Абстрактен кариотип
Кариотип- набор от характеристики (брой, размер, форма и т.н.) на пълен набор от хромозоми, присъщи на клетки от даден биологичен вид (видов кариотип), даден организъм (индивидуален кариотип) или линия (клонинг) от клетки. Кариотипът понякога се нарича и визуално представяне на пълния набор от хромозоми (кариограми).
1. Определяне на кариотипа
Появата на хромозомите се променя значително по време на клетъчния цикъл: по време на интерфазата хромозомите са локализирани в ядрото, като правило, деспирализирани и трудни за наблюдение; следователно клетките в един от етапите на тяхното делене, метафазата на митозата, се използват за определяне на кариотипа.
1.1. Процедура за определяне на кариотипа
За процедурата за определяне на кариотипа може да се използва всяка популация от делящи се клетки; за определяне на човешкия кариотип се използват или мононуклеарни левкоцити, извлечени от кръвна проба, чието разделяне се провокира от добавянето на митогени, или култури от клетки, които се делят бързо в норма (кожни фибробласти, клетки от костен мозък). Обогатяването на популацията на клетъчната култура се извършва чрез спиране на клетъчното делене в метафазния стадий на митозата чрез добавяне на колхицин, алкалоид, който блокира образуването на микротубули и "разтягането" на хромозомите към полюсите на клетъчното делене и по този начин предотвратява завършването на митозата.
Получените клетки в метафазен стадий се фиксират, оцветяват и фотографират под микроскоп; от набор получени снимки, т.нар.систематизиран кариотип- номериран набор от двойки хомоложни хромозоми (автозоми), докато изображенията на хромозомите са ориентирани вертикално с къси рамена нагоре, те са номерирани в низходящ ред по размер, двойка полови хромозоми е поставена в края на набора (виж фиг.Ориз. 1).
Исторически, първите неподробни кариотипове, които позволяват класификация по хромозомна морфология, са получени чрез оцветяване по Романовски-Гимза, но по-нататъшното детайлизиране на структурата на хромозомите в кариотипите става възможно с появата на диференциално оцветяване на хромозомите.
1.2. Класически и спектрални кариотипове
За да се получи класически кариотип, се използва оцветяване на хромозоми с различни багрила или техни смеси: поради разликите в свързването на багрилото към различни области на хромозомите, оцветяването се извършва неравномерно и се образува характерна лентова структура (комплекс от напречни белези, английскиbanding), отразяваща линейната хетерогенност на хромозомата и специфична за хомоложни pa irs на хромозоми и техните региони (с изключение на полиморфните региони, различни алелни варианти на гени са локализирани). Първият метод за оцветяване на хромозоми за получаване на толкова детайлни изображения е разработен от шведския цитолог Касперсон (Q-оцветяване) [1] Използват се и други оцветявания, като тези техники се наричат общо диференциално оцветяване на хромозоми: [2]
- Q-оцветяване— оцветяване по Kaspersson с акрихинова горчица, изследвано под флуоресцентен микроскоп. Най-често се използва за изследване на Y хромозоми (бързо определяне на генетичен пол, откриване на транслокации между X и Y хромозоми или между Y хромозома и автозоми, скрининг за мозаицизъм, включващ Y хромозоми)
- G-оцветяване— модифицирано оцветяване по Романовски-Гимза. Чувствителността е по-висока от тази на Q-оцветяването, поради което се използва като стандартен метод за цитогенетичен анализ. Използва се при откриване на малки аберации и маркерни хромозоми (сегментирани по различен начин отнормални хомоложни хромозоми)
- R-оцветяване- използване на акридиново оранжево и подобни багрила, оцветяване на части от хромозомите, които са нечувствителни към G-оцветяване. Използва се за разкриване на подробности за хомоложни G- или Q-отрицателни области на сестрински хроматиди или хомоложни хромозоми.
- С-оцветяванетосе използва за анализиране на центромерните области на хромозомите, съдържащи конститутивен хетерохроматин и променливата дистална част на Y хромозомата.
- Т-оцветяване- използва се за анализ на теломерните области на хромозомите.
Напоследък техниката на т.нар.спектрално кариотипиране(флуоресцентна хибридизацияin situ, англ.Fluorescencein situhybridization, FISH), което се състои в оцветяване на хромозоми с набор от флуоресцентни багрила, които се свързват към специфични области на хромозомите [3] . В резултат на такова оцветяване хомоложните двойки хромозоми придобиват идентични спектрални характеристики, което не само значително улеснява идентифицирането на такива двойки, но също така улеснява откриването на междухромозомни транслокации, т.е. движения на секции между хромозомите - транслоцираните секции имат спектър, който се различава от спектъра на останалата част от хромозомата.
1.3. Анализ на кариотипа
Сравнението на комплекси от напречни белези в класическото кариотипиране или региони със специфични спектрални характеристики позволява да се идентифицират както хомоложни хромозоми, така и техните отделни региони, което дава възможност да се определят подробно хромозомни аберации - интра- и междухромозомни пренареждания, придружени от нарушение на реда на хромозомните фрагменти (делеции, дублиране, инверсии, транслокации). Такъв анализ е от голямо значение в медицинската практика, позволявайкиза диагностициране на редица хромозомни заболявания, причинени както от груби нарушения на кариотипите (нарушение на броя на хромозомите), така и от нарушение на хромозомната структура или множеството клетъчни кариотипове в тялото (мозаицизъм).
2. Номенклатура
За систематизиране на цитогенетичните описания е разработена Международната система за цитогенетична номенклатура (ISCN), базирана на диференциално оцветяване на хромозоми и позволяваща подробно описание на отделните хромозоми и техните региони. Записът има следния формат:
[номер на хромозома] [рамо] [номер на място] [номер на лента]
дългото рамо на хромозомата се обозначава с букватаq, късото рамо се обозначава с букватаp, хромозомните аберации се обозначават с допълнителни символи.
По този начин, 2-рата лента на 15-та секция на късото рамо на 5-та хромозома се записва като5p15.2.
За кариотипа се използва запис в системата ISCN 1995 [4], който има следния формат:
[брой хромозоми], [полови хромозоми], [характеристики] [5].
За обозначаване на половите хромозоми при различните видове се използват различни символи (букви) в зависимост от спецификата на определяне на пола на таксона (различни системи от полови хромозоми). И така, при повечето бозайници женският кариотип е хомогаметичен, а мъжкият е хетерогаметичен, съответно записът на половите хромозоми на женската еXX, мъжкият еXY. При птиците женските са хетерогаметни, а мъжките са хомогаметни, т.е. записът на половите хромозоми на женската еZW, мъжкият еZZ.
Следните кариотипове са примери:
- нормален (специфичен) кариотип на домашна котка:38, XY
- индивидуален кариотип на кон с „допълнителна“ Х хромозома (тризомия на Х хромозомата):65, XXX
- индивидуален кариотип на домашно прасе с делеция (загуба на участък) на дългото рамо (q) на 10-та хромозома:38, XX, 10q-
- individual karyotype of a male with a translocation of 21 regions of the short (p) and long arms (q) of the 1st and 3rd chromosomes and a deletion of the 22nd region of the long arm (q) of the 9th chromosome (shown in Fig. 3):46, XY, t(1;3)(p21;q21), del(9)(q22)
Тъй като нормалните кариотипове са специфични за видовете, се разработват и поддържат стандартни описания на кариотипове на различни животински и растителни видове, предимно домашни и лабораторни животни и растения [6] .
3. Анормални кариотипове и хромозомни заболявания
Нормалните човешки кариотипове са 46,XX (женски) и 46,XY (мъжки). Нарушенията на нормалния кариотип при хората възникват в ранните етапи на развитие на организма: ако такова нарушение възникне по време на гаметогенезата, в която се произвеждат зародишните клетки на родителите, кариотипът на зиготата, образуван по време на тяхното сливане, също е нарушен. При по-нататъшно разделяне на такава зигота всички клетки на ембриона и организма, който се е развил от него, имат същия анормален кариотип.
Въпреки това, нарушения на кариотипа могат да възникнат и в ранните етапи на разцепване на зигота, организмът, който се е развил от такава зигота, съдържа няколко клетъчни линии (клетъчни клонове) с различни кариотипове, такова множество от кариотипове на целия организъм или на отделните му органи се нарича мозаицизъм.
Като правило, кариотипните нарушения при хората са придружени от множество малформации; повечето от тези аномалии са несъвместими с живота и водят до спонтанни аборти в ранните етапи на бременността. Въпреки това, доста голям брой плодове (
2,5% ) с абнормни кариотипове са износени докрайбременност.
| 47,XXY; 48,XXXY; | Синдром на Клайнфелтер | Х-хромозомна полизомия при мъжете |
| 45X0; 45X0/46XX; 45,X/46,XY; 46.X iso (Xq) | Синдром на Шерешевски-Търнър | Монозомия на X хромозомата, включително мозаицизъм |
| 47,XXX; 48,XXXX; 49,XXXXXX | Полизомия на X хромозомата | Най-честата тризомия X |
| 47,XX, 21+; 47,XY, 21+ | Синдром на Даун | Тризомия на 21-ва хромозома |
| 47,XX, 18+; 47,XY, 18+ | Синдром на Едуардс | Тризомия на 18-та хромозома |
| 47,XX, 13+; 47,XY, 13+ | Синдром на Патау | Тризомия на 13-та хромозома |
| 46,XX, 5p- | синдром на плачеща котка | делеция на късото рамо на 5-та хромозома |
| 46 XX или XY, 15r-. | Синдром на Прадер-Уили | Аномалия 15 хромозома |
4. Кариотип на някои биологични видове
Всеки вид организми има характерен и постоянен набор от хромозоми. Броят на диплоидните хромозоми варира от организъм до организъм:
4.1. Кариотип на хоминид
При хората нормалният кариотип се състои от 46 хромозоми. Докато шимпанзетата и горилите имат 48.