Karyotype

Karyotype  - et sæt træk (antal, størrelse, form osv.) af et komplet sæt kromosomer , der er iboende i cellerne fra en given biologisk art ( art karyotype ), en given organisme ( individuel karyotype ) eller linje (klon) af celler . En grafisk repræsentation af en karyotype, det vil sige et sæt kromosomer, når de er arrangeret i grupper afhængigt af form og størrelse, kaldes et idiogram (karyogram) [1] . Ikke at forveksle med Ideogram .

Historien om udtrykket

L. N. Delaunay foreslog udtrykket "karyotype" i sit arbejde "Komparativ karyologisk undersøgelse af Muscari Mill-arter. og Bellevalia Lapeyr ", blev artiklen offentliggjort i 1922 i Bulletin of the Tiflis Botanical Garden [2] [3] . LN Delaunay definerede en karyotype som et sæt kromosomer i et sæt, bestemt af deres antal, størrelse og form [4] . L. N. Delaunay foreslog, at alle arter af slægten har det samme sæt af kromosomer ("karyotype"), forskellige slægter, ifølge Delaunay, nødvendigvis adskiller sig karyotypisk [5] . G. A. Levitsky viste på grundlag af sin egen forskning, at dette ikke er sandt, og i sin bog "Material Foundations of Heredity" udviklede og forfinede han udtrykket "karyotype" [6] [7] . Cyril Dean Darlington og Michael J. D. White bidrog også til udviklingen af ​​udtrykket .

Bestemmelse af karyotypen

Udseendet af kromosomer ændrer sig betydeligt i løbet af cellecyklussen : under interfasen er kromosomerne lokaliseret i kernen , som regel despiraliserede og vanskelige at observere, derfor bruges celler i et af stadierne af deres deling, mitosens metafase. at bestemme karyotypen .

Procedure til bestemmelse af karyotypen

Til proceduren til bestemmelse af karyotypen kan en hvilken som helst population af delende celler anvendes. For at bestemme den menneskelige karyotype anvendes som regel perifere blodlymfocytter , hvis overgang fra G0-hvilestadiet til proliferation fremkaldes ved tilsætning af phytohæmagglutinin- mitogenet . Knoglemarvsceller eller en primær kultur af hudfibroblaster kan også bruges til at bestemme karyotypen . For at øge antallet af celler i metafasestadiet , kort før fiksering, tilsættes colchicin eller nocadazol til cellekulturen som blokerer dannelsen af ​​mikrotubuli , og derved forhindrer kromatiderne i at sprede sig til celledelingspolerne og fuldende mitosen.

Efter fiksering farves og fotograferes præparater af metafasekromosomer; den såkaldte systematiserede karyotype  er dannet ud fra mikrofotografier - et nummereret sæt af par homologe kromosomer, mens billeder af kromosomer er orienteret lodret med korte arme opad, deres nummerering sker i faldende størrelsesorden, et par kønskromosomer placeres kl. enden af ​​sættet (se fig. 1).

Historisk set blev de første ikke-detaljerede karyotyper, som gjorde det muligt at klassificere efter kromosommorfologi, farvet ifølge Romanovsky-Giemsa , men yderligere detaljering af strukturen af ​​kromosomer i karyotyper blev mulig med fremkomsten af ​​differentiel farvning af kromosomer. Den mest almindeligt anvendte teknik i medicinsk genetik er G-differentiel farvning af kromosomer.

Klassiske og spektrale karyotyper

For at opnå en klassisk karyotype farves kromosomer med forskellige farvestoffer eller deres blandinger: på grund af forskelle i bindingen af ​​farvestoffet til forskellige dele af kromosomerne, forekommer farvning ujævnt og en karakteristisk båndstruktur (et kompleks af tværgående mærker, engelsk  bånd ) dannes, hvilket afspejler den lineære heterogenitet af kromosomet og specifik for homologe par kromosomer og deres sektioner (med undtagelse af polymorfe regioner er forskellige allele varianter af gener lokaliseret ). Den første kromosomfarvningsmetode til at opnå så meget detaljerede billeder blev udviklet af den svenske cytolog Kaspersson (Q-farvning) [8] Der anvendes også andre farvninger, sådanne teknikker kaldes samlet for differentiel kromosomfarvning: [9]

• Q-farvning  - farvning ifølge Kaspersson med akrykinsennep med en undersøgelse under et fluorescerende mikroskop. Oftest brugt til undersøgelse af Y-kromosomer (hurtig bestemmelse af genetisk køn, påvisning af translokationer mellem X- og Y-kromosomer eller mellem Y-kromosom og autosomer, screening for mosaicisme , der involverer Y-kromosomer)
• G-farvning  - modificeret farvning ifølge Romanovsky - Giemsa . Følsomheden er højere end Q-farvningen, derfor bruges den som en standardmetode til cytogenetisk analyse. Bruges til at detektere små aberrationer og markørkromosomer (segmenteret anderledes end normale homologe kromosomer)
• R-farvning  - ved hjælp af acridin orange og lignende farvestoffer, farvning af dele af kromosomerne, der er ufølsomme over for G-farvning. Bruges til at afsløre detaljer om homologe G- eller Q-negative områder af søsterkromatider eller homologe kromosomer.
• C-farvning  bruges til at analysere de centromere områder af kromosomer, der indeholder konstitutiv heterochromatin og den variable distale del af Y-kromosomet.
• T-farvning  - bruges til at analysere de telomere områder af kromosomer.

For nylig har man brugt teknikken til den såkaldte spektrale karyotyping ( fluorescence in situ hybridization , engelsk  Fluorescence in situ hybridization , FISH), som består i farvning af kromosomer med et sæt fluorescerende farvestoffer, der binder til specifikke regioner af kromosomer [10] . Som et resultat af sådan farvning opnår homologe par af kromosomer identiske spektrale karakteristika, hvilket ikke kun i høj grad letter identifikation af sådanne par, men også letter påvisningen af ​​interkromosomale translokationer , det vil sige bevægelser af sektioner mellem kromosomer - translokerede sektioner har et spektrum der adskiller sig fra spektret af resten af ​​kromosomet.

Karyotypeanalyse

Sammenligning af komplekser af krydsmærker i klassisk karyotyping eller regioner med specifikke spektrale karakteristika gør det muligt at identificere både homologe kromosomer og deres individuelle regioner, hvilket gør det muligt i detaljer at bestemme kromosomafvigelser  - intra- og interkromosomale omlejringer, ledsaget af en krænkelse af rækkefølgen af ​​kromosomfragmenter ( deletioner , duplikationer , inversioner , translokationer ). En sådan analyse er af stor betydning i medicinsk praksis, hvilket gør det muligt at diagnosticere en række kromosomsygdomme forårsaget af både grove krænkelser af karyotyper (krænkelse af antallet af kromosomer) og en krænkelse af kromosomstrukturen eller mangfoldigheden af ​​cellekaryotyper i kroppen ( mosaicisme ).

Nomenklatur

For at systematisere cytogenetiske beskrivelser blev International System for Cytogenetic Nomenclature (ISCN) udviklet, baseret på differentiel farvning af kromosomer og muliggør en detaljeret beskrivelse af individuelle kromosomer og deres regioner. Indlægget har følgende format:

[kromosomnummer] [arm] [stedsnummer].[båndnummer]

kromosomets lange arm betegnes med bogstavet q , den korte arm betegnes med bogstavet p , kromosomafvigelser er angivet med yderligere symboler.

Således skrives det 2. bånd i den 15. sektion af den korte arm af det 5. kromosom som 5p15.2 .

For karyotypen bruges en post i ISCN 1995-systemet [11] , som har følgende format:

[antal kromosomer], [kønskromosomer], [træk] [12] .

For at udpege kønskromosomer i forskellige arter, bruges forskellige symboler (bogstaver), afhængigt af detaljerne ved bestemmelse af køn af taxon (forskellige systemer af kønskromosomer). Så hos de fleste pattedyr er den kvindelige karyotype homogametisk, og den mandlige er heterogametisk, henholdsvis registreringen af ​​kønskromosomer af kvinden XX , han - XY . Hos fugle er hunnerne heterogametiske, og hannerne er homogametiske, det vil sige, at registreringen af ​​hunnens kønskromosomer er ZW , hannen er ZZ .

Følgende karyotyper er eksempler:

• normal (art) karyotype af en huskat : 38 XY
• individuel karyotype af en hest med et "ekstra" X-kromosom (X-kromosomtrisomi ) : 65,XXX
• individuel karyotype af et tamsvin med en deletion (tab af et snit) af den lange arm (q) af det 10. kromosom: 38, XX, 10q-
• en individuel karyotype af en mand med en translokation af 21 regioner af den korte (p) og lange arm (q) af 1. og 3. kromosom og en deletion af den 22. region af den lange arm (q) af 9. kromosom (vist) i fig. 3): 46, XY, t(1;3)(p21;q21), del(9)(q22)

Da normale karyotyper er artsspecifikke, udvikles og vedligeholdes standardbeskrivelser af karyotyper af forskellige dyre- og plantearter, primært husdyr og laboratoriedyr og -planter [13] .

Unormale karyotyper og menneskelige kromosomsygdomme

Normale menneskelige karyotyper er 46,XX (hun) og 46,XY (mandlig). Krænkelser af den normale karyotype hos mennesker forekommer i de tidlige stadier af udviklingen af ​​organismen: hvis en sådan krænkelse forekommer under gametogenesen , hvor forældrenes kønsceller produceres, svækkes karyotypen af ​​zygoten dannet under deres fusion også . Med yderligere deling af en sådan zygote har alle celler i embryoet og den organisme, der udviklede sig fra det, den samme unormale karyotype.

Som regel er karyotype lidelser hos mennesker ledsaget af flere misdannelser; de fleste af disse anomalier er uforenelige med livet og fører til spontane aborter i de tidlige stadier af graviditeten. Andelen af ​​aborter på grund af karyotype lidelser i graviditetens første trimester er 50-60 %. 50-60% af disse lidelser er forskellige trisomier, 20-25% er polyploidi og 15-25% er monosomi på X-kromosomet, dog holder et ret stort antal fostre (~ 0,5%) med unormale karyotyper ud til det sidste. af graviditeten [14] .

Karyotype lidelser kan også forekomme i de tidlige stadier af zygote fragmentering, organismen der har udviklet sig fra en sådan zygote indeholder flere cellelinjer (cellekloner) med forskellige karyotyper, sådan en flerhed af karyotyper af hele organismen eller dens individuelle organer kaldes mosaicisme .

Nogle menneskelige sygdomme forårsaget af karyotype abnormiteter [15] , [16]

Karyotyper	Sygdom	Kommentar
47,XXY; 48,XXXY;	Klinefelters syndrom	X-kromosompolysomi hos mænd
45X0; 45X0/46XX; 45,X/46,XY; 46.X iso (Xq)	Shereshevsky-Turners syndrom	Monosomi på X-kromosomet, inklusive mosaicisme
47,XXX; 48,XXXX; 49,XXXXXX	Polysomi på X-kromosomet	Mest almindelig trisomi X
47,XX, 21+; 47,XY, 21+	Downs syndrom	Trisomi på det 21. kromosom
47,XX, 18+; 47,XY, 18+	Edwards syndrom	Trisomi på det 18. kromosom
47,XX, 13+; 47,XY, 13+	Patau syndrom	Trisomi på det 13. kromosom
46,XX, 5p-	grædende kat syndrom	Sletning af den korte arm af det 5. kromosom
46 XX eller XY, del 15q11-q13	Prader-Willi syndrom	Sletning i den lange arm af kromosom 15

Karyotype af nogle arter

De fleste arter af organismer har et karakteristisk og konstant sæt kromosomer. Antallet af diploide kromosomer varierer fra organisme til organisme:

Antallet af kromosomer i karyotypen af ​​nogle primater [17]

organisme	latinsk navn	Antal kromosomer	Noter
Lemur grå	Hapalemur griseus	54-58	Madagaskar. lemurer
almindelige lemurer	Lemur	44-60	Madagaskar. 44, 46, 48, 52, 56, 58, 60
Lemur stor rotte	Cheirogaleus major	66	Madagaskar. Dværg lemurer
muse lemurer	Mycrocebus	66	Madagaskar
Lori tynd	Loris	62	Sydindien, Ceylon. Loriaceae
lori tyk	Nycticebus	halvtreds	Y. Asien. Loriaceae
Western tarsier	Tarsius bancanus	80	Sumatra, Kalimantan. Tarsiers
Capuchin almindelig Capuchin-faun	Cebus capucinus Cebus apella	54	Sydamerika. kapuciner
Almindelig silkeabe Gulbenet silkeabe	Callithrix jacchus Callithrix flaviceps	46	Brasilien. almindelige silkeaber
makakaber	Macaca	42	Asien, S. Afrika
Bavian sort	Cynopithecus niger	42	øen Sulawesi. makakaber
Aber	Cercopithecus	54-72	Afrika. 54, 58, 60, 62, 66, 68, 70, 72
orangutanger	pongo	48	Sumatra, Kalimantan
Chimpanse	Pande	48	Afrika
Gorillaer	Gorilla	48	Afrika
Siamangs	Symfalangus	halvtreds	S. Asien
Gibbon	Hylobater	44	S. Asien
Human	Homo sapiens	46	Allestedsnærværende over hele landet

Antallet af kromosomer i karyotypen af ​​nogle husdyr og kommercielle planter

organisme	latinsk navn	Antal kromosomer		Noter
Hund	Canis lupus familiaris	78	[atten]	76 autosomer, 2 kønskromosomer [19] [20]
Kat	Felis catus	38
Ko	Bos primigenius	60
Tamged	Capra aegagrus hircus	60
Får	Ovis vædder	54
Et æsel	Equus asinus	62
Hest	Equus ferus caballus	64
Muldyr	Mulus	63		En hybrid af et æsel og en hoppe. Steril.
Svin	Suidae	38
kaniner	Leporidae	44
Kylling	Gallus gallus domesticus	78
Kalkuner	Meleagris	82
Majs	Zea mays	tyve	[21]
havre	Avena sativa	42	[21]	Dette er en hexaploid med 2n=6x=42. Diploider og tetraploider dyrkes også [21] .
blød hvede	Triticum aestivum	42	[21]	Denne art er hexaploid med 2n=6x=42. Hård hvede Triticum turgidum var. durum er en tetraploid 2n=4x=28 [21] .
Rug	Secale korn	fjorten	[21]
Såning af ris	Oryza sativa	24	[21]
almindelig byg	Hordeum vulgare	fjorten	[21]
En ananas	Ananas comosus	halvtreds	[21]
Alfalfa	Medicago sativa	32	[21]	Kultiveret lucerne er tetraploid med 2n=4x=32, vilde former har 2n=16 [21] .
bælgplanter	Phaseolus sp.	22	[21]	Alle arter af denne slægt har det samme antal kromosomer, inklusive P. vulgaris, P. coccineus, P. acutifolis og P. lunatus [21] .
Ærter	Pisum sativum	fjorten	[21]
Kartoffel	Solanum tuberosum	48	[21]	Det er en tetraploid; vilde former har oftere 2n=24 [21] .
Tobak	Nicotiana tabacum	48	[21]	Den dyrkede art er tetraploid [21] .
Radise	Raphanus sativus	atten	[21]
havekål	Brassica oleracea	atten	[21]	Broccoli , kål, kålrabi , rosenkål og blomkål er alle af samme art og har samme antal kromosomer [21] .
Bomuld	Gossypium hirsutum	52	[21]	2n=4x; Dyrket bomuld opstod som et resultat af allotetraploidisering.

Antallet af kromosomer i karyotypen af ​​nogle modelorganismer

organisme	latinsk navn	Antal kromosomer		Noter
husmus	Mus muskel	40
Rotter	Rattus	42
Gær	Saccharomyces cerevisiae	32
Drosophila flue	Drosophila melanogaster	otte	[22]	6 autosomer, 2 køn
Nematode	Caenorhabditis elegans	11, 12	[23]	5 par autosomer og et par køns X-kromosomer i hermaphorodites, 5 par autosomer og et X-kromosom hos mænd
Rezukhovidka Talya	Arabidopsis thaliana	ti

Karyotype af den almindelige spidsmus

Karyotypen af ​​den almindelige spidsmus spænder fra 20 til 33 kromosomer, afhængigt af den specifikke population [24] .

Noter

1. ↑ Begrebet karyotype og idiogram. Denver og Paris klassifikation af kromosomer . Hentet 29. februar 2020. Arkiveret fra originalen 29. februar 2020. (ubestemt)
2. ↑ Delone L. V. Komparativ karyologisk undersøgelse af Muscari Mill-arter. og Bellevalia Lapeyr // Bulletin of the Tiflis Botanical Garden. - 1922. - V. 2 , nr. 1 . - S. 1-32 .
3. ↑ Battaglia E. Nukleosom og nukleotype: en terminologisk kritik   // Caryologia . - 1994. - Bd. 47 , nr. 3-4 . - S. 193-197 .
4. ↑ Delaunay N. L. Kapitel IV. Pioner inden for radioselektion Professor Lev Nikolayevich Delaunay // Fanget af tiden: Noter fra en genetiker. - M. : Ros. humanist. o-vo, 2010. - 224 s. - ISBN 5-87387-003-9 .
5. ↑ Rodionov A. V. Grigory Andreevich Levitsky og dannelsen af ​​evolutionær cytogenetik i Sovjetrusland // Proceedings of the Symposium "Chromosomes and Evolution". Symposium til minde om G. A. Levitsky (1878-1942). Sankt Petersborg. - 2008. - S. 5-11 .
6. ↑ Levitsky G. A. Materielle grundlag for arv. - Kiev: GIZ i Ukraine, 1924.
7. ↑ Karyotype // Great Soviet Encyclopedia  : [i 30 bind]  / kap. udg. A. M. Prokhorov . - 3. udg. - M .  : Sovjetisk encyklopædi, 1969-1978.
8. ↑ Caspersson T. et al. Kemisk differentiering langs metafase-kromosomer. Exp. Cell Res. 49, 219-222 (1968).
9. ↑ R. Fok . Genetik af endokrine sygdomme//Endokrinologi (under redaktion af Norman Lavin) M., "Practice", 1999
10. ↑ E. Schröck, S. du Manoir et al. . Flerfarvet spektral karyotyping af menneskelige kromosomer. Science, 26. juli 1996; 273 (5274):494 (i rapporter)
11. ↑ ISCN (1995): An International System for Human Cytogenetic Nomenclature, Mitelman, F (red); S. Karger, Basel, 1995
12. ↑ ISCN-symboler og forkortede termer//Coriell Institute for Medical Research Arkiveret 15. juli 2006 på Wayback Machine
13. ↑ Ressourcer til genetisk og cytogenetisk nomenklatur//Videnskabelige redaktører Arkiveret 2007-06-13 .
14. ↑ Jørgensen, Sally Helme; Michael Klein. Abort (neopr.)  // Canadisk familielæge  . - 1988. - September ( bind 34 ). - S. 2053-2059 . — ISSN 0008-350X .
15. ↑ International klassifikation af sygdomme . Medfødte anomalier [misdannelser], deformiteter og kromosomafvigelser (Q00-Q99), kromosomale anomalier, ikke andetsteds klassificeret (Q90-Q99)
16. ↑ Kromosomsygdomme//NEWRONET . Hentet 12. juli 2006. Arkiveret fra originalen 12. november 2005. (ubestemt)
17. ↑ Sokolov V.E. Systematik af pattedyr. - M . : Højere. skole, 1973. - S. 432.
18. ↑ Lindblad-Toh K., Wade CM, Mikkelsen TS, et al. Genomsekvens, komparativ analyse og haplotypestruktur af tamhunden  (engelsk)  // Nature : journal. - 2005. - December ( bind 438 , nr. 7069 ). - S. 803-819 . - doi : 10.1038/nature04338 . — PMID 16341006 .
19. ↑ NCBI Dog Genome Ressourcer . Hentet 2. oktober 2017. Arkiveret fra originalen 15. november 2019. (ubestemt)
20. ↑ G.P. Redei. Genetikmanual : aktuel teori, begreber, termer  . - World Scientific , 1998. - S. 1142. - ISBN 9810227809 , 9789810227807.
21. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Simmonds, NW (red.). Udvikling af afgrødeplanter  (neopr.) . — New York: Longman , 1976. — ISBN 0-582-44496-9 .
22. ↑ Drosophila Genome Project . Nationalt Center for Bioteknologisk Information . Hentet 14. april 2009. Arkiveret fra originalen 9. april 2010. (ubestemt)
23. ↑ Hodgkin, J., Karyotype, ploidi og gendosering (25. juni 2005), WormBook, red. C. elegans Research Community, WormBook, doi/10.1895/wormbook.1.3.1 . Hentet 25. juli 2016. Arkiveret fra originalen 18. juli 2016. (ubestemt)
24. ↑ Almindelig spidsmus: Kromosomalt portræt på baggrund af gletsjere . Hentet 11. august 2013. Arkiveret fra originalen 29. august 2013. (Russisk)

Links

• Barbara J. Trask , Human Cytogenetics: 46 Chromosomes, 46 Years and Counting. Naturanmeldelser, oktober 2002, bd. 3, s. 769-778 (fuld tekst af anmeldelsen på webstedet for forfatterens laboratorium på Fred Hutchinson Cancer Research Center)

Ordbøger og encyklopædier	Flot dansk Fantastisk catalansk Fantastisk catalansk

Kromosomer
Hoved	Karyotype Ploidi Meiose Mitose homologe kromosomer Synapsis Kromosomale territorier
Klassifikation	Autosome Gonosome mikrokromosom Polytene kromosomer Lampebørstes kromosomer
Struktur	Kromatider Cohesin søsterkromatider synaptonemalt kompleks Chiasma Telomerer Telomerase Centromere Kinetochore Chromatin Eukromatin Heterochromatin Nukleosom Histoner : H1 H2A H2B H3 H4
Omstrukturering og krænkelser	Translokation duplikering sletning Inversion søsterkromatidudveksling Aneuploidi Polyploidi Amfidiploider
Kromosomal kønsbestemmelse	Heterogametisk sex homogametisk sex XY system X-kromosom Y kromosom SRY ZW system Pseudoautosomal region
Metoder	Cytogenetik Kortlægning FISK Ana-telofasisk metode metafase metode

menneskelige kromosomer
autosomer	en 2 3 fire 5 6 7 otte 9 ti elleve 12 13 fjorten femten 16 17 atten 19 tyve 21 22
gonosomer	x Y Pseudoautosomal region