Cariotip

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Cariotip feminin uman

Cariotipul indică, în citogenetică , constituirea patrimoniului cromozomial al unei specii din punct de vedere numeric și morfologic . Cu ajutorul microscopului optic , se evaluează lungimea, poziția centromerilor, modelul de bandă, diferențele dintre cromozomii sexuali și orice alte caracteristici fizice. [1]

Analiza cariotipului permite construirea unei reprezentări grafice ordonate a setului cromozomial al unui individ, care se numește cariotip .

Studiul cariotipului

Studiul cariotipului este posibil prin colorare. De obicei, cel mai potrivit colorant utilizat este Giemsa, un preparat care include diferiți coloranți: albastru de metilen, eozină Y și Azure-A, B, C. Giemsa se aplică după ce celulele au fost oprite de o soluție de colchicină, de obicei în metafază sau prometafază mitotică, când cromozomii sunt mai condensați. Pentru ca colorantul să adere corect, toate proteinele cromozomiale trebuie digerate și eliminate. Pentru oameni, celulele albe din sânge sunt utilizate mai frecvent, deoarece sunt ușor induse să se divizeze și să crească în cultură. [2] Se pot face uneori observații asupra celulelor care nu se divid (interfază), de fapt, sexul unui făt poate fi determinat prin observarea celulelor interfazice.

Diferitele etape în studiul cariotipului uman sunt:

  1. Prelevarea de sânge
  2. Centrifugarea pentru a obține celule albe din sânge
  3. Stimularea mitozei celulelor albe din sânge prin PHA ( fitohemaglutinină )
  4. Acestea sunt blocate în metafaza mitotică cu colchicină (o substanță extrasă din Colchicum autumnale )
  5. Celulele se umflă prin scufundarea lor într-o soluție hipotonică pentru liza osmotică
  6. Placa metafazică este izolată
  7. Cromozomii sunt colorați cu metoda „banding”, prin care capătă o colorare tocmai prin benzi tipice, sau benzi colorate.
  8. Placa metafazică este fotografiată

Diferitele cromozomi sunt decupate și sortate după programe de calculator ( cromozomii omologi sunt împerecheați: cromozomii aparținând aceleiași perechi au aceleași benzi și centromerul lor este în aceeași poziție).

Cromozomii au o zonă mai îngustă unde există o granulă numită centromer și 2 brațe egale sau diferite. Pe baza poziționării centromerului în cromozom, acestea pot fi împărțite în:

  1. Cromozomi acrocentrici sau telocentrici
  2. Cromozomi submetacentrici
  3. Cromozomi metacentrici.

La om și la majoritatea animalelor, setul cromozomial este diploid în celulele somatice (adică „al corpului”) și este haploid în celulele germinale (adică în gamete : spermatozoizi și celule de ou).

Observații

Șase caracteristici diferite ale cariotipului sunt de obicei observate și comparate. [3]

  1. Diferențele absolute în mărimea cromozomilor. Cromozomii pot varia în mărime absolută de până la douăzeci de ori între genurile aceleiași familii. De exemplu, plantele leguminoase Lotus tenuis și Vicia faba au șase perechi de cromozomi fiecare, totuși cromozomii lui V. faba sunt de multe ori mai mari. Aceste diferențe rezultă probabil din cantități diferite de evenimente de duplicare a ADN-ului.
  2. Diferențe în poziția centromerilor, care apar probabil prin translocații.
  3. Diferențele relative în mărimea cromozomilor, care au apărut probabil prin schimburi de segmente de diferite lungimi.
  4. Diferențele în numărul de bază al cromozomilor. Aceste diferențe ar putea fi rezultatul translocațiilor succesive inegale care au îndepărtat tot materialul genetic fundamental dintr-un cromozom, permițând pierderea acestuia fără penalizare către organism (ipoteza dislocării), sau prin fuziune. Oamenii au mai puține perechi de cromozomi decât maimuțele mari. Mai mult, cromozomul 2 uman pare să rezulte din fuziunea a doi cromozomi ancestrali și multe dintre genele din acești doi cromozomi originali au fost translocați în alți cromozomi.
  5. Diferențe în numărul și poziția sateliților. Sateliții sunt corpuri mici legate de un cromozom printr-un fir subțire și sunt elemente morfologice caracteristice formate din ADN-ul satelitului.
  6. Diferențe în gradul și distribuția regiunilor de heterocromatină. Heterocromatina este condensată mai strâns decât eucromatina și apare mai întunecată. De fapt, euchromatin are o afinitate mai mică pentru colorantul Giemsa, deci apare sub formă de benzi mai ușoare. [4] Heterocromatina se caracterizează în principal prin secvențe ADN repetitive și inactive genetic, conține o cantitate mai mare de perechi adenină-timină, în timp ce regiunile euchromatinei conțin cantități mari de perechi guanină-citozină. Tehnica de colorare Giemsa se numește „bandă G” și produce „banda G” tipică. [4]

Prin urmare, o relatare completă a unui cariotip poate include numărul, tipul, forma și benzile cromozomilor, precum și alte informații citogenetice.

Se găsesc deseori variații:

  • între sexe
  • între linia germinativă și linia somatică (între gameți și restul corpului),
  • între membrii unei populații (polimorfism cromozomial),
  • în locația geografică
  • în mozaicuri sau indivizi altfel anormali. [5]

Cariotip uman

Folosind tehnici de cultură in vitro , a fost stabilit în 1956 de Joe Hin Tjio și Albert Levan [6] că numărul cromozomial al omului este de 46, adică 23 de perechi, dintre care 22 de perechi se numesc autozomi și a douăzeci și treia pereche este cea a așa-numiții heterosomi sau cromozomi sexuali. În ultimii treizeci de ani, în urma investigației lui Theophilus Painter din 1923, a prevalat ipoteza că numărul cromozomului uman era 48. [7]

Prima definiție a cariotipului a fost formulată la Conferința de la Denver din 1960 și se bazează pe criterii de lungime a cromozomului și poziția centromerului . Perechile sunt apoi numerotate în ordinea descrescătoare a mărimii și heterosomii sunt denumiți X și Y.
Mai târziu, în Conferința de la Chicago din 1966 a fost dezvoltată o nomenclatură mai detaliată, în care cromozomii sunt grupați în șapte grupuri, numite cu majuscule de la A la G.

Analiza cariotipului poate fi necesară din mai multe motive:

  • femeie cu avorturi spontane repetate.
  • diagnosticul sterilității datorită numărului de cromozomi și anomaliilor structurale.
  • diagnosticul sindroamelor ereditare cu retard mental.
  • mozaicism sau mozaic, adică prezența în același individ a 2 sau mai multe linii celulare care provin din același zigot, cu o distincție între mozaicism gonadal sau mozaicism germinal dacă individul are 2 populații de celule genetic diferite în linia germinativă sau în țesutul gonadal (46XX și 46XY), mozaicism somatic dacă individul are 2 sau mai multe linii celulare diferite în două sau mai multe țesuturi care diferă genetic și mozaicism limitat la placentă în cazul unei anomalii cromozomiale prezente pe trofoblast și absente la făt, util pentru diagnosticul prenatal.
  • diagnosticul bolilor cromozomiale, cum ar fi sindromul Down , datorat anomaliilor cromozomiale fetale prin studierea amniocitelor prezente în lichidul amniotic luat cu amniocenteză sau a vilozităților corionice luate cu villocenteză din placentă.

Numărul de cromozomi prezenți în nucleul celulelor eucariote se numește ploidie, cu o distincție între:

  • diploidie : majoritatea celulelor somatice sunt diploide deoarece au 2 perechi din fiecare cromozom sau perechi omoloage cu numere de cromozomi egale cu 46 sau 2N provenind din diviziunile celulare.
  • euploidie : celule cu un număr de cromozomi de 46 sau multiplu de 46.
  • nuliploidie: celulele diferențiate fără nucleu sunt nulipare, cum ar fi celulele roșii din sânge, trombocitele și corneocitele epidermice.
  • poliploidie : celule cu machiaj cromozomial egal cu 3N (triploide), 4N (tetraploide) etc., în urma fenomenelor de duplicare a ADN care nu sunt urmate de diviziune celulară (citodiereză), de ex. ploidia hepatocitelor variază de la 2N la 8N, cea a cardiomiocitelor de la 4N la 8N, cea a megacariocitelor uriașe ale măduvei osoase de la 16N la 64N de la care provin trombocite nulipare. Poliploidia poate deriva și din fuziunile celulare, cum ar fi sincitia între celulele musculare.
  • aneuploidie : indică o persoană cu încă un cromozom (47) sau mai puțin (45) care nu este întotdeauna o indicație de anomalie.
  • hipodiploid : indică o celulă cu mai puțini cromozomi decât celula diploidă (în cazul unei ființe umane, 45 sau mai puțin).
  • haploidie : celulele sexuale, adică spermatozoizii (gametele M) și ovocitele (gametele F) sunt numite haploide, deoarece au un cromozom stabilit în jumătate N = 23 cromozomi datorită procesului de meioză.

Prin urmare, la om fiecare gamet are 23 de cromozomi, adică 22 de autozomi + 1 cromozom sexual sau heterozom: în ovocit cromozomul sexual este întotdeauna X, în timp ce în spermatozoizi poate fi X sau Y. După fertilizarea celulei ovule de către spermatozoizi, zigotul este format, adică o celulă diploidă (2N) formată din 46 de cromozomi, adică 22 de perechi de autozomi + 2 cromozomi sexuali, pentru care există un kit cromozomial sau cariotip constând din 46, XX la femeie și 46, XY în masculul. În practică, 22 de autozomi și 1 cromozom sunt moșteniți în momentul concepției cu celula ovulă, în timp ce ceilalți 23 de cromozomi sunt transmiși de spermatozoizi care pot purta un cromozom sexual X sau Y. Probabilitatea de fertilizare este similară pentru spermatozoizi care poartă cromozomul X sau Y, pentru care numărul de concepute cu sex cromozomial masculin sau feminin este superimponibil.

Banding G

De obicei, banda cromozomială are loc cu colorarea Giemsa , care este denumită și bandă G, în care lamela este tratată mai întâi cu o soluție salină sau enzimatică, apoi este colorată cu soluția Giemsa, determinând de-a lungul axei principale a cromozomilor o secvență a regiunilor cu intensitate diferită de colorare, numite benzi cromozomiale, caracteristice fiecărui cromozom permițând clasificarea lor în conformitate cu o schemă standardizată pentru a defini cariotipul unui individ (ideogramă sau cariotip normal). De obicei, 3-5 celule sunt utilizate pentru analiza cromozomilor la microscop optic și pe fotografii: benzile reflectă gradul diferit de condensare al cromatinei. Prin urmare, banda cromozomială are loc în două faze:

  • denaturarea și / sau digestia enzimatică a cromozomilor.
  • colorare cu coloranți specifici pentru ADN care permite identificarea brațului p și q al cromozomilor, regiunilor și subregiunilor, adică benzile și sub-benzile care reflectă gradul diferit de condensare al cromozomilor mitotici, cu alternanță între o serie de lumină și benzi întunecate formate din 1-10 Mb (megabaze) împărțite în benzi G, Q, R, T și C, folosind coloranți specifici pentru regiunile bogate în AT ( adenină și timină ) și GC ( guanină și citozină ).

În banda G, cromozomii sunt supuși digestiei enzimatice cu tripsină, care elimină proteinele cromozomiale și, prin urmare, sunt colorate cu Giemsa, care are afinitate pentru regiunile bogate în baze AT. Acestea sunt ușor de denaturat și digerat enzimatic, deoarece perechile AT sunt unite doar de 2 legături de hidrogen . Benzile mai întunecate constau din cromatină sau heterocromatină foarte condensată; există puține gene care se replică în faza S târzie a ciclului celular, adică după zonele euchromatinei și, de asemenea, nu sunt foarte active din punct de vedere transcripțional. Prin urmare, după colorarea Giemsa, se observă la microscop o alternanță între benzile G-pozitive întunecate și benzile G-negative deschise.

Banding Q

În banda Q, cromozomii sunt supuși digestiei enzimatice și colorate cu un colorant fluorescent, adică chinacrina, care are o afinitate pentru regiunile bogate în baze AT, dar evidențiază benzile fluorescente numite benzi Q, corespunzătoare celor G, și adesea permite evaluarea prezența polimorfismului, adică o variație a dimensiunii brațului lung al cromozomului Y, care se transmite de la tată la fiu, chiar dacă nu reprezintă o afecțiune patologică.

Cariograma unui bărbat uman obținută prin pata Giemsa .

Banding R

În banda R cromozomii sunt denaturați la temperaturi ridicate (60 ° C) într-o soluție salină tamponată și colorate cu Giemsa evidențiind regiuni bogate în baze AT care sunt complementare, opuse celor din benzile G și Q, de fapt, litera „R” înseamnă „invers”, observând la microscop benzile R ușoare, numite G-negative, opuse benzilor G întunecate.
În schimb, pentru a evidenția regiunile cromozomiale bogate în baze GC, se utilizează un colorant specific, adică cromomiocina, evidențiind benzile R opuse benzilor Q, numite Q-negative. Regiunile bogate în GC sunt mai greu de denaturat deoarece perechile de baze sunt unite prin legături 3 H, sunt formate din cromatină mai puțin condensată sau euchromatină, bogate în gene care se reproduc în faza S timpurie a ciclului celular, adică înainte de faza S , foarte activ din punct de vedere transcripțional, denumite gene de menaj importante pentru toate funcțiile și viața celulei.
Benzile T corespund regiunilor telomerice situate la capetele cromozomilor, corespund grupurilor de benzi R care se colorează mai intens, tratând cromozomii la temperaturi ridicate și colorându-se cu Giemsa sau fluorocromi.

Banding C

Benzile C sunt obținute prin denaturarea cromozomilor într- o soluție saturată de hidroxid de bariu și colorarea cu Giemsa, pentru a colora selectiv heterocromatina care apare monocromatică în toți cromozomii și în orice fază a ciclului celular, situată în regiunile din jurul centromerului sau pericentromeric și pe brațul lung al cromozomului Y, cu un grad ridicat de condensare, constând din secvențe ADN foarte repetate, bogate în baze AT, constând din foarte puține gene codificatoare care se replică în faza S târzie, în timp ce activitatea transcripțională este absentă. Benzile C corespund heteromorfismelor cromozomiale.

Benzi cromozomiale

Numărul benzilor cromozomiale depinde de gradul de condensare al cromozomilor și, prin urmare, de faza ciclului celular, de fapt, în timpul metafazei se observă ~ 320 benzi formate din 6.000-8.000 kb (kilobaze sau mii de baze), în timp ce în profază și prometafază (începutul metafazei) numărul benzilor se poate tripla pe cromozomii mai puțin condensați, obținând preparate cromozomiale de înaltă rezoluție utile pentru evidențierea anomaliilor de structură foarte fine, nerecunoscute cu tehnicile tradiționale, observând benzi destul de scurte, egale cu 800 -1.000 kb, obținut prin blocarea diviziunii celulare cu metotrexat sau timidină, introducând ulterior acid folic sau deoxicitidină în cultura care deblochează celulele în sincronie, procedând în mitoză. Odată ajuns în prometafază, colchicina este adăugată la intervale de timp specifice, deoarece cromozomii nu sunt complet contractați și sunt capabili să ofere o bandă mai fină.

În condiții patologice este necesar să se precizeze prezența unui defect în numărul de cromozomi și prezența anomaliilor structurale în brațe, regiuni sau benzi. De exemplu. la o femeie cu sindrom Down sau trisomie 21 este scris 47, XX, + 21 care indică prezența unui cromozom 21 supranumerar, în timp ce abrevierea 46, XY, del (1) (p32.2) indică o deleție sau o pierdere ( del) a unei părți a brațului scurt (p) al cromozomului 1 la nivelul regiunii 3, în banda 2, în sub-banda 2, la un mascul (XY) cu 46 de cromozomi.

Notă

  1. ^ Regele, RC; Stansfield, WD; Mulligan, PK, Un dicționar de genetică (ediția a VII-a) , Oxford University Press., 2006.
  2. ^ Gustashaw KM, Chromosome stains , In The ACT Cytogenetics Laboratory Manual 2nd ed, ed. MJ Barch. Asociația tehnologilor citogenetici, Raven Press, New York., 1991.
  3. ^ Stebbins, GL, Evoluția cromozomială la plantele superioare. , Londra: Arnold. pp. 85-86., 1971.
  4. ^ a b Thompson & Thompson Genetica în medicină Ed . a VII-a .
  5. ^ White MJD, Citologie și evoluție animală. Ed. 3 , Cambridge University Press., 1973.
  6. ^ Tjio JH și Levan A. Numărul cromozomului omului . Hereditas, 42 , paginile 1-6, 1956.
  7. ^ Painter TS (1923). Studii în spermatogeneza mamiferelor II . J. Expt. Zoologie, 37 , paginile 291–336

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Biologie Portalul de biologie : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de biologie
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Karyotype&oldid=119473474 ”