Какво е кариотип? Дефиниция, кариограма и значение в генетиката

Усъвършенствано обяснение на кариотипа: кариограми, значение в генетиката, диагностика на хромозомни аномалии и определяне на пол и еволюция.

Кариотипът е броят и видът на хромозомите в ядрото на еукариотна клетка. Терминът се използва и за пълния набор от хромозоми в даден вид или отделен организъм. Той описва броя на хромозомите и как изглеждат те под светлинен микроскоп — обръща се внимание на дължината им, положението на центромерите, разликите между половите хромозоми и други морфологични характеристики. Изготвянето и изучаването на кариотипи е централна част от цитогенетиката (включваща цитология и генетика).

Основният брой хромозоми в соматичните (телесните) клетки на индивида или вида се нарича соматичен брой и се обозначава с 2n. Така при човека 2n = 46. В половите клетки броят на хромозомите е n (при човека: n = 23).

В нормалните диплоидни организми хромозомите обикновено се срещат в две копия — по едно от всеки родител. Може да има, но може и да няма полови хромозоми в зависимост от вида и пола. Полиплоидните клетки притежават повече от две копия на всеки хромозомен комплект (често срещано при растенията), а хаплоидните имат по една копие. Изследването на цели комплекти хромозоми понякога се нарича кариология.

Морфология на хромозомите

При описанието на кариотипа се обръща внимание на:

• дължината на хромозомите (големи срещу малки);
• положението на центромера — метацентрични, субметацентрични, акроцентрични и теломерни (телоцентрични) хромозоми;
• зони с характерни ивици при оцветяване (бандинг), които помагат да се локализират гените и да се идентифицират структурни промени;
• специални структури като пателарни (satellite) области, ръбове и повтори.

Кариограма и идиограма

Хромозомите често се изобразяват (чрез пренареждане на микрофотографии) в стандартен формат, известен като кариограма или идиограма. В кариограмата хромозомите са подредени по двойки, обикновено по низходящ размер и по позиция на центромера — така хомоложните хромозоми (една от майката, една от бащата) стоят една до друга. Идиограмата е схематично изображение, показващо бандовия модел на всяка хромозома.

Кариограмите се използват за множество цели: определяне на пола при животни и хора, оценка на диплоидния брой, откриване на хромозомни аномалии, локализиране на големи генетични преустройвания и др. При хората цитолозите използват кариотипа за идентифициране на генетични аномалии при плода в рамките на пренатална диагностика.

Как се прави кариотип

Най-често използваната процедура включва:

• култивиране на клетки (например лимфоцити от периферна кръв или клетки от амниоцентеза);
• инхибиране на митотичното делене в метафаза (често с колхицин), когато хромозомите са най-компактни и видими;
• хипотонична обработка, фиксация и разпределяне на хромозомите върху предметно стъкло;
• оцветяване за бандинг (най-често G-бандинг с Giemsa), фотодокументация и подреждане в кариограма.

Допълнителни техники: FISH (флуоресцентна хибридизация in situ) за целенасочено локализиране на ДНК-последователности, спектрално кариотипиране (SKY), микроматрици (array CGH) и NGS-базирани методи за по-фина детекция на структурни и числени промени.

Типове хромозомни аномалии

Аномалиите могат да бъдат числени или структурни:

• Числени нарушения (анеуплодии) — промяна в броя на хромозомите:
  • трисомия (напр. 47,XY,+21 — синдром на Даун);
  • моносомия (напр. 45,X — синдром на Търнър);
  • синдроми със сексуални хромозомни аномалии (напр. 47,XXY — Клайнфелтер).
• Структурни промени — включват:
  • делеции (загуба на участък от хромозома);
  • дубликaции (повторение на участък);
  • инверсии (обръщане на сегмент);
  • транслокации (прехвърляне между хромозоми, реципрочни или неравномерни);
  • изохромозоми, рингови хромозоми и др.

Някои промени са клинично значими (води до вродени синдроми, безплодие или предракови състояния), докато други могат да са неутрални или наследствени варианти на нормата.

Клинично и научно значение

• Пренатална диагноза — изследване на кариотип от амнионна течност или хорионни въси за откриване на анеуплодии и големи структурни промени.
• Репродуктивна медицина — изследване при безплодие или при повторни спонтанни аборти (например сблъсъци с транслокации при един от родителите).
• Онкогенетика — кариотипни промени често характеризират туморите (напр. транслокацията BCR-ABL при хронична миелоидна левкемия).
• Еволюционни изследвания — кариотипите помагат да се реконструират хромозомни реаранжименти и събития като еволюционни промени и полиплоидията в различни линии.

Специфични понятия и стандарти

Кариотипът се записва по международен стандарт (ISCN). Примерни обозначения:

• 46,XY — нормален мъжки кариотип;
• 46,XX — нормален женски кариотип;
• 47,XY,+21 — мъж със трисомия 21 (Даун);
• 46,XX,t(1;2)(p22;q31) — женски кариотип с реципрочна транслокация между хромозоми 1 и 2.

Мозайцизъм и химеризъм

Понякога индивидът има два или повече различни кариотипа в различни клетки — това е мозайцизъм (например малък процент клетки с трисомия и останалите нормални). Химеризъм се наблюдава при сливане на ембриони или при трансплантации. Тези явления могат да усложнят диагностиката и тълкуването на резултатите.

Ограничения и съвременни подходи

Класическият кариотип и G-бандинг откриват големи числени и структурни промени (обикновено >5–10 Mb). Малки делеции/дупликации или точкови мутации остават незабелязани. За по-висока резолюция се използват:

• array CGH (микроматрици) — детекция на копийни вариации с висока резолюция;
• FISH — локализиране на известни мишени;
• NGS и панели/екзомни/геномни секвенирания — за точкови мутации и структурни варианти.

Примери и клинични ситуации

Сред най-често установяваните кариотипни промени при човека са:

• трисомия 21 (синдром на Даун) — често води до интелектуална увреда и характерни физически белези;
• трисомия 18 и 13 — тежки вродени аномалии с висока детска смъртност;
• синдром на Търнър (45,X) — характеризира се с къс ръст, безплодие и други особености;
• Клайнфелтер (47,XXY) — мъже с тестикуларна хипоплазия и често хипогонадизъм.

Заключение

Кариотипът е основен инструмент в цитогенетиката и медицинската генетика — описва цялостния хромозомен набор на клетките и позволява откриването на големи числени и структурни промени. Той има ключово значение в пренаталната диагностика, онкологията, репродуктивната медицина и еволюционните изследвания. За пълна генетична оценка често се комбинират класически кариотипни анализи с по-модерни молекулярни методи (FISH, микроматрици, NGS), които допълват информацията и повишават чувствителността на изследването.

Въпроси и отговори

В: Какво представлява кариотипът?

В: Какво представлява цитогенетиката?

В: Какво представлява соматичното число?

В: Колко копия има в нормалните диплоидни организми?

В: Какво показва кариограмата?

В: Как кариотипите могат да предоставят информация за минали еволюционни събития?

Търсене по буква