Кариотип

Набор хромосом (справа) и систематизированный женский кариотип 46 XX (слева). Получено методом спектрального кариотипирование.
Кариотип 46, XY, t (1; 3) (p21; q21), del (9) (q22): показано транслокация (перенос фрагмента) между 1-й и 3-ю хромосомами, делецию (потерю участка) 9-й хромосомы . Маркировка участков хромосом представлена ​​как за комплексами поперечных меток (классическая кариотипизация, полосы) так и по спектру флуоресценции (цвет, спектральная кариотипизация).

Кариотип - набор хромосом, специфический для каждого вида организмов; характеризуется определенным количеством хромосом и особенностью их строения.


Кариотипом иногда называют визуальное представление полного хромосомного набора (кариограмы).


1. Номенклатура

С целью систематизации цитогенетических описаний разработана Международная цитогенетическая номенклатура (International System for Cytogenetic Nomenclature, ISCN), основана на дифференциальном окраске хромосом, которая позволяет подробно описать отдельные хромосомы и их участки. Запись имеет следующий формат:

[Номер хромосомы] [плечо] [номер участка]. [Номер полосы]

длинное плечо хромосомы обозначают буквой q, короткое - буквой p, хромосомные аберрации обозначают дополнительными символами. Также в научной литературе часто можно встретить такие обозначения: FN - фундаментальное число, это суммарное количество хромосомных плеч; 2n - диплоидный набор хромосом.



2. Определение кариотипа

Внешний вид хромосом существенно меняется в течение клеточного цикла: в течение интерфазы хромосомы локализованы в ядре, как правило, деспирализовани и труднодоступные для наблюдения, поэтому для определения кариотипа используются клетки в одной из стадий их деления - метафазе митоза.

3. Процедура определения кариотипа

Для процедуры определения кариотипа могут быть использованы любые популяции делящихся клеток, для определения человеческого кариотипа используется либо одноядерные лейкоциты, извлеченные из пробы крови, распределение которых провоцируется добавлением митогенов, или культуры клеток, активно делятся в норме (фибробласты кожи, клетки костного мозга). Обогащение популяции клеточной культуры проводится остановкой деления клеток на стадии метафазы митоза добавлением колхицина - алкалоида, который блокирует образование микротрубочек и "растягивание" хромосом к полюсам деления клетки и препятствует тем самым завершение митоза.

Полученные клетки в стадии метафазы фиксируются, окрашиваются и фотографируются под микроскопом, с набора полученные фотографий формируются т. н. систематизированный кариотип - нумерованный набор пар гомологичных хромосом (аутосом), изображения хромосом при этом ориентируются вертикально короткими плечами вверх, их нумерация производится в порядке убывания размеров, пара половых хромосом содержится в конец набора (см. Рис. 1).

Исторически первые детализированные кариотип, позволявшие проводить классификацию по морфологии хромосом выходили окраской по Романовскому - Гимзе, однако дальнейшая детализация структуры хромосом в кариотипе стала возможной с появлением методик дифференциального окрашивания хромосом. Классический и спектральный кариотип

Рис. 2. Пример определения транслокации по комплексу поперечных меток (полоски, классический кариотип) и по спектру участков (цвет, спектральный кариотип).

Для получения классического кариотипа используется окраска хромосом различными красителями или их смесями: в силу различий в связывании красителя с различными участками хромосом окрашивание происходит неравномерно и образуется характерная полосчатая структура (комплекс поперечных меток, англ. Banding), отражающий линейную неоднородность хромосомы и специфическая для гомологичных пар хромосом и их участков (за исключением полиморфных районов, локализуются различные аллельных вариантов генов). Первый метод окраски хромосом, что позволяет получить такие высокодетализированных изображения, был разработан шведским цитологом Касперсоном (Q-окраска) [1] Используются и другие красители, такие методики получили общее название дифференциального окрашивания хромосом: [2] Q-окрашивание - окрашивание по Касперсоном акрихин -ипритом с исследованием под флуоресцентным микроскопом. Чаще всего применяется для исследования Y-хромосом (быстрое определение генетического пола, выявление транслокаций между X-и Y-хромосомами или между Y-хромосомой и аутосомами, скрининг мозаицизма с участием Y-хромосом) G-окрашивание - модифицированное окрашивание по Романовскому - Гимзе. Чувствительность выше, чем в Q-окраска, поэтому используется как стандартный метод цитогенетического анализа. Применяется при выявлении небольших аберраций и маркерных хромосом (сегментированных иначе, чем нормальные гомологичные хромосомы) R-покраска - используется акридинового оранжевый и подобные красители, при этом окрашиваются участки хромосом, нечувствительные к G-окрашивания. Используется для обнаружения деталей гомологичных G-или Q-негативных участков сестринских хроматид или гомологичных хромосом. C-окраска - применяется для анализа центромирних районов хромосом, содержащих конститутивные гетерохроматин и вариабельной дистальной части Y-хромосомы. T-окрашивание - применяют для анализа теломерной районов хромосом.

Последнее время используется методика так называемого спектрального кариотипирование ( флюоресцентная гибридизация in situ, англ. Fluorescence in situ hybridization, FISH ), Состоящий в окраске хромосом набором флюоресцентных красителей, связываются со специфическими областями хромосом [3]. В результате такого окрашивания гомологичные пары хромосом приобретают идентичные спектральные характеристики, что не только существенно облегчает выявление таких пар, но и облегчает выявление межхромосомные транслокаций, т.е. перемещений участков между хромосомами - транслоцированние участки имеют спектр, отличающийся от спектра остальных хромосомы. Анализ кариотипов

Сравнение комплексов поперечных меток в классической кариотипа или участков со специфическими спектральными характеристиками позволяет идентифицировать как гомологичные хромосомы, так и отдельные их участки, что позволяет детально определять хромосомные аберрации - внутри-и межхромосомные перестройки, сопровождающиеся нарушением порядка фрагментов хромосом (делеции, дупликации, инверсии , транслокации). Такой анализ имеет большое значение в медицинской практике, позволяя диагностировать ряд хромосомных заболеваний, вызванных как грубыми нарушениями кариотипов (нарушение числа хромосом), так и нарушением хромосомной структуры или множественностью клеточных кариотипов в организме (мозаицизм). Номенклатура

Рис.3. Кариотип 46, XY, t (1; 3) (p21; q21), del (9) (q22): показаны транслокация (перенос фрагмента) между 1-й и 3-й хромосомами, делеция (утеря участка) 9-й хромосомы . Маркировка участков хромосом дана как по комплексам поперечных меток (классическая кариотипизация, полоски), так и по спектру флуоресценции (цвет, спектральная кариотипизация).

Для систематизации цитогенетических описаний была разработана Международная цитогенетическая номенклатура (International System for Cytogenetic Nomenclature, ISCN), основанная на дифференциальном окрашивании хромосом и позволяет детально описывать отдельные хромосомы и их участки. Запись имеет следующий формат: [Номер хромосомы] [плечо] [номер участка]. [Номер полосы]

длинное плечо хромосомы обозначают буквой q, короткое - буквой p, хромосомные аберрации обозначаются дополнительными символами.

Таким образом, 2-я полоса 15-го участка короткого плеча 5-й хромосомы записывается как 5p15.2.

Для кариотипа используется запись в системе ISCN 1995 [4], имеет следующий формат: [Число хромосом], [половые хромосомы], [особенности] [5].

Для обозначения половых хромосом у разных видов используются различные символы (буквы), которые зависят от специфики определения пола таксона (различные системы половых хромосом). Так, у большинства млекопитающих женский кариотип гомогаметен, а мужской гетерогаметен, соответственно, запись половых хромосом самки XX, самца - XY. У птиц же самки гетерогаметных, а самцы гомогаметных, т.е. запись половых хромосом самки ZW, самца - ZZ.

В качестве примера можно привести такие кариотип: нормальный (видовой) кариотип домашнего кота: 38, XY индивидуальный кариотип лошади с "лишним" X-хромосомой (трисомия по X-хромосоме): 65, XXX индивидуальный кариотип домашней свиньи с делеций (потерей участка) длинного плеча (q) 10-й хромосомы: 38, XX, 10q-индивидуальный кариотип мужчины с транслокации 21-х участков короткого (p) и длинного плеч (q) 1-й и 3-й хромосом и делец 22-го участка длинного плеча (q) 9-й хромосомы (приведены на Рис. 3): 46, XY, t (1; 3) (p21; q21), del (9) (q22)

Поскольку нормальный кариотип является видоспецифичными, то разрабатываются и поддерживаются стандартные описания кариотипов различных видов животных и растений, в первую очередь домашних и лабораторных животных и растений [6]. Аномальные кариотипа и хромосомные болезни

Нормальный кариотип человека - 46, XX (женский) и 46, XY (мужской). Нарушение нормального кариотипа у человека возникают на ранних стадиях развития организма: в случае, если такое нарушение возникает при гаметогенезе, в котором продуцируются половые клетки родителей, кариотип зиготы, образовавшейся при их слиянии, также оказывается нарушенным. При дальнейшем распределении такой зиготы все клетки эмбриона и развился из него организма имеют одинаковый аномальным кариотипом.

Однако нарушения кариотипа могут возникнуть и на ранних стадиях дробления зиготы, развившийся из такой зиготы организм содержит несколько линий клеток (клеточных клонов) с различными кариотипа, такая множественность кариотипов всего организма или отдельных его органов именуется мозаицизм.

Как правило, нарушения кариотипа у человека сопровождаются множественными пороками развития, большинство таких аномалий несовместимо с жизнью и приводят к самопроизвольным абортам на ранних стадиях беременности. Однако достаточно большое количество плодов (~ 2.5% [Источник? 570 дней]) с аномальным кариотипом доношуеться до окончания беременности. Некоторые болезни человека, вызванные аномалиями кариотипов [7], [8] Кариотип Болезнь Комментарий 47, XXY, 48, XXXY; Синдром Клайнфельтера полисомии по X-хромосоме у мужчин 45X0; 45X0/46XX, 45, X/46, XY, 46 а , X iso (Xq) Синдром Шерешевского - Тернера моносомия по X хромосоме, в том числе и мозаицизм 47, ХХX, 48, ХХХХ, 49, ХХХХХ полисомии по X хромосоме Наиболее часто - трисомия X 47, ХХ, 21 +, 47, ХY , 21 + Синдром Дауна Трисомия по 21-й хромосоме 47, ХХ, 18 +, 47, ХY, 18 + Синдром Эдвардса Трисомия по 18-й хромосоме 47, ХХ, 13 +, 47, ХY, 13 + Синдром Патау Трисомия по 13 -й хромосоме 46, XX, 5р-Синдром кошачьего крика делеция короткого плеча 5-й хромосомы 46 XX или ХУ, 15Р-. Синдром Прадера-Вилли Аномалия 15 хромосомы

Кариотип некоторых биологических видов

Каждый вид организмов имеет характерный и постоянным набором хромосом. Количество диплоидных хромосом отличается от организма к организму: Кариотип гоминид

У человека нормальный кариотип состоит из 46 хромосом. Тогда как у шимпанзе, гориллы - 48. См. также Теория наследственности Наследственные заболевания Хромосома Половые хромосомы


Источники

Примечания ↑ Caspersson T. et al. Chemical differentiation along metaphase chromosomes. Exp. Cell Res. 49, 219-222 (1968). ↑ Р. Фок. Генетика эндокринных болезней / / Эндокринология (под ред. Нормана Лавина) М., "Практика", 1999 ↑ E. Schr?ck, S. du Manoir et al .. Multicolor Spectral Karyotyping of Human Chromosomes. Science, 26 Jul 1996; 273 (5274): 494 (in Reports) ↑ ISCN (1995): An International System for Human Cytogenetic Nomenclature, Mitelman, F (ed) S. Karger, Basel, 1995 ↑ ISCN Symbols and Abbreviated Terms / / Coriell Institute for Medical Research ↑ Resources for Genetic and Cytogenetic Nomenclature / / Council of Science Editors ↑ Международная классификация болезней. Врожденные аномалии [пороки развития], деформации и хромосомные нарушения (Q00-Q99), Хромосомные аномалии, не классифицированные в других рубриках (Q90-Q99) ↑ Хромосомные болезни / / НЕВРОНЕТ на латинице


Бабочка Это незавершенная статья по биологии.
Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив ее.