Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

13.4: Karyotypering
INHOUDSOPGAVE

JoVE Core
Biology

This content is Free Access.

Education
Karyotyping
 
Deze voice-over is door de computer gegenereerd
TRANSCRIPT

13.4: Karyotyping

13.4: Karyotypering

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.

Overzicht

Door het aantal en de fysieke kenmerken van chromosomen te beschrijven, kunnen afwijkingen aan het licht komen die ten grondslag liggen aan genetische ziekten. Deze beschrijving wordt vergemakkelijkt door speciale kleurtechnieken die een bepaald streeppatroon op elk chromosoom produceren. State-of-the-art technieken maken deze aanpak nog krachtiger, waardoor individuele ziekteverwekkende genen kunnen worden opgespoord.

Een eenvoudige chromosoomkleuringstechniek biedt waardevol wetenschappelijk inzicht

Sommige genetische ziekten kunnen worden opgespoord door te kijken naar de structuur en het aantal chromosomen dat ontstaat wanneer het DNA tijdens mitose wordt verdicht. Zodra chromosomen zijn gevormd, stoppen cytogenetici de mitose en voeren ze de kleuring uit. De kleuring produceert een duidelijk streeppatroon dat verschillende kenmerken onthult, zoals aantal, vorm en type chromosomen. Zo'n beschrijving van de chromosomen van een individu wordt een karyotype genoemd.

Om karyotypering te vergemakkelijken, wordt een afbeelding gemaakt van het gekleurde chromosommige, en individuele chromosomen worden geïdentificeerd en uit de afbeelding geknipt. De chromosomen worden vervolgens in paren gerangschikt en op grootte gerangschikt. Deze lay-out wordt een karyogram genoemd. In een menselijk karyogram zijn de 22 autosomen gelabeld van 1 tot 22, van het grootste tot het kleinste paar. De twee geslachtschromosomen zijn gelabeld met X of Y. Een karyogram maakt het gemakkelijk om ontbrekende of extra stukjes van een chromosoom op te sporen, of een hele extra kopie, die allemaal ten grondslag kunnen liggen aan genetische ziekten.

Karyogrammen kunnen genetische aandoeningen aan het licht brengen

Marthe Gautier, Jérôme Lejeune en Raymond Turpin ontdekten in 1959 dat patiënten met het syndroom van Down een derde exemplaar van chromosoom 21 hadden. Het syndroom van Down wordt daarom ook wel trisomie 21 genoemd. groei, maar individuen verschillen sterk in de mate waarin ze worden beïnvloed. Het syndroom van Down wordt veroorzaakt wanneer de kopieën van chromosoom 21 niet scheidentijdens de meiose in verschillende sperma of eicellen. Het resultaat is een kiemcel met 24 chromosomen in plaats van de gebruikelijke 23. Wanneer zo'n kiemcel tijdens de bevruchting versmelt met een cel van de andere ouder, heeft de resulterende zygoot 47 chromosomen. In een klein percentage gevallen van het syndroom van Down is slechts een extra stukje chromosoom 21 aanwezig, meestal versmolten met een ander chromosoom.

Zeer gevoelige kleuringsmethoden helpen de genetische basis van de ziekte vast te stellen

Cytogenetici halen tegenwoordig veel meer informatie uit een karyogram dan alleen het aantal chromosomen en de structuur vanwege de vooruitgang in de moleculaire biologie, scheikunde en instrumentatie. De van korstmos afkomstige kleurstof die in de eerste cytogenetische onderzoeken werd gebruikt, werd vervangen door stabielere kleurstoffen zoals Giemsa. Giemsa kleurt sommige delen van de DNA-streng sterker dan andere, afhankelijk van de basissamenstelling en chromatinestructuur. Het resulterende patroon van kleurintensiteit wordt G-banding genoemd. Dit patroon is reproduceerbaar aidentiek voor individuen van een soort, dus afwijkingen zijn gemakkelijk te herkennen. Er zijn verschillende methoden beschikbaar om bandpatronen te produceren, die de diagnose van verschillende chromosomale afwijkingen vergemakkelijken.


Aanbevolen Lectuur

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter