Kariotípus -Karyotype

Az "Idiogram" ide irányít át. Nem tévesztendő össze az ideogrammával .

A kariotípus a kromoszómák teljes készletének általános megjelenése egy faj vagy egy szervezet sejtjeiben , beleértve azok méretét, számát és alakját. A kariotipizálás az a folyamat, amelynek során az egyén kromoszóma-komplementerének meghatározásával azonosítják a kariotípust, beleértve a kromoszómák számát és az esetleges rendellenességeket.

Emberi férfi mikrografikus kariogramja Giemsa festéssel
Sematikus kariogram, amely bemutatja a kariotípus olvasásához szükséges alapvető ismereteket.

A kariogram vagy idiogram egy kariotípus grafikus ábrázolása, ahol a kromoszómák általában párokba rendeződnek, méretük és az azonos méretű kromoszómák centromerének helyzete szerint rendezve. A kariotipizálás általában a fénymikroszkópot és a fényképezést kombinálja a sejtciklus metafázisában , és fotomikrográfiai (vagy egyszerűen mikrografikus) kariogramot eredményez . Ezzel szemben a sematikus kariogram egy kariotípus tervezett grafikus ábrázolása. A sematikus kariogramokon általában minden kromoszómának csak egy testvérkromatidja látható a rövidség kedvéért, és a valóságban általában olyan közel vannak egymáshoz, hogy a mikrofényképeken is egynek tűnnek, hacsak a felbontás nem elég nagy ahhoz, hogy meg lehessen különböztetni őket. A teljes kromoszómakészletek tanulmányozását néha kariológiának is nevezik .

A kariotípusok egy szervezet kromoszómaszámát írják le , és azt, hogy ezek a kromoszómák hogyan néznek ki fénymikroszkóp alatt . Figyelmet kell fordítani a hosszukra, a centromerek helyzetére , a sávok mintázatára, a nemi kromoszómák közötti különbségekre és minden egyéb fizikai jellemzőre. A kariotípusok előkészítése és tanulmányozása a citogenetika része .

Az egyed vagy faj szomatikus sejtjeiben található kromoszómák alapszámát szomatikus számnak nevezzük, és 2n-nek jelöljük . A csíravonalban (a nemi sejtekben) a kromoszómaszám n (embereknél: n = 23). p28 Így emberben 2n = 46.

Tehát a normál diploid szervezetekben az autoszomális kromoszómák két példányban vannak jelen. Lehetnek nemi kromoszómák , vagy nincsenek . A poliploid sejtek több kromoszómát tartalmaznak, a haploid sejtek pedig egyetlen másolatot.

A kariotípusok többféle célra felhasználhatók; mint például a kromoszóma-rendellenességek , a sejtműködés , a taxonómiai kapcsolatok, az orvostudomány tanulmányozása, valamint a múltbeli evolúciós eseményekről információgyűjtés ( kariosisztematika ).

Megfigyelések a kariotípusokról

Kromoszómák a mitózis különböző szakaszaiban . A kariogramokat általában prometafázisban vagy metafázisban lévő kromoszómák készítik. Ezekben a fázisokban az egyes kromoszómák két másolata (a centromerán összekapcsolva ) egynek fog kinézni, kivéve, ha a képfelbontás elég nagy ahhoz, hogy a kettőt megkülönböztetni tudja.
Az emberi kromoszómák mikroképe a további feldolgozás előtt. A Giemsával történő festés lila színt ad a kromoszómáknak, de a mikrofelvételeket gyakran szürkeárnyalatossá alakítják át, hogy megkönnyítsék az adatok bemutatását és a különböző laboratóriumok eredményeinek összehasonlítását.

Festés

A kariotípusok vizsgálatát a festés teszi lehetővé . Általában megfelelő festéket , például Giemsát alkalmaznak azután, hogy a sejteket a sejtosztódás során leállították a kolhicin oldattal, általában metafázisban vagy prometafázisban , amikor a legtöbb kondenzálódott. Annak érdekében, hogy a Giemsa- folt megfelelően tapadjon, minden kromoszómális fehérjét meg kell emészteni és el kell távolítani. Embereknél a fehérvérsejteket használják leggyakrabban, mert könnyen osztódásra és növekedésre késztetik őket szövettenyészetben . Néha nem osztódó ( interfázisú ) sejteken is végezhetők megfigyelések . A meg nem született magzat neme megjósolható az interfázisú sejtek megfigyelésével (lásd magzatvíz-centézis és Barr-test ).

Észrevételek

A kariotípusok hat különböző jellemzőjét általában megfigyelik és hasonlítják össze:

  1. Különbségek a kromoszómák abszolút méretében. A kromoszómák abszolút mérete akár húszszoros is lehet az azonos családba tartozó nemzetségek között. Például a Lotus tenuis és a Vicia faba hüvelyeseknek hat pár kromoszómája van, a V. faba kromoszómái azonban sokszor nagyobbak. Ezek a különbségek valószínűleg különböző mennyiségű DNS-duplikációt tükröznek.
  2. Különbségek a centromerek helyzetében . Ezek a különbségek valószínűleg transzlokációk révén jöttek létre .
  3. Különbségek a kromoszómák relatív méretében. Ezek a különbségek valószínűleg az egyenlőtlen hosszúságú szegmensek felcserélődéséből adódtak.
  4. Különbségek a kromoszómák alapszámában. Ezek a különbségek az egymást követő egyenlőtlen transzlokációkból adódhattak, amelyek eltávolították a kromoszómából az összes lényeges genetikai anyagot, lehetővé téve annak elvesztését anélkül, hogy az organizmust károsítaná (a diszlokáció hipotézise), vagy fúzió révén. Az embernek egy pár kromoszómája van, mint a majmoknak. Úgy tűnik, hogy a 2-es emberi kromoszóma két ősi kromoszóma fúziójának eredménye, és e két eredeti kromoszóma sok génje átkerült más kromoszómákba.
  5. Különbségek a műholdak számában és helyzetében. A műholdak kis testek, amelyek vékony fonallal kapcsolódnak a kromoszómához.
  6. A heterokromatikus régiók mértékének és eloszlásának különbségei . A heterokromatin sötétebbre fest, mint az euchromatin . A heterokromatin szorosabbra van csomagolva. A heterokromatin főként genetikailag inaktív és ismétlődő DNS-szekvenciákból áll, valamint nagyobb mennyiségű adenin - timin párokat tartalmaz. Az euchromatin általában aktív transzkripció alatt áll, és sokkal könnyebben festődik, mivel kisebb affinitása a giemsa folthoz. Az euchromatin régiók nagyobb mennyiségben tartalmaznak guanin - citozin párokat. A giemsa festést alkalmazó festési technikát G-sávozásnak nevezik , és ezért a tipikus "G-sávokat" hozza létre.

A kariotípus teljes leírása ezért tartalmazhatja a kromoszómák számát, típusát, alakját és sávjait, valamint egyéb citogenetikai információkat.

Gyakran előfordulnak eltérések:

  1. a nemek között,
  2. a csíravonal és a szóma között ( az ivarsejtek és a test többi része között),
  3. egy populáció tagjai között ( kromoszóma polimorfizmus ),
  4. a földrajzi specializációban , és
  5. mozaikokban vagy más abnormális egyedekben .

Emberi kariogram

Emberi férfi mikrografikus kariogramja. A részletekért lásd a szakasz szövegét.
Egy ember sematikus kariogramja. Még kis nagyítás mellett is áttekintést ad az emberi genomról , számozott kromoszómapárokkal, a sejtciklus során bekövetkező főbb változásokkal (felső középen), és a mitokondriális genomról méretarányosan (balra lent). További részletekért lásd a szakasz szövegét.

Az ebben a részben bemutatott mikrografikus és sematikus kariogramok standard kromoszóma-elrendezésűek, és sötétebb és világosabb régiókat jelenítenek meg a G-sávon látható módon , ami a kromoszómák megjelenése tripszinnel végzett kezelés (a kromoszómák részleges megemésztése érdekében) és Giemsa- festés után . foltot . A világosabb régiók általában transzkripciósan aktívabbak, míg a sötétebb régiók inaktívabbak.

Mind a mikrografikus, mind a sematikus kariogramok a normál emberi diploid kariotípust mutatják, amely a genom tipikus összetétele az emberi test normál sejtjében, és amely 22 pár autoszomális kromoszómát és egy pár nemi kromoszómát (alloszómát) tartalmaz. Az emberi diploidia fő kivételét a 23 párosítatlan kromoszómával rendelkező haploid ivarsejtek (spermium- és petesejtek) jelentik, és ez a ploiditás nem látható ezeken a kariogramokon. A mikrografikus kariogram szürkeárnyalatossá alakul , míg a sematikus kariogram a lila árnyalatot mutatja, amint az általában a Giemsa-festéken látható (és az azúrkék B komponens eredménye, amely a DNS-t lilára festi).

Ebben a részben a sematikus kariogram az idealizált kariotípus grafikus ábrázolása. Minden kromoszómapár esetében a bal oldali skála a hosszt mutatja millió bázispárban , a jobb oldali skála pedig a sávok és alsávok megnevezését . Ezeket a sávokat és alsávokat használja a Nemzetközi Humán Citogenomiai Nómenklatúra rendszer a kromoszóma-rendellenességek helyének leírására . A kromoszómák mindegyik sora függőlegesen, centroméra szinten helyezkedik el.

Emberi kromoszómacsoportok

A kariogram méret, a centromer helyzete és néha egy kromoszóma-műhold (egy másodlagos szűkülettől távolabbi szegmens) jelenléte alapján az emberi kromoszómákat a következő csoportokba sorolják:

Csoport Kromoszómák Jellemzők
A 1-3 Nagy, metacentrikus vagy szubmetacentrikus
B 4-5 Nagy, szubmetacentrikus
C 6-12, X Közepes méretű, szubmetacentrikus
D 13-15 Közepes méretű, akrocentrikus, műholddal
E 16-18 Kicsi, metacentrikus vagy szubmetacentrikus
F 19-20 Nagyon kicsi, metacentrikus
G 21-22, Y Nagyon kicsi, akrocentrikus (és 21, 22 műholddal )

Alternatív megoldásként az emberi genom a következőképpen osztályozható a párosítás, a nemi különbségek, valamint a sejtmagon belüli elhelyezkedés és a mitokondriumokon belüli elhelyezkedés alapján :

  • 22 homológ autoszomális kromoszómapár (1-22 kromoszóma). A homológ azt jelenti, hogy ugyanazok a génjeik vannak ugyanabban a lókuszban, az autoszomális pedig azt, hogy nem nemi kroómák.
  • Két nemi kromoszóma (a sematikus kariogram jobb alsó sarkában zöld téglalapban, a tipikus reprezentatív fenotípusok szomszédos sziluettjeivel): A nők leggyakoribb kariotípusai két X-kromoszómát tartalmaznak , és jelölésük 46,XX; A hímeknek általában van egy X- és egy Y-kromoszómájuk is , amelyeket 46,XY-nak jelölnek. Azonban az emberek körülbelül 0,018%-a interszex , néha a nemi kromoszómák eltérései miatt.
  • Az emberi mitokondriális genom (a sematikus kariogram bal alsó sarkában látható, a nukleáris DNS-hez viszonyítva bázispárokban ) , bár ez a klinikai gyakorlatban nem szerepel a mikrografikus kariogramokban. Genomja a többihez képest viszonylag kicsi.

Szám másolata

A sejtciklus .

A sematikus kariogramok általában a sejtállapot (a replikatív sejtcikluson kívüli ) G 0 fázisának megfelelő DNS-másolatszámot mutatnak, amely a sejtek leggyakoribb állapota. A szakasz sematikus kariogramja is ezt az állapotot mutatja. Ebben az állapotban (valamint a sejtciklus G1 fázisában ) minden sejtnek 2-2 autoszomális kromoszómája van (2n-nek jelölve), ahol minden kromoszómának van egy-egy másolata minden lókuszból , így a teljes kópiaszám 2 mindegyik lókusz (2c). A sematikus kariogram felső közepén a 3. kromoszómapárt is mutatja, miután DNS-szintézisen ment keresztül , amely a sejtciklus S-fázisában (S-ként jelölve) fordul elő. Ez az intervallum magában foglalja a G 2 fázist és a metafázist ("Meta"-ként jelölve). Ebben az intervallumban még mindig van 2n, de minden kromoszómában minden lókusz 2 másolata lesz, ahol minden testvérkromatid (kromoszómakar) a centromeránál kapcsolódik, összesen 4c. A mikrografikus kariogramokon a kromoszómák is ebben az állapotban vannak, mert általában metafázisban mikrográfiásan készülnek, de ebben a fázisban az egyes kromoszómák két példánya olyan közel van egymáshoz, hogy egyként jelennek meg, hacsak a képfelbontás nem elég nagy a megkülönböztetéshez. őket. A valóságban a G 0 és G 1 fázisban a mag DNS kromatinként diszpergálódik , és még a mikrográfián sem mutatnak vizuálisan megkülönböztethető kromoszómákat.

Az emberi mitokondriális genom kópiaszáma emberi sejtenként 0 (vörösvértest) és 1 500 000 ( petesejtek ) között változik , főként a sejtenkénti mitokondriumok számától függően.

A kariotípusok sokfélesége és evolúciója

Bár a DNS replikációja és transzkripciója erősen standardizált az eukariótákban , ez nem mondható el kariotípusaikról, amelyek nagyon változóak. A fajok között eltérések mutatkoznak a kromoszómaszámban és a részletes szerveződésben, annak ellenére, hogy ugyanazon makromolekulákból épültek fel . Ez a variáció számos evolúciós citológiai tanulmány alapját képezi .

Egyes esetekben a fajon belüli eltérések is jelentősek. Egy áttekintésben Godfrey és Masters arra a következtetésre jutott:

Véleményünk szerint nem valószínű, hogy az egyik vagy a másik folyamat egymástól függetlenül megmagyarázhatja a megfigyelt kariotípus-struktúrák széles skáláját... De más filogenetikai adatokkal együtt használva a kariotípusos hasadás segíthet megmagyarázni a diploid számok drámai különbségeit közeli rokon fajok között, amelyek korábban megmagyarázhatatlanok voltak.

Bár a kariotípusokról leíró szinten sokat tudunk, és egyértelmű, hogy a kariotípus szerveződésében bekövetkezett változások hatással voltak számos faj evolúciós lefolyására, nem világos, hogy mi lehet az általános jelentősége.

A sok alapos vizsgálat ellenére nagyon rosszul ismerjük a kariotípus evolúció okait... a kariotípus evolúció általános jelentősége homályos.

–  Maynard Smith

Változások a fejlesztés során

A szokásos génelnyomás helyett egyes organizmusok a heterokromatin nagyarányú eliminációjára , vagy a kariotípus másfajta látható igazítására vállalkoznak.

  • Kromoszóma elimináció. Egyes fajoknál, mint sok sciarid legynél , a fejlődés során teljes kromoszómák eliminálódnak.
  • Kromatin csökkenés (alapító atyja: Theodor Boveri ). Ebben a folyamatban, amely egyes kopólábúakban és orsóférgekben , például az Ascaris suumban megtalálható , a kromoszómák egy része bizonyos sejtekben eldobódik. Ez a folyamat egy gondosan szervezett genom átrendeződés, amelyben új telomerek épülnek fel, és bizonyos heterokromatin régiók elvesznek. Az A. suumban az összes szomatikus sejt prekurzor kromatincsökkenésen megy keresztül.
  • X-inaktiválás . Egy X-kromoszóma inaktiválása az emlősök korai fejlődése során megy végbe (lásd Barr-test és dóziskompenzáció ). A méhlepényes emlősökben az inaktiváció véletlenszerű a két X között; így az emlős nőstény X kromoszómáit tekintve mozaik. Erszényes állatoknál mindig az apai X inaktiválva van. Emberben a szomatikus sejtek mintegy 15%-a elkerüli az inaktivációt, és az inaktivált X kromoszómán érintett gének száma sejtenként változik: a fibroblaszt sejtekben a Barr-test gének mintegy 25%-a elkerüli az inaktivációt.

A kromoszómák száma egy halmazban

A közeli rokon fajok közötti variabilitás látványos példája a muntjac , amelyet Kurt Benirschke és Doris Wurster vizsgált . A kínai muntjac, a Muntiacus reevesi diploid számát 46-nak találták, mindegyik telocentrikus . Amikor megvizsgálták a közeli rokon indiai muntjac, a Muntiacus muntjak kariotípusát , megdöbbenve tapasztalták, hogy nőstény = 6, hím = 7 kromoszómája van.

Egyszerűen nem tudták elhinni, amit láttak... Két-három évig hallgattak, mert azt hitték, valami nincs rendben a szövettenyészetükkel... De amikor szereztek még pár mintát, megerősítették [leleteiket].

—  Hsu p. 73-4

A kromoszómák száma a kariotípusban a (viszonylag) nem rokon fajok között rendkívül változó. Az alacsony rekordot a Parascaris univalens fonálféreg tartja , ahol a haploid n = 1; és egy hangya: Myrmecia pilosula . A legmagasabb rekord valahol a páfrányok között lenne , a páfránynyelv páfránya, az Ophioglossum átlagosan 1262 kromoszómával megelőzve. Az állatok legjobb pontszáma az Acipenser brevirostrum rövidorrú tokhal 372 kromoszómája lehet . A számfeletti vagy B kromoszómák megléte azt jelenti, hogy a kromoszómaszám még egy keresztező populáción belül is változhat; és az aneuploidok egy másik példa, bár ebben az esetben nem tekintenék őket a populáció normális tagjainak.

Alapvető szám

A kariotípus alapszáma, FN , a látható fő kromoszómakarok száma kromoszómakészletenként. Így az FN ≤ ​​2 x 2n, a különbség az egykarúnak (akrocentrikus vagy telocentrikus ) kromoszómák számától függ. Az emberek FN = 82, öt akrocentrikus kromoszómapár jelenléte miatt: 13 , 14 , 15 , 21 és 22 (az emberi Y kromoszóma is akrocentrikus). Egy kariotípus alapvető autoszomális száma vagy autoszomális alapszáma, az FNa vagy AN , a látható fő kromoszómális karok száma autoszómák (nem nemhez kötött kromoszómák ) készletenként .

Ploidia

A ploidia a teljes kromoszómakészletek száma egy sejtben.

  • A poliploidia , ahol kettőnél több homológ kromoszómakészlet található a sejtekben, főként növényekben fordul elő. Stebbins szerint nagy jelentősége volt a növények evolúciójában . A poliploid virágos növények arányát Stebbins 30-35%-ra becsülte, de a fűfélékben az átlag jóval magasabb, mintegy 70%. Az alacsonyabb rendű növényekben ( páfrányok , zsurlófélék és zsurlófélék ) is gyakori a poliploidia, és egyes páfrányfajok a virágzó növényekben ismert legmagasabb szintet messze meghaladó poliploiditást értek el. Az állatokban a poliploidia sokkal kevésbé gyakori, de egyes csoportokban jelentős volt.

A rokon fajok poliploid sorozatait, amelyek teljes egészében egyetlen alapszám többszöröseiből állnak, euploidnak nevezik .

  • Haplo-diploidia , ahol az egyik nem diploid , a másik haploid . Gyakori elrendezés a Hymenoptera és néhány más csoportban.
  • Endopoliploidia akkor fordul elő, amikor a felnőttkori differenciálódott szövetekben a sejtek mitózissal már nem osztódnak , de a magok az eredeti szomatikus számú kromoszómát tartalmazzák . Az endociklusban ( endomitózis vagy endoreduplikáció ) a „nyugvó” sejtmag kromoszómái reduplikáción mennek keresztül , a leánykromoszómák elválik egymástól egy érintetlen magmembránon belül .
    Sok esetben az endopoliploid magok több tízezer kromoszómát tartalmaznak (amit nem lehet pontosan megszámolni). A sejtek nem mindig tartalmaznak pontos többszöröseket (kettő hatványait), ezért az egyszerű definíció, hogy „a kromoszómakészletek számának növekedése a sejtosztódás nélküli replikáció következtében” nem egészen pontos.
    Ez a folyamat (különösen rovarokon és néhány magasabb rendű növényen, például kukoricán vizsgálva) fejlesztési stratégia lehet a bioszintézisben nagyon aktív szövetek termelékenységének növelésére.
    A jelenség szórványosan előfordul az eukarióta birodalomban a protozoáktól az emberekig; változatos és összetett, sok tekintetben szolgálja a differenciálódást és a morfogenezist .
  • Lásd a paleopoliploidiát az ősi kariotípus-duplikációk vizsgálatához.

Aneuploidia

Az aneuploidia az az állapot, amelyben a sejtek kromoszómaszáma nem a fajra jellemző szám. Ez kromoszóma-rendellenességhez vezethet, például egy extra kromoszómához vagy egy vagy több kromoszóma elvesztéséhez. A kromoszómaszám rendellenességei általában fejlődési rendellenességet okoznak. A Down-szindróma és a Turner-szindróma jó példa erre.

Aneuploidia is előfordulhat közeli rokon fajok csoportján belül. Klasszikus példák a növényekre a Crepis nemzetség , ahol a gametikus (= haploid) számok az x = 3, 4, 5, 6 és 7 sorozatot alkotják; és a Crocus , ahol x = 3-tól x = 15-ig minden számot legalább egy faj képvisel. Különféle bizonyítékok mutatják, hogy az evolúció tendenciái különböző csoportokban eltérő irányban haladtak. A főemlősöknél a majmok 24x2, míg az emberek 23x2 kromoszómával rendelkeznek. A 2-es emberi kromoszóma az ősi kromoszómák egyesülésével jött létre, csökkentve a számukat.

Kromoszómális polimorfizmus

Egyes fajok különböző kromoszómaszerkezeti formákra nézve polimorfok . A szerkezeti eltérések a különböző egyedeknél eltérő számú kromoszómával hozhatók összefüggésbe, ami a Chilocorus stigma katicabogárban , az Ameles nemzetség egyes sáskában , a Sorex araneus cickányban fordul elő . A Bretagne-i partvidéken található Thais lapillus puhatestű (a kutyakölyök ) esetéből néhány bizonyíték van arra, hogy a két kromoszómamorf más-más élőhelyhez alkalmazkodott .

Fafajok fák

A politén kromoszómákkal rendelkező rovarok kromoszómasávosságának részletes tanulmányozása feltárhatja a szorosan rokon fajok közötti kapcsolatokat: a klasszikus példa Hampton L. Carson kromoszómasávozásának tanulmányozása hawaii drosofilidekben .

Körülbelül 6500 négyzetmérföldön (17 000 km 2 ) található a Hawaii-szigeteken a legváltozatosabb drozofil legyek gyűjteménye a világon, az esőerdőktől a szubalpin rétekig . Ezt a körülbelül 800 hawaii drozofil fajt általában két nemzetséghez, a Drosophila és Scaptomyza nemzetséghez sorolják a Drosophilidae családban .

A hawaii drozofilek legjobban tanulmányozott csoportja, a „képszárny” csoport politén sávja lehetővé tette Carson számára, hogy kidolgozza az evolúciós fát jóval azelőtt, hogy a genomelemzés megvalósítható lett volna. Bizonyos értelemben a génelrendeződések láthatók az egyes kromoszómák sávos mintázataiban. A kromoszóma-átrendeződések, különösen az inverziók lehetővé teszik annak megállapítását, hogy mely fajok állnak egymással szorosan rokonok.

Az eredmények egyértelműek. Az inverziók, ha fa formában ábrázolják (és minden egyéb információtól független), a fajok egyértelmű "áramlását" mutatják a régebbi szigetekről az újabb szigetekre. Vannak esetek a régebbi szigetekre való visszatelepítésre és a szigetek kihagyására is, de ezek sokkal ritkábban fordulnak elő. A K-Ar kormeghatározást használva a jelenlegi szigetek 0,4 millió évvel ezelőtti (mya) ( Mauna Kea ) és 10mya ( Necker ) közöttiek. A hawaii szigetcsoport legrégebbi, még mindig tenger feletti tagja a Kure Atoll , amely 30 millió évesre tehető. Maga a szigetcsoport (amelyet a csendes-óceáni lemez egy forró ponton mozgó lemezből hoz létre ) sokkal régebb óta létezik, legalábbis a kréta korszakban . A tenger alatti korábbi szigetek ( guyotok ) alkotják az Emperor Seamount Chain-t .

Az összes őshonos Drosophila és Scaptomyza faj Hawaiiban láthatóan egyetlen ősi faj leszármazottja, amely kolonizálta a szigeteket, valószínűleg 20 millió évvel ezelőtt. Az ezt követő adaptív sugárzást a verseny hiánya és a rések sokfélesége ösztönözte . Bár lehetséges lenne egyetlen gravid nőstény megtelepedése egy szigeten, valószínűbb, hogy ugyanabból a fajból származó csoport volt.

Vannak más állatok és növények is a hawaii szigetvilágon, amelyek hasonló, bár kevésbé látványos, adaptív sugárzásokon estek át.

Kromoszóma sávozás

A kromoszómák sávos mintázatot mutatnak, ha néhány folttal kezelik őket. A sávok váltakozó világos és sötét csíkok, amelyek a kromoszómák hossza mentén jelennek meg. Egyedi sávmintázatokat használnak a kromoszómák azonosítására és a kromoszóma-rendellenességek diagnosztizálására, beleértve a kromoszómatörést, elvesztést, duplikációt, transzlokációt vagy fordított szegmenseket. A különböző kromoszómakezelések egy sor sávmintázatot hoznak létre: G-sávok, R-sávok, C-sávok, Q-sávok, T-sávok és NOR-sávok.

Kariotípusok ábrázolása

A sávozás fajtái

A citogenetika számos technikát alkalmaz a kromoszómák különböző aspektusainak megjelenítésére:

  • A G-sávot Giemsa festéssel kapjuk, miután a kromoszómákat tripszinnel emésztjük . Egy sor enyhén és sötéten festett sávot eredményez – a sötét régiók általában heterokromatikusak, későn replikálódnak és AT-ban gazdagok. A világos régiók általában eukromatikusak, korán replikálódnak és GC-ben gazdagok. Ez a módszer általában 300-400 sávot hoz létre egy normális emberi genomban . Ez a leggyakoribb kromoszómasávozási módszer.
  • Az R-sáv a G-sáv fordítottja (az R a "fordított" rövidítése). A sötét régiók eukromatikusak (guanin-citozinban gazdag régiók), a világosak pedig heterokromatikusak (timin-adeninben gazdag régiók).
  • C-sáv: A Giemsa a konstitutív heterokromatinhoz kötődik , így megfesti a centromereket . A név a centromer vagy konstitutív heterokromatinból származik. A készítmények lúgos denaturáción esnek át a festés előtt, ami a DNS szinte teljes depurinációjához vezet. A próba mosása után a megmaradt DNS-t újra renaturáljuk, és metilén azúrból, metilénibolából, metilénkékből és eozinból álló Giemsa oldattal festjük. A heterokromatin a festék nagy részét megköti, míg a többi kromoszóma csak keveset vesz fel belőle. A C-kötés különösen alkalmasnak bizonyult a növényi kromoszómák jellemzésére.
  • A Q-sáv egy fluoreszcens mintázat, amelyet quinakrin festéssel nyernek . A sávok mintázata nagyon hasonló a G-sávban láthatóhoz. Különböző intenzitású sárga fluoreszcenciáról ismerhetők fel. A megfestett DNS nagy része heterokromatin. A quinacrin (atebrin) mindkét AT-ban és GC-ben gazdag régiót megköti, de csak az AT-quinacrin-komplex fluoreszkál. Mivel az AT-ben gazdag régiók gyakrabban fordulnak elő a heterokromatinban, mint az euchromatinban, ezeket a régiókat előnyösen jelölik. Az egyes sávok eltérő intenzitása tükrözi az AT különböző tartalmát. Más fluorokrómok, mint például a DAPI vagy a Hoechst 33258 szintén jellegzetes, reprodukálható mintákat eredményeznek. Mindegyik elkészíti a sajátos mintáját. Más szóval: a kötések tulajdonságai és a fluorokrómok specificitása nem kizárólag az AT-ben gazdag régiókhoz való affinitásán alapul. Inkább az AT eloszlása ​​és az AT más molekulákkal, például hisztonokkal való asszociációja befolyásolja a fluorokrómok kötési tulajdonságait.
  • T-sáv: vizualizálja a telomereket .
  • Ezüst festés: Az ezüst-nitrát megfesti a nukleoláris szerveződési régióhoz kapcsolódó fehérjét. Ez egy sötét régiót eredményez, ahol az ezüst lerakódik, ami az rRNS gének aktivitását jelzi a NOR-on belül.

Klasszikus kariotípus citogenetika

Humán női limfocita kariogramja az Alu szekvenciára FISH segítségével .

A "klasszikus" (ábrázolt) kariotípusban egy festéket , gyakran Giemsa-t (G-sáv) , ritkábban mepakrint (quinacrine) használnak a kromoszómák sávjainak megfestésére. A Giemsa specifikus a DNS foszfátcsoportjaira . A kinakrin az adenin - timinben gazdag régiókhoz kötődik . Minden kromoszómának van egy jellegzetes sávos mintázata, amely segít azonosítani őket; egy pár mindkét kromoszómája azonos sávos mintázatú lesz.

A kariotípusok úgy vannak elrendezve, hogy a kromoszóma rövid karja felül, a hosszú kar pedig alul van. Egyes kariotípusok a rövid és hosszú karokat p- nek, illetve q-nak nevezik . Ezenkívül a különböző festődésű régiók és alrégiók számszerű jelöléseket kapnak a kromoszómakarokon a proximálistól a disztálisig . Például a Cri du chat szindróma az 5. kromoszóma rövid karjának deléciójával jár. 46,XX,5p-ként van írva. Ennek a szindrómának a kritikus régiója a p15.2 (a kromoszómán lévő lókusz ) deléciója , amelyet 46,XX,del(5)(p15.2)-ként írnak le.

Többszínű FISH (mFISH) és spektrális kariotípus (SKY technika)

Egy nőstény spektrális kariogramja

A többszínű FISH és a régebbi spektrális kariotipizálás olyan molekuláris citogenetikai technikák, amelyeket egy szervezetben lévő kromoszómapárok egyidejű , különböző színekben való megjelenítésére használnak . Fluoreszcensen jelölt próbák minden kromoszómához úgy készülnek, hogy a kromoszóma-specifikus DNS-t különböző fluoroforokkal jelölik . Mivel korlátozott számú spektrálisan elkülönülő fluorofor létezik, a kombinatorikus jelölési módszert számos különböző szín előállítására használják. A fluorofor kombinációkat fluoreszcens mikroszkóppal rögzítik és elemzik legfeljebb 7 keskeny sávú fluoreszcens szűrő használatával, vagy spektrális kariotipizálás esetén fluoreszcens mikroszkóphoz csatlakoztatott interferométer segítségével. Az mFISH-képek esetében a kapott eredeti képek fluorokrómjainak minden kombinációját egy pszeudoszín helyettesíti egy erre a célra szolgáló képelemző szoftverben. Így a kromoszómák vagy kromoszóma szakaszok megjeleníthetők és azonosíthatók, lehetővé téve a kromoszóma-átrendeződések elemzését. Spektrális kariotipizálás esetén a képfeldolgozó szoftver minden spektrálisan eltérő kombinációhoz pszeudo színt rendel, lehetővé téve az egyedi színű kromoszómák megjelenítését.

Spektrális emberi kariotípus

A többszínű FISH-t a strukturális kromoszóma-rendellenességek azonosítására használják rákos sejtekben és más betegségekben, amikor a Giemsa-sávozás vagy más technikák nem elég pontosak.

Digitális kariotipizálás

A digitális kariotipizálás a DNS kópiaszámának genomiális skálán történő számszerűsítésére szolgáló technika. Az egész genomban meghatározott lókuszokból származó rövid DNS-szekvenciákat izolálnak és felsorolnak. Ezt a módszert virtuális kariotipizálásnak is nevezik . Ezzel a technikával lehetőség nyílik az emberi genom olyan kis elváltozásainak kimutatására, amelyek metafázisos kromoszómákat alkalmazó módszerekkel nem mutathatók ki. Egyes lókusz-deléciókról ismert, hogy a rák kialakulásához kapcsolódnak. Az ilyen deléciókat digitális kariotipizálással találják meg a rák kialakulásához kapcsolódó lókuszok felhasználásával.

Kromoszóma rendellenességek

Fő cikk: Kromoszóma-rendellenességek

A kromoszóma-rendellenességek lehetnek számszerűek, például extra vagy hiányzó kromoszómák jelenlétében, vagy strukturálisak, például származékos kromoszómákban , transzlokációk , inverziók , nagy léptékű deléciók vagy duplikációk. A numerikus rendellenességek, más néven aneuploidia , gyakran előfordulnak az ivarsejtek képződése során a meiózis során bekövetkező nem diszjunkció eredményeként ; a triszómiák , amelyekben egy kromoszóma három kópiája van jelen a szokásos kettő helyett, gyakori számbeli rendellenességek. A szerkezeti rendellenességek gyakran a homológ rekombináció hibáiból adódnak . Mindkét típusú rendellenesség előfordulhat az ivarsejtekben, és ezért jelen lesznek az érintett személy testének minden sejtjében, vagy előfordulhatnak mitózis során, és genetikai mozaik egyedeket eredményezhetnek, akiknek néhány normális és néhány abnormális sejtje van.

Az emberekben

Az emberben betegségekhez vezető kromoszóma-rendellenességek közé tartozik

Egyes rendellenességek az egyik kromoszóma egy darabjának elvesztéséből erednek, beleértve

A kariotípus vizsgálatok története

A kromoszómákat először Carl Wilhelm von Nägeli figyelte meg növényi sejtekben 1842-ben. Az állati ( szalamandra ) sejtekben való viselkedésüket Walther Flemming , a mitózis felfedezője írta le 1882-ben. A nevet egy másik német anatómus, Heinrich von Waldeyer találta ki 2008- ban . 1888. Ez az új latin az ógörög κάρυον karyon , "mag", "mag" vagy "mag" és a τύπος elírási hibák , "általános forma" szóból.

A következő szakasz a genetika fejlődése után következett be a 20. század elején, amikor felismerték, hogy a kromoszómák (amelyek kariotípusonként megfigyelhetők) a gének hordozói. A kariotípus kifejezést, amelyet a szomatikus kromoszómák fenotípusos megjelenése határoz meg , ellentétben azok géntartalmával , Grigorij Levitszkij vezette be, aki Lev Delaunay-jal, Szergej Navasinnal és Nyikolaj Vavilovval dolgozott együtt . A koncepció későbbi története CD Darlington és Michael JD White munkáiban követhető .

Az emberi kariotípus vizsgálata sok évbe telt, mire eldöntötte a legalapvetőbb kérdést: hány kromoszómát tartalmaz egy normál diploid emberi sejt? 1912-ben Hans von Winiwarter 47 kromoszómáról számolt be spermatogóniában és 48 kromoszómáról az oogoniában , ami egy XX/XO ivarmeghatározási mechanizmust kötött le. Painter 1922-ben nem volt biztos abban, hogy az emberek diploidja 46 vagy 48, eleinte a 46-ot részesítette előnyben, de véleményét 46-ról 48-ra módosította, és helyesen ragaszkodott ahhoz, hogy az embereknek legyen XX/XY rendszere . Az akkori technikákat tekintve ezek az eredmények figyelemre méltóak voltak.

Az ősi kromoszómák fúziója a telomerek jellegzetes maradványait és egy maradvány centromert hagyott hátra

Albert Levan laboratóriumában dolgozó Joe Hin Tjio az akkoriban elérhető új technikák segítségével 46-nak találta a kromoszómaszámot:

  1. Sejtek felhasználása szövettenyészetben
  2. A sejtek előkezelése hipotóniás oldatban , amely megduzzasztja és szétteríti a kromoszómákat
  3. A mitózis leállítása metafázisban kolhicin oldattal
  4. A készítmény összepréselése a tárgylemezen, a kromoszómák egyetlen síkra kényszerítése
  5. Mikrofénykép felvágása és az eredmény vitathatatlan kariogrammá rendezése.

A munka 1955-ben zajlott, és 1956-ban adták ki. Az emberi kariotípus mindössze 46 kromoszómát tartalmaz. A többi emberszabású majomnak 48 kromoszómája van. A 2-es emberi kromoszóma ma már ismert, hogy két ősi majomkromoszóma végpontok közötti fúziójának eredménye.

Lásd még

  • Citogenetikai jelölések  – A citogenetikában használt szimbólumok és rövidítések
  • Genom képernyő  – Laboratóriumi eljárás

Hivatkozások

Külső linkek