Kariotyp — definicja, budowa i znaczenie w badaniu chromosomów

Kariotyp — definicja, budowa i znaczenie: kompleksowy przewodnik po badaniu chromosomów, diagnostyce genetycznej i interpretacji wyników.

Kariotyp to liczba i wygląd chromosomów w jądrze komórki eukariotycznej. Termin ten jest również używany w odniesieniu do kompletnego zestawu chromosomów w danym gatunku lub pojedynczym organizmie. Opisuje on liczbę chromosomów oraz to, jak wyglądają one pod mikroskopem świetlnym. Zwraca się uwagę na ich długość, położenie centromerów, wszelkie różnice między chromosomami płciowymi oraz wszelkie inne cechy fizyczne. Przygotowanie i badanie kariotypów jest częścią cytogenetyki (cytologia i genetyka).

Podstawowe pojęcia i liczby

Podstawowa liczba chromosomów w komórkach somatycznych (ciała) osobnika lub gatunku jest nazywana liczbą somatyczną i jest oznaczana jako 2n. Zatem u ludzi 2n = 46. W komórkach płciowych liczba chromosomów wynosi n (u ludzi: n = 23).

W normalnych organizmach diploidalnych chromosomy występują w parach (po jednym od każdego z rodziców). Komórki haploidalne mają pojedyncze kopie chromosomów (np. gamety), a komórki poliploidalne — wiele kompletów chromosomów (często spotykane u roślin). Badanie całych zestawów chromosomów bywa też nazywane kariologią.

Budowa chromosomu widoczna w kariotypie

W karyotypie zwraca się uwagę na:

• liczbę chromosomów;
• rozmiar i względną długość ramion (krótkie ramie oznaczane jako p, długie jako q);
• położenie centromeru — wyróżnia się chromosomy metacentryczne, submetacentryczne, akrocentryczne (i rzadziej telocentryczne);
• obecność prążków i innych cech strukturalnych widocznych po barwieniu.

Chromosomy są zwykle przedstawiane (poprzez zmianę układu mikrofotografii) w standardowym formacie znanym jako kariogram lub idiogram: ułożone w parach, uporządkowane według wielkości i pozycji centromerów. Tak ułożony kariotyp ułatwia porównania i identyfikację odchyleń od normy.

Jak przygotowuje się i bada kariotyp?

Podstawowe etapy klasycznego badania kariotypu (na przykład z krwi obwodowej) to:

• pobranie próbki (krew, płyn owodniowy — amniocenteza, komórki kosmówki — biopsja kosmówki, tkanki nowotworowe);
• hodowla komórek (np. limfocyty z krwi) i stymulacja podziałów;
• zatrzymanie podziału w metafazie (np. za pomocą kolchicyny), gdy chromosomy są najbardziej skondensowane;
• obróbka hipotoniczna, utrwalanie i rozprowadzenie preparatów na szkiełkach;
• barwienie (najczęściej barwienie G — G-banding) i wykonanie mikrofotografii metafaz;
• układanie chromosomów w kariogramie i analiza.

Istnieją również nowoczesne techniki uzupełniające lub zastępujące klasyczne barwienia, m.in. FISH (fluorescencyjna hybrydyzacja in situ) do wykrywania konkretnych zmian, array CGH (mikromacierze) do detekcji zysków i strat materiału genetycznego, a także sekwencjonowanie genomowe w diagnostyce molekularnej. Każda z metod ma swoje zalety i ograniczenia — np. array CGH wykrywa delecje i duplikacje o małej skali, ale nie wykazuje rearanżacji zrównoważonych (translokacji) bez utraty materiału.

Interpretacja i zapisy kariotypu

W zapisie kariotypu używa się standardowej nomenklatury. Przykłady:

• 46,XX — norma żeńska (46 chromosomów, dwa chromosomy płciowe X);
• 46,XY — norma męska;
• 47,XY,+21 — mężczyzna z trisomią 21 (zespół Downa);
• 45,X — monosomia X (zespół Turnera);
• Zapisy strukturalne: del (delecja), dup (duplikacja), t (translokacja), inv (inwersja) wraz z określeniem, których chromosomów i odcinków dotyczy zmiana.

Znaczenie kliniczne

Kariotypowanie ma szerokie zastosowanie w medycynie i biologii:

• diagnostyka prenatalna — wykrywanie aneuploidii (np. trisomia 21, 18, 13) i dużych zmian strukturalnych przed urodzeniem;
• wyjaśnianie przyczyn niepłodności i nawracających poronień (np. nosicielstwo bilansowanych translokacji u jednego z rodziców);
• diagnoza chorób genetycznych u dzieci i dorosłych;
• badania onkologiczne — wykrywanie charakterystycznych zmian chromosomowych w nowotworach (np. translokacja t(9;22) w przewlekłej białaczce szpikowej — tzw. chromosom Philadelphia);
• ocena mozaicyzmu (obecność dwóch lub więcej linii komórkowych o różnym kariotypie) i jego znaczenia klinicznego.

Znaczenie w biologii ewolucyjnej

Kariotypy służą też do badania procesów ewolucyjnych. Porównania kariotypów różnych gatunków pomagają zrozumieć zdarzenia takie jak fuzje chromosomów, pęknięcia i translokacje oraz poliploidalność, która u roślin często prowadzi do powstania nowych gatunków.

Ograniczenia i uwagi

• Klasyczny kariotyp detectuje zwykle zmiany większe niż kilka megabaz; mniejsze delecje/duplikacje wymagają technik molekularnych.
• Metody hybrydyzacyjne (FISH) są celowane — wykryją tylko to, na co zaprojektowano sondy.
• Interpretacja wyników wymaga doświadczenia; niektóre warianty strukturalne mogą być bezobjawowe lub o nieustalonej patogenności.
• Diagnostyka prenatalna pociąga za sobą kwestie etyczne i wymaga właściwego poradnictwa genetycznego.

Podsumowanie: badanie kariotypu to podstawowe i nadal bardzo użyteczne narzędzie w cytogenetyce. Pozwala ocenić liczbę i strukturę chromosomów, co ma zastosowanie w diagnostyce medycznej, badaniach nad przyczynami niepłodności, onkologii oraz analizach ewolucyjnych. Kombinacja klasycznych i nowoczesnych metod daje najszerszy obraz stanu genomu i pomaga w postawieniu trafnej diagnozy oraz planowaniu dalszego postępowania klinicznego.

Pytania i odpowiedzi

P: Co to jest kariotyp?

P: Co to jest cytogenetyka?

P: Co to jest liczba somatyczna?

P: Ile kopii występuje w normalnych organizmach diploidalnych?

P: Co pokazuje kariogram?

P: W jaki sposób kariotypy mogą dostarczyć informacji o przeszłych wydarzeniach ewolucyjnych?

Szukaj według litery