Кариотип

Кариоти́п— совокупность признаков (число, размеры, форма и т. д.) полного наборахромосом, присущая клеткам данногобиологического вида(видовой кариотип), данного организма (индивидуальный кариотип) или линии (клона) клеток. Графическое изображение кариотипа, то есть набора хромосом при расположении их по группам в зависимости от формы и величины, называют —идиограмма(кариограмма). Не путать сидеограммой.
Л. Н. Делонепредложил термин «кариотип» в своей работе «Сравнительно-кариологическое исследование видовMuscariMill.иBellevaliaLapeyr», статья была опубликована в 1922 году в «Вестнике Тифлисского ботанического сада». Л. Н. Делоне определил кариотип как совокупность хромосом в наборе, определяемая их числом, величиной и формой. Л. Н. Делоне предположил, что все виды рода имеют одинаковый набор хромосом («кариотип»), разные роды, по мнению Делоне, обязательно различаются кариотипически.Г. А. Левитскийна основании собственных исследований показал, что это не соответствует действительности, и в своей книге «Материальные основы наследственности» развил и уточнил термин «кариотип». В разработке термина участвовали такжеСирил Дин Дарлингтони Майкл Дж. Д. Уайт.
Внешний вид хромосом существенно меняется в течениеклеточного цикла: в течениеинтерфазыхромосомы локализованы вядре, как правило, деспирализованы и труднодоступны для наблюдения, поэтому для определения кариотипа используются клетки в одной из стадий их деления —метафазе митоза.
Для процедуры определения кариотипа могут быть использованы любые популяции делящихся клеток. Для определениячеловеческогокариотипа используют, как правило,лимфоцитыпериферической крови, переход которых от стадии покоя G0 кпролиферациипровоцируют добавлением митогенафитогемагглютинина. Для определения кариотипа могут быть использованы также клеткикостного мозгаили первичная культурафибробластовкожи. Для увеличения числа клеток на стадииметафазык культуре клеток незадолго перед фиксацией добавляютколхицинилинокодазол, которые блокируют образованиемикротрубочек, тем самым препятствуя расхождениюхроматидк полюсам деления клетки и завершению митоза.
После фиксации препараты метафазных хромосом окрашивают и фотографируют; из микрофотографий формируют так называемыйсистематизированный кариотип— нумерованный набор пар гомологичных хромосом, изображения хромосом при этом ориентируются вертикально короткими плечами вверх, их нумерация производится в порядке убывания размеров, пара половых хромосом помещается в конец набора (см. Рис. 1).
Исторически первые недетализованные кариотипы, позволявшие проводить классификацию по морфологии хромосом, получалиокраской по Романовскому — Гимзе, однако дальнейшая детализация структуры хромосом в кариотипах стала возможной с появлением методик дифференциального окрашивания хромосом. Наиболее часто используемой методикой вмедицинской генетикеявляется метод G-дифференциального окрашивания хромосом.
Для получения классического кариотипа используется окраска хромосом различными красителями или их смесями: в силу различий в связывании красителя с различными участками хромосом окрашивание происходит неравномерно и образуется характерная полосчатая структура (комплекс поперечных меток,англ.banding), отражающая линейную неоднородность хромосомы и специфичная для гомологичных пар хромосом и их участков (за исключением полиморфных районов, локализуются различныеаллельныевариантыгенов). Первый метод окраски хромосом, позволяющий получить такие высокодетализированные изображения, был разработан шведским цитологом Касперссоном (Q-окрашивание)Используются и другие красители, такие методики получили общее название дифференциального окрашивания хромосом:
В последнее время используется методика так называемогоспектрального кариотипирования(флюоресцентная гибридизацияin situ,англ.Fluorescencein situhybridization, FISH), состоящая в окрашивании хромосом наборомфлуоресцентныхкрасителей, связывающихся со специфическими областями хромосом. В результате такого окрашивания гомологичные пары хромосом приобретают идентичныеспектральныехарактеристики, что не только существенно облегчает выявление таких пар, но и облегчает обнаружение межхромосомныхтранслокаций, то есть перемещений участков между хромосомами — транслоцированные участки имеют спектр, отличающийся от спектра остальной хромосомы.
Сравнение комплексов поперечных меток в классической кариотипии или участков со специфичными спектральными характеристиками позволяет идентифицировать как гомологичные хромосомы, так и отдельные их участки, что позволяет детально определятьхромосомные аберрации— внутри- и межхромосомные перестройки, сопровождающиеся нарушением порядка фрагментов хромосом (делеции,дупликации,инверсии,транслокации). Такой анализ имеет большое значение в медицинской практике, позволяя диагностировать ряд хромосомных заболеваний, вызванных как грубыми нарушениями кариотипов (нарушение числа хромосом), так и нарушением хромосомной структуры или множественностью клеточных кариотипов в организме (мозаицизмом).
Для систематизации цитогенетических описаний была разработана Международная цитогенетическая номенклатура (International System for Cytogenetic Nomenclature, ISCN), основанная на дифференциальном окрашивании хромосом и позволяющая подробно описывать отдельные хромосомы и их участки. Запись имеет следующий формат:
длинное плечо хромосомы обозначают буквойq, короткое — буквойp, хромосомные аберрации обозначаются дополнительными символами.
Таким образом, 2-я полоса 15-го участка короткого плеча 5-й хромосомы записывается как5p15.2.
Для кариотипа используется запись в системе ISCN 1995, имеющая следующий формат:
Для обозначенияполовых хромосому различных видов используются различные символы (буквы), зависящие от специфики определения пола таксона (различные системы половых хромосом). Так, у большинствамлекопитающихженский кариотип гомогаметен, а мужской гетерогаметен, соответственно, запись половых хромосом самкиXX, самца —XY. У птиц же самки гетерогаметны, а самцы гомогаметны, то есть запись половых хромосом самкиZW, самца —ZZ.
В качестве примера можно привести следующие кариотипы:
Поскольку нормальные кариотипы являются видоспецифичными, то разрабатываются и поддерживаются стандартные описания кариотипов различных видов животных и растений, в первую очередь домашних и лабораторных животных и растений.
Нормальные кариотипы человека — 46,XX (женский) и 46,XY (мужской). Нарушения нормального кариотипа у человека возникают на ранних стадиях развития организма: в случае, если такое нарушение возникает пригаметогенезе, в котором продуцируются половые клетки родителей, кариотипзиготы, образовавшейся при их слиянии, также оказывается нарушенным. При дальнейшем делении такой зиготы все клеткиэмбрионаи развившегося из него организма обладают одинаковым аномальным кариотипом.
Как правило, нарушения кариотипа учеловекасопровождаются множественными пороками развития; большинство таких аномалий несовместимо с жизнью и приводит ксамопроизвольным абортамна ранних стадиях беременности. Доля выкидышей вследствие нарушений кариотипа в течение первого триместрабеременностисоставляет 50-60 %. 50-60 % от этих нарушений — различные трисомии, 20-25 % — полиплоидия и 15-25 % — моносомия по X- хромосоме, однако достаточно большое число плодов (~ 0,5 %) с аномальными кариотипами донашивается до окончания беременности.
Нарушения кариотипа могут также возникнуть и на ранних стадиях дробления зиготы, развившийся из такой зиготы организм содержит несколько линий клеток (клеточных клонов) с различными кариотипами, такая множественность кариотипов всего организма или отдельных его органов именуетсямозаицизмом.
Большинство видов организмов обладает характерным и постоянным набором хромосом. Количество диплоидных хромосом разнится от организма к организму:
Кариотип бурозубки обыкновенной составляет от 20 до 33 хромосом в зависимости от конкретной популяции.