DNA-sekvenser som är rika på TTAGGG-upprepningar och som ansvarar för att skydda DNA och förhindra fusion mellan kromosomer.

I början av cellcykeln ses kromosomer som enskilda kromatider, men när cellen replikeras bildas två systerkromatider som delar samma genetiska material. Det är dessa kromosomala par som ses på karyotypfotografierna.

Kromosomer har olika grader av "packning" eller "kondensation": heterokromatin är den mest kondenserade formen och är transkriptionsinaktivt, medan euchromatin motsvarar de lösare regionerna och är transkriptionellt aktiv.

I en karyotyp skiljer sig varje kromosom, såsom framhävts ovan, av dess storlek, centromererens position och bandmönstret när de färgas med olika tekniker.

Kromosomavvikelser

Ur patologisk synvinkel kan specifika kromosomala förändringar specificeras som regelbundet observeras i människopopulationer, även om andra djur, växter och insekter inte är undantagna från dessa.

Abnormaliteter har ofta att göra med borttagningar och duplikationer av kromosomregioner eller hela kromosomer.

Dessa defekter är kända som aneuploidier, som är kromosomala förändringar som innebär förlust eller förstärkning av en komplett kromosom eller delar av den. Förlusterna är kända som monosomier och vinsterna kallas trisomier, och många av dessa är dödliga för utvecklande foster.

Det kan också förekomma fall av kromosomala inversioner, där ordningen på gensekvensen förändras på grund av samtidiga pauser och felaktiga reparationer av en del av kromosomen.

Translokationer är också kromosomala förändringar som involverar förändringar i stora delar av kromosomer som utbyts mellan icke-homologa kromosomer och som kanske inte är ömsesidiga.

Det finns också förändringar som är relaterade till direkt skada på sekvensen av gener som finns i kromosomalt DNA; och det finns till och med några relaterade till effekterna av genomiska "märken" som material som ärvts från en av de två föräldrarna kan ha med sig.

Mänskliga sjukdomar upptäckt med karyotyper

Cytogenetisk analys av kromosomala förändringar före och efter födseln är avgörande för omfattande klinisk vård av spädbarn, oavsett vilken teknik som används för detta ändamål.

Downs syndrom är en av de vanligast upptäckta patologierna från karyotypstudien, och det har att göra med nondisjunktionen av kromosom 21, varför det också kallas trisomi 21.

Karyotype av en människa med trisomi på kromosom 21 (Källa: US Department of Energy Human Genome Program. Via Wikimedia Commons)

Vissa typer av cancer upptäcks genom att studera karyotypen, eftersom de är relaterade till kromosomala förändringar, särskilt borttagning eller duplicering av gener som är direkt involverade i onkogena processer.

Vissa typer av autism diagnostiseras genom karyotypanalys, och duplikering av kromosom 15 har visat sig vara involverad i vissa av dessa tillstånd hos människor.

Bland andra patologier förknippade med borttagningar av kromosom 15 är Prader-Willi-syndrom, vilket orsakar symtom som brist på muskelton och andningsbrister hos spädbarn.

"Gråtande katt" -syndromet (från det franska cri-du-chat) innebär förlusten av den korta armen av kromosom 5 och en av de mest direkta metoderna för dess diagnos är genom den cytogenetiska studien av karyotypen.

Omlokalisering av delar mellan kromosomerna 9 och 11 karakteriserar patienter som lider av bipolär störning, specifikt relaterade till störningen av en gen på kromosom 11. Andra defekter på denna kromosom har också observerats vid olika födelsedefekter.

Enligt en studie utförd av Weh et al. 1993 har mer än 30% av patienterna som lider av multipelt myelom och plasmacell leukemi karyotyper med kromosomer vars strukturer är avvikande eller onormala, särskilt på kromosomer 1, 11 och 14 .

referenser

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Väsentlig cellbiologi. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Battaglia, E. (1994). Nukleosom och nukleotyp: en terminologisk kritik. Caryologia, 47 (3–4), 37–41.
3. Elsheikh, M., Wass, JAH, & Conway, G. (2001). Autoimmunt sköldkörtelsyndrom hos kvinnor med Turners syndrom - föreningen med karyotyp. Clinical Endocrinology, 223–226.
4. Fergus, K. (2018). VeryWell Health. Hämtad från www.verywellhealth.com/how-to-how-is-a-karyotype-test-done-1120402
5. Gardner, R., & Amor, D. (2018). Gardner och Sutherlands kromosomavvikelser och genetisk rådgivning (5: e upplagan). New York: Oxford University Press.
6. Griffiths, A., Wessler, S., Lewontin, R., Gelbart, W., Suzuki, D., & Miller, J. (2005). En introduktion till genetisk analys (8: e upplagan). Freeman, WH & Company.
7. Rodden, T. (2010). Genetics For Dummies (2: a upplagan). 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. Science, 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.