5.10: Kariotypowanie

Przegląd

Opisanie liczby i cech fizycznych chromosomów może ujawnić nieprawidłowości leżące u podstaw chorób genetycznych. Opis ten jest ułatwiony dzięki specjalnym technikom barwienia, które dają określony wzór prążków na każdym chromosomie. Najnowocześniejsze techniki czynią to podejście jeszcze skuteczniejszym, umożliwiając wykrycie poszczególnych genów powodujących chorobę.

Prosta technika barwienia chromosomów zapewnia cenne informacje naukowe

Niektóre choroby genetyczne można wykryć, obserwując strukturę i liczbę chromosomów, które powstają podczas zagęszczania DNA podczas mitozy. Po utworzeniu chromosomów cytogenetycy zatrzymują mitozę i przeprowadzają barwienie. Barwienie tworzy wyraźny wzór pasm, który ujawnia różne cechy, takie jak liczba, kształt i typ chromosomów. Taki opis chromosomów danej osoby nazywa się kariotypem.

Aby ułatwić wykonanie kariotypu, wykonuje się obraz wybarwionych chromosomów, identyfikuje i wycina z obrazu poszczególne chromosomy. Chromosomy są następnie ułożone w pary i uporządkowane według wielkości. Ten układ nazywa się kariogramem. Na ludzkim kariogramie 22 autosomy są oznaczone liczbami od 1 do 22, od największej do najmniejszej pary. Obydwa chromosomy płciowe są oznaczone jako X lub Y. Kariogram ułatwia wykrycie brakujących lub dodatkowych fragmentów chromosomu albo całej dodatkowej kopii, z których wszystkie mogą leżeć u podstaw chorób genetycznych.

Kariogramy mogą ujawnić zaburzenia genetyczne

Marthe Gautier, Jérôme Lejeune i Raymond Turpin odkryli w 1959 roku, że pacjenci z zespołem Downa mają trzecią kopię chromosomu 21. Dlatego zespół Downa nazywany jest także trisomią 21. Osoby z zespołem Downa zazwyczaj mają łagodną do ciężkiej niepełnosprawność intelektualną i objawy fizyczne, w tym opóźnione wzrostu gospodarczego, ale poszczególne osoby różnią się znacznie pod względem stopnia, w jakim są dotknięte. Zespół Downa powstaje, gdy podczas mejozy kopie chromosomu 21 nie rozdzielają się na odrębne plemniki lub komórki jajowe. W rezultacie powstaje komórka zarodkowa posiadająca 24 chromosomy zamiast zwykłych 23. Kiedy taka komórka zarodkowa łączy się podczas zapłodnienia z komórką drugiego rodzica, powstała zygota ma 47 chromosomów. W niewielkim odsetku przypadków zespołu Downa występuje tylko dodatkowy fragment chromosomu 21, zwykle połączony z innym chromosomem.

Bardzo czułe metody barwienia pomagają określić genetyczne podłoże choroby

Obecnie cytogenetycy wydobywają z kariogramu znacznie więcej informacji niż tylko liczbę i strukturę chromosomów dzięki postępowi biologii molekularnej, chemii i oprzyrządowania. Barwnik porostowy, który stosowano w pierwszych badaniach cytogenetycznych, został zastąpiony bardziej stabilnymi barwnikami, takimi jak Giemsa. Giemsa barwi niektóre części nici DNA silniej niż inne, w zależności od składu zasad i struktury chromatyny. Powstały wzór intensywności barwienia nazywany jest pasmem G. Ten wzór jest powtarzalny i identyczny dla osobników danego gatunku, więc nieprawidłowości są łatwe do wykrycia. Dostępnych jest kilka metod tworzenia wzorów prążków, co ułatwia diagnozowanie różnych nieprawidłowości chromosomalnych.

Po kondensacji i mitozie DNA można zaobserwować liczbę chromosomów komórki i jej zbitą strukturę, jej kariotyp. Specyficzne plamy, takie jak Giemsa, są używane do ujawniania charakterystycznych wzorów pasków, prawie jak miniaturowe kody kreskowe.

Kompletna mapa, kariogram danej osoby, jest zebrana i uporządkowana według rozmiaru. U ludzi, od największego, numer jeden, do najmniejszego, numer 22, plus 23. para, chromosomy płciowe. Taki układ pozwala na wykrycie nieprawidłowości chromosomowych, takich jak dodatkowa kopia.

W obrębie chromosomu barwienie może również uwydatnić różne cechy wzdłuż ramion. Na przykład regiony, specyficzne prążki cytogenetyczne, są oznaczane na podstawie ich położenia od centromeru do telomeru. Licząc na zewnątrz, krótkie ramię jest oznaczone literą p dla petite, podczas gdy dłuższe ramię jest oznaczone literą q dla kolejki.

Ten schemat numeracji umożliwia wskazanie lokalizacji genów do dalszych badań nad powiązanymi chorobami i zaburzeniami.