Хромосомний набір – це

Каріотип- сукупність ознак (число, розміри, форма і т.д.) повного набору хромосом, властивий клітинам даного біологічного виду (видовий каріотип), даного організму (індивідуальний каріотип (8)) або лінії (клону) клітин. Каріотипом іноді називають і візуальне подання повного хромосомного набору (каріограми).

Зміст

Визначення каріотипу

Зовнішній вигляд хромосом суттєво змінюється протягом клітинного циклу: протягом інтерфази хромосоми локалізовані в ядрі, як правило, деспіралізовані та важкодоступні для спостереження, тому для визначення каріотипу використовуються клітини в одній із стадій їх поділу – метафазі мітозу.

Процедура визначення каріотипу

Для процедури визначення каріотипу можуть бути використані будь-які популяції клітин, що діляться, для визначення людського каріотипу використовується або одноядерні лейкоцити, вилучені з проби крові, поділ яких провокується додаванням мітогенів, або культури клітин, що інтенсивно діляться в нормі (фібробласти шкіри, клітини кісткового мозку). Збагачення популяції клітинної культури проводиться зупинкою розподілу клітин на стадії метафази мітозу додаванням колхіцину - алкалоїду, що блокує утворення мікротрубочок і «розтягування» хромосом до полюсів розподілу клітини і тим самим перешкоджає завершенню мітозу.

Отримані клітини у стадії метафази фіксуються, фарбуються та фотографуються під мікроскопом; з набору фотографій, що вийшли, формуються т.з.систематизований каріотип— нумерований набір пар гомологічних хромосом (аутосом), зображення хромосом при цьому орієнтуються вертикально короткими плечима вгору, їх нумерація проводиться в порядку зменшення розмірів, парастатевих хромосом міститься в кінець набору (див. рис. 1).

Історично перші недеталізовані каріотипи, що дозволяли проводити класифікацію з морфології хромосом, виходили забарвленням за Романовським — Гімзе, проте подальша деталізація структури хромосом у каріотипах стала можливою з появою методик диференціального фарбування хромосом.

Класичний та спектральний каріотипи

Для отримання класичного каріотипу використовується забарвлення хромосом різними барвниками або їх сумішами: в силу відмінностей у зв'язуванні барвника з різними ділянками хромосом фарбування відбувається нерівномірно і утворюється характерна смугаста структура (комплекс поперечних міток, англ. banding ), що відображає лінійну хромосоми та специфічна для гомологічних пар хромосом та їх ділянок (за винятком поліморфних районів, локалізуються різні алельні варіанти генів). Перший метод забарвлення хромосом, що дозволяє отримати такі високодеталізовані зображення, був розроблений шведським цитологом Касперссоном (Q-фарбування) [1] Використовуються інші барвники, такі методики отримали загальну назву диференціального фарбування хромосом: [2]

Q-фарбування- фарбування за Касперссоном акрихін-іпритом з дослідженням під флуоресцентним мікроскопом. Найчастіше застосовується для дослідження Y-хромосом (швидке визначення генетичної статі, виявлення транслокацій між X- та Y-хромосомами або між Y-хромосомою та аутосомами, скринінг мозаїцизму за участю Y-хромосом)
G-фарбування- модифіковане фарбування за Романовським - Гімзе. Чутливість вища, ніж у Q-фарбування, тому використовується як стандартний метод цитогенетичного аналізу. Застосовується при виявленні невеликих абераційі маркерних хромосом (сегментованих інакше, ніж нормальні гомологічні хромосоми)
R-фарбування- використовується акридиновий помаранчевий та подібні барвники, при цьому фарбуються ділянки хромосом, нечутливі до G-фарбування. Використовується для виявлення деталей гомологічних G або Q негативних ділянок сестринських хроматид або гомологічних хромосом.
C-фарбування— застосовується для аналізу центромірних районів хромосом, що містять конститутивний гетерохроматин та варіабельну дистальну частину Y-хромосоми.
T-фарбування- застосовують для аналізу тіломірних районів хромосом.

Останнім часом використовується методика т.з.спектрального каріотипування, що полягає у фарбуванні хромосом набором флуоресцентних барвників, що зв'язуються зі специфічними областями хромосом [3] . В результаті такого фарбування гомологічні пари хромосом набувають ідентичних спектральних характеристик, що не тільки суттєво полегшує виявлення таких пар, а й полегшує виявлення міжхромосомних транслокацій, тобто переміщень ділянок між хромосомами - транслоковані ділянки мають спектр, що відрізняється від спектру решти хромосоми.

Аналіз каріотипів

Порівняння комплексів поперечних міток у класичній каріотипії або ділянок зі специфічними спектральними характеристиками дозволяє ідентифікувати як гомологічні хромосоми, так і окремі їх ділянки, що дозволяє детально визначати хромосомні аберації — внутрішньо- і міжхромосомні перебудови, що супроводжуються порушенням порядку фрагментів. транслокації). Такий аналіз має велике значення у медичній практиці, дозволяючи діагностувати ряд хромосомних захворювань, спричинених як грубими.порушеннями каріотипів (порушення числа хромосом), і порушенням хромосомної структури чи множинністю клітинних каріотипів в організмі (мозаїцизмом).

Номенклатура

Для систематизації цитогенетичних описів було розроблено Міжнародну цитогенетичну номенклатуру (International System for Cytogenetic Nomenclature, ISCN), засновану на диференціальному фарбуванні хромосом і дозволяє докладно описувати окремі хромосоми та його ділянки. Запис має такий формат:

[номер хромосоми] [плечо] [номер ділянки].[номер смуги]

довге плече хромосоми позначають буквоюq, коротке - буквоюp, хромосомні аберації позначаються додатковими символами.

Таким чином, 2-а смуга 15-ї ділянки короткого плеча 5-ї хромосоми записується як5p15.2.

Для каріотипу використовується запис у системі ISCN 1995 [4] , що має наступний формат:

[кількість хромосом], [статеві хромосоми], [особливості] [5].

Для позначення статевих хромосом у різних видів використовуються різні символи (літери), що залежать від специфіки визначення статі таксона (різні системи статевих хромосом). Так, у більшості ссавців жіночий каріотип гомогаметен, а чоловічий гетерогаметен, відповідно, запис статевих хромосом самкиXX, самця -XY. У птахів самки гетерогаметні, а самці гомогаметні, тобто. запис статевих хромосом самкиZW, самця -ZZ.

Як приклад можна навести такі каріотипи:

нормальний (видовий) каріотип домашнього кота:38, XY
індивідуальний каріотип коня з «зайвою» X-хромосомою (трисомія по X-хромосомі):65, XXX
індивідуальний каріотип домашньої свині з делецією (втратоюділянки) довгого плеча (q) 10-ї хромосоми:38, XX, 10q-
індивідуальний каріотип чоловіка з транслокацією 21-х ділянок короткого (p) та довгого плечей (q) 1-ї та 3-ї хромосом та делецією 22-ї ділянки довгого плеча (q) 9-ї хромосоми (наведений на Рис. 3):46, XY, t(1;3)(p21;q21), del(9)(q22)

Оскільки нормальні каріотипи є видоспецифічними, то розробляються та підтримуються стандартні описи каріотипів різних видів тварин та рослин, насамперед домашніх та лабораторних тварин та рослин [6] .

Аномальні каріотипи та хромосомні хвороби

Порушення нормального каріотипу у людини виникають на ранніх стадіях розвитку організму: у разі, якщо таке порушення виникає при гаметогенезі, в якому продукуються статеві клітини батьків, каріотип зиготи, що утворилася при їх злитті, також виявляється порушеним. При подальшому розподілі такої зиготи всі клітини ембріона і організму, що розвинувся з нього, мають однаковий аномальний каріотип.

Однак порушення каріотипу можуть виникнути і на ранніх стадіях дроблення зиготи, що розвинувся з такої зиготи, організм містить кілька ліній клітин (клітинних клонів) з різними каріотипами, така множинність каріотипів всього організму або окремих його органів називається мозаїцизмом.

Як правило, порушення каріотипу у людини супроводжуються множинними вадами розвитку; більшість таких аномалій несумісні з життям і призводять до мимовільних абортів на ранніх стадіях вагітності. Однак досить велика кількість плодів (

2.5%) з аномальними каріотипами доношується до закінчення вагітності.