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13.4: Cariotipagem
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Karyotyping
 
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13.4: Karyotyping

13.4: Cariotipagem

Overview

Describing the number and physical features of chromosomes can reveal abnormalities that underlie genetic diseases. This description is facilitated by special staining techniques that produce a particular banding pattern on each chromosome. State-of-the-art techniques make this approach even more powerful, enabling the detection of individual genes that cause disease.

A Simple Chromosome Staining Technique Provides Valuable Scientific Insight

Some genetic diseases can be detected by looking at the structure and number of chromosomes that form when DNA is compacted during mitosis. Once chromosomes are formed, cytogeneticists halt mitosis and perform the staining. The staining produces a distinct banding pattern that reveals different characteristics such as number, shape, and type of chromosomes. Such a description of an individual’s chromosomes is called a karyotype.

To facilitate karyotyping, an image is taken of the stained chromosomes, and individual chromosomes are identified and cut out from the image. The chromosomes are then arranged in pairs and ordered by size. This layout is called a karyogram. In a human karyogram, the 22 autosomes are labeled 1 through 22, from the largest to the smallest pair. The two sex chromosomes are labeled X or Y. A karyogram makes it easy to spot missing or additional pieces of a chromosome, or a whole extra copy, all of which can underlie genetic diseases.

Karyograms Can Reveal Genetic Disorders

Marthe Gautier, Jérôme Lejeune, and Raymond Turpin discovered in 1959 that patients with Down syndrome had a third copy of chromosome 21. Down syndrome is therefore also called trisomy 21. People with Down syndrome typically have mild to severe intellectual disability and physical symptoms including delayed growth, but individuals vary widely in the degree to which they are affected. Down syndrome is caused when the copies of chromosome 21 fail to separate into distinct sperm or egg cells during meiosis. The result is a germ cell with 24 chromosomes instead of the usual 23. When such a germ cell fuses with a cell of the other parent during fertilization, the resulting zygote has 47 chromosomes. In a small percentage of Down syndrome cases only an extra piece of chromosome 21 is present, usually fused to a different chromosome.

Highly Sensitive Staining Methods Help Pinpoint the Genetic Basis of Disease

Cytogeneticists nowadays extract much more information from a karyogram than merely the chromosome number and structure due to advances in molecular biology, chemistry, and instrumentation. The lichen-derived dye that was used in the first cytogenetic studies was replaced by more stable dyes such as Giemsa. Giemsa stains some parts of the DNA strand stronger than others, depending on base composition and chromatin structure. The resulting pattern of staining intensity is called G-banding. This pattern is reproducible and identical for individuals of a species, so abnormalities are easy to spot. There are several methods available to produce banding patterns, which facilitates diagnosis of different chromosomal abnormalities.

Visão geral

Descrever o número e as características físicas dos cromossomos pode revelar anormalidades que estão por trás de doenças genéticas. Esta descrição é facilitada por técnicas especiais de coloração que produzem um padrão de banda particular em cada cromossomo. Técnicas de ponta tornam essa abordagem ainda mais poderosa, permitindo a detecção de genes individuais que causam doenças.

Uma simples técnica de coloração de cromossomo fornece uma valiosa visão científica

Algumas doenças genéticas podem ser detectadas olhando para a estrutura e o número de cromossomos que se formam quando o DNA é compactado durante a mitose. Uma vez formados cromossomos, os citogenticistas param a mitose e realizam a coloração. A coloração produz um padrão de banda distinto que revela diferentes características, como número, forma e tipo de cromossomos. Tal descrição dos cromossomos de um indivíduo é chamada de karyótipo.

Para facilitar o karyotipping, uma imagem é tirada dos cromossomos manchados, e cromossomos individuais são identificados e cortados da imagem. Os cromossomos são então organizados em pares e ordenados pelo tamanho. Este layout é chamado de karyograma. Em um karyograma humano, os 22 autossómos são rotulados de 1 a 22, do maior ao menor par. Os dois cromossomos sexuais são rotulados X ou Y. Um karyograma torna mais fácil detectar pedaços perdidos ou adicionais de um cromossomo, ou uma cópia extra, tudo isso pode por trás de doenças genéticas.

Karyogramas podem revelar distúrbios genéticos

Marthe Gautier, Jérôme Lejeune e Raymond Turpin descobriram em 1959 que pacientes com síndrome de Down tinham uma terceira cópia do cromossomo 21. Síndrome de Down também é chamada de trissomia 21. Pessoas com síndrome de Down normalmente têm deficiência intelectual leve a grave e sintomas físicos, incluindo crescimento retardado, mas os indivíduos variam amplamente no grau em que são afetados. A síndrome de Down é causada quando as cópias do cromossomo 21 não se separam em espermatozoides ou células óvulos distintas durante a meiose. O resultado é uma célula germinam com 24 cromossomos em vez dos 23 usuais. Quando tal célula germinadísmo se funde com uma célula do outro pai durante a fertilização, o zigoto resultante tem 47 cromossomos. Em uma pequena porcentagem de casos de síndrome de Down apenas um pedaço extra de cromossomo 21 está presente, geralmente fundido a um cromossomo diferente.

Métodos de coloração altamente sensíveis ajudam a identificar a base genética da doença

Os citogeneticistas hoje em dia extraem muito mais informações de um karyograma do que apenas o número e estrutura do cromossomo devido aos avanços na biologia molecular, química e instrumentação. O corante derivado do líquen que foi usado nos primeiros estudos citogenéticos foi substituído por corantes mais estáveis, como Giemsa. Giemsa mancha algumas partes do fio de DNA mais fortes que outras, dependendo da composição da base e da estrutura da cromatina. O padrão resultante da intensidade de coloração é chamado de banda G. Este padrão é reprodutível e idêntico para indivíduos de uma espécie, por isso anormalidades são fáceis de detectar. Existem vários métodos disponíveis para produzir padrões de banda, o que facilita o diagnóstico de diferentes anormalidades cromossômicas.


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