KARYOTYPE: WAAR IS HET VOOR, TYPEN, HOE WORDT HET GEDAAN, WIJZIGINGEN - BIOLOGIE - 2026

Het karyotype is een foto van de complete set metafasechromosomen waarin aspecten van hun aantal en structuur worden beschreven. De tak van medische en biologische wetenschappen die zich bezighoudt met de studie van chromosomen en aanverwante ziekten staat bekend als cytogenetica.

Chromosomen zijn de structuren waarin de genen in deoxyribonucleïnezuur (DNA) -moleculen zijn georganiseerd. In eukaryoten zijn ze samengesteld uit chromatine, een complex van histoneiwitten en DNA dat is verpakt in de kern van alle cellen.

Menselijk karyotype verkregen met fluorescerende kleurstoffen (Bron: Plociam ~ commonswiki via Wikimedia Commons

De cellen van elk levend wezen op aarde hebben een bepaald aantal chromosomen. Bacteriën hebben bijvoorbeeld maar één cirkel, terwijl mensen er 46 hebben georganiseerd in 23 paren; en sommige vogelsoorten hebben tot 80 chromosomen.

In tegenstelling tot mensen hebben plantencellen over het algemeen meer dan twee homologe (identieke) sets chromosomen. Dit fenomeen staat bekend als polyploïdie.

Alle instructies die nodig zijn voor de groei en ontwikkeling van levende wezens, eencellig of meercellig, zijn vervat in de DNA-moleculen die op de chromosomen zijn gewikkeld. Daarom is het belangrijk om de structuur en kenmerken van een soort of een van zijn individuen te kennen.

De term karyotype werd in de jaren twintig voor het eerst gebruikt door Delaunay en Levitsky om de som van de karakteristieke fysische eigenschappen van chromosomen aan te duiden: hun aantal, grootte en structurele eigenaardigheden.

Sindsdien wordt het voor hetzelfde doel gebruikt in de context van de moderne wetenschap; en de studie ervan begeleidt vele processen van de klinische diagnose van verschillende ziekten bij de mens.

Menselijk karyotype

Het menselijke karyotype staat bekend als de set van 46 chromosomen (23 paar) die het menselijk genoom vormen en die grafisch zijn gerangschikt volgens kenmerken zoals grootte en bandpatroon, wat duidelijk is dankzij het gebruik van speciale kleurtechnieken.

Schematische weergave van het menselijke karyotype (Bron: Mikael Häggström via Wikimedia Commons)

Van de 23 paar chromosomen zijn er slechts 1 tot en met 22 in volgorde van grootte gerangschikt. In somatische cellen, dat wil zeggen in niet-seksuele cellen, worden deze 22 paren aangetroffen en, afhankelijk van het geslacht van het individu, of het nu mannelijk of vrouwelijk is, wordt een paar X-chromosomen (vrouwen) of het XY-paar (mannen) toegevoegd. .

De paren 1 tot en met 22 worden autosomale chromosomen genoemd en zijn hetzelfde bij beide geslachten (mannelijk en vrouwelijk), terwijl de geslachtschromosomen, X en Y, van elkaar verschillen.

Waar is het karyotype voor?

Het belangrijkste nut van een karyotype is de gedetailleerde kennis van de chromosomale belasting van een soort en de kenmerken van elk van zijn chromosomen.

Hoewel sommige soorten polymorf en polyploïd zijn in relatie tot hun chromosomen, dat wil zeggen dat ze gedurende hun levenscyclus verschillende vormen en aantallen hebben, stelt kennis van het karyotype ons meestal in staat om veel belangrijke informatie over hen af ​​te leiden.

Dankzij het karyotype kunnen chromosomale veranderingen op "grote schaal" met grote stukken DNA worden vastgesteld. Bij mensen zijn veel verstandelijk gehandicapte ziekten of aandoeningen en andere lichamelijke defecten gerelateerd aan ernstige chromosomale afwijkingen.

Soorten karyotypen

Karyotypen worden beschreven volgens de notatie die wordt onderschreven door het International System of Human Cytogenetic Nomenclature (ISCN).

In dit systeem heeft het nummer dat aan elk chromosoom wordt toegewezen, te maken met de grootte, en ze zijn meestal gerangschikt van groot naar klein. Chromosomen worden in karyotypen gepresenteerd als paren zusterchromatiden met de kleine arm (p) naar boven gericht.

De soorten karyotypen worden onderscheiden door de technieken die worden gebruikt om ze te verkrijgen. Gewoonlijk zit het verschil in de soorten kleuring of "labeling" die worden gebruikt om het ene chromosoom van het andere te onderscheiden.

Hier is een korte samenvatting van enkele van de tot nu toe bekende technieken:

Solide kleuring

Hierin worden kleurstoffen zoals Giemsa en orceïne gebruikt om de chromosomen gelijkmatig te kleuren. Het werd op grote schaal gebruikt tot het begin van de jaren zeventig, omdat dit de enige bekende kleurstoffen voor die tijd waren.

G-band of Giemsa-vlek

Het is de meest gebruikte techniek in de klassieke cytogenetica. Chromosomen zijn eerder verteerd met trypsine en vervolgens gekleurd. Het patroon van banden dat na kleuring wordt verkregen, is specifiek voor elk chromosoom en maakt gedetailleerde studies van de structuur ervan mogelijk.

Er zijn alternatieve methoden voor Giemsa-kleuring, maar ze geven zeer vergelijkbare resultaten, zoals Q-banding en omgekeerde R-banding (waarbij de waargenomen donkere banden de lichte banden zijn die worden verkregen met G-banding).

Constitutieve C-band

Het kleurt specifiek heterochromatine, vooral dat in de centromeren. Het kleurt ook wat materiaal in de korte armen van de acrocentrische chromosomen en het distale gebied van de lange arm van het Y-chromosoom.

Replicatiebanden

Het wordt gebruikt om het inactieve X-chromosoom te identificeren en omvat de toevoeging van een nucleotide-analoog (BrdU).

Zilver vlek

Het is historisch gebruikt om nucleolaire organisatiegebieden te identificeren die veel kopieën van ribosomaal RNA bevatten en die worden aangetroffen in de centromere gebieden.

Distamycin A / DAPI-kleuring

Het is een fluorescerende kleurtechniek die heterochromatine onderscheidt van chromosomen 1, 9, 15, 16 en van het Y-chromosoom bij mensen. Het wordt vooral gebruikt om de omgekeerde duplicatie van chromosoom 15 te onderscheiden.

Fluorescerende in situ hybridisatie (FISH)

Erkend als de grootste cytogenetische vooruitgang na de jaren negentig, is het een krachtige techniek waarmee submicroscopische deleties kunnen worden onderscheiden. Het maakt gebruik van fluorescerende sondes die specifiek binden aan chromosomale DNA-moleculen, en er zijn meerdere varianten van de techniek.

Vergelijkende genomische hybridisatie (CGH)

Het gebruikt ook fluorescerende sondes om DNA differentieel te labelen, maar maakt gebruik van bekende vergelijkingsstandaarden.

Andere technieken

Andere modernere technieken hebben niet direct betrekking op de analyse van de chromosomale structuur, maar eerder op de directe studie van de DNA-sequentie. Deze omvatten microarrays, sequencing en andere technieken op basis van PCR-amplificatie (polymerasekettingreactie).

Hoe wordt een karyotype uitgevoerd?

Er zijn verschillende technieken om de studie van chromosomen of karyotype uit te voeren. Sommige zijn geavanceerder dan andere, omdat ze de detectie van kleine onmerkbare wijzigingen mogelijk maken door de meest gebruikte methoden.

Cytogenetische analyses om het karyotype te verkrijgen worden gewoonlijk uitgevoerd op basis van cellen die aanwezig zijn in het mondslijmvlies of in het bloed (met behulp van lymfocyten). Bij onderzoeken bij pasgeborenen worden monsters genomen uit het vruchtwater (invasieve technieken) of uit foetale bloedcellen (niet-invasieve technieken).

De redenen waarom een ​​karyotype wordt uitgevoerd, zijn divers, maar vaak worden ze gedaan met het oog op het diagnosticeren van ziekten, vruchtbaarheidsstudies of om de oorzaken van terugkerende miskramen of foetale sterfgevallen en kankers te achterhalen, naast andere redenen.

De stappen om een ​​karyotype-test uit te voeren zijn als volgt:

1-Verkrijgen van het monster (ongeacht de bron).

2-Scheiding van cellen, een uiterst belangrijke stap, vooral bij bloedmonsters. In veel gevallen is het nodig om delende cellen te scheiden van delende cellen met behulp van speciale chemische reagentia.

3-celgroei. Soms is het nodig om de cellen in een geschikt kweekmedium te laten groeien om een ​​grotere hoeveelheid te verkrijgen. Afhankelijk van het type monster kan dit meer dan een paar dagen duren.

4-synchronisatie van cellen. Om de gecondenseerde chromosomen in alle gekweekte cellen tegelijkertijd te kunnen observeren, is het nodig om ze te 'synchroniseren' door middel van chemische behandelingen die de celdeling stoppen wanneer de chromosomen compacter en dus zichtbaar zijn.

5-Het verkrijgen van chromosomen uit cellen. Om ze onder de microscoop te zien, moeten de chromosomen uit de cellen worden "getrokken". Dit wordt meestal bereikt door deze te behandelen met oplossingen die ervoor zorgen dat ze barsten en uiteenvallen, waardoor de chromosomen vrijkomen.

6-kleuring. Zoals eerder benadrukt, moeten chromosomen worden gekleurd met een van de vele beschikbare technieken om ze onder de microscoop te kunnen observeren en de bijbehorende studie uit te voeren.

7-analyse en tellen. Chromosomen worden in detail geobserveerd om hun identiteit te bepalen (in het geval dat ze dit van tevoren weten), hun morfologische kenmerken zoals grootte, positie van de centromeer en bandpatroon, het aantal chromosomen in het monster, enz.

8-classificatie. Een van de moeilijkste taken voor cytogenetici is de classificatie van chromosomen door hun kenmerken te vergelijken, aangezien het noodzakelijk is om te bepalen welk chromosoom dat is. Dit komt omdat aangezien er meer dan één cel in het monster zit, er meer dan één paar van hetzelfde chromosoom zal zijn.

Chromosomale afwijkingen

Alvorens de verschillende chromosomale veranderingen die kunnen bestaan ​​en hun gevolgen voor de menselijke gezondheid te beschrijven, is het noodzakelijk om vertrouwd te raken met de algemene morfologie van chromosomen.

Chromosoom morfologie

Chromosomen zijn structuren die lineair lijken en twee ‘armen’ hebben, een kleine (p) en een grotere (q), die van elkaar zijn gescheiden door een gebied dat bekend staat als de centromeer, een gespecialiseerde DNA-plaats die deelneemt aan de verankering van de spil. mitotisch tijdens mitotische celdeling.

De centromeer kan zich in het midden van de twee armen p en q bevinden, ver van het midden of dichtbij een van hun uiteinden (metacentrisch, submetacentrisch of acrocentrisch).

Aan de uiteinden van de korte en lange armen hebben de chromosomen "kappen" die bekend staan ​​als telomeren. Dit zijn bepaalde DNA-sequenties die rijk zijn aan TTAGGG-herhalingen en die verantwoordelijk zijn voor het beschermen van DNA en het voorkomen van fusie tussen chromosomen.

Aan het begin van de celcyclus worden chromosomen gezien als individuele chromatiden, maar terwijl de cel repliceert, vormen zich twee zusterchromatiden die hetzelfde genetische materiaal delen. Het zijn deze chromosomale paren die worden gezien op de karyotype-foto's.

Chromosomen hebben verschillende graden van "pakking" of "condensatie": heterochromatine is de meest gecondenseerde vorm en is transcriptioneel inactief, terwijl euchromatine overeenkomt met de meest lakse gebieden en transcriptioneel actief is.

In een karyotype onderscheidt elk chromosoom zich, zoals hierboven aangegeven, door zijn grootte, de positie van zijn centromeer en het bandpatroon wanneer het met verschillende technieken wordt gekleurd.

Chromosomale afwijkingen

Vanuit pathologisch oogpunt kunnen specifieke chromosomale veranderingen worden gespecificeerd die regelmatig worden waargenomen bij menselijke populaties, hoewel andere dieren, planten en insecten hiervan niet zijn vrijgesteld.

Afwijkingen hebben vaak te maken met deleties en duplicaties van regio's van een chromosoom of hele chromosomen.

Deze defecten staan ​​bekend als aneuploïdie, dit zijn chromosomale veranderingen die het verlies of de winst van een compleet chromosoom of delen ervan met zich meebrengen. De verliezen staan ​​bekend als monosomieën en de winsten staan ​​bekend als trisomieën, en veel hiervan zijn dodelijk voor zich ontwikkelende foetussen.

Er kunnen ook gevallen zijn van chromosomale inversies, waarbij de volgorde van de gensequentie verandert als gevolg van gelijktijdige breuken en foutieve reparaties van een deel van het chromosoom.

Translocaties zijn ook chromosomale veranderingen die veranderingen in grote delen van chromosomen met zich meebrengen die worden uitgewisseld tussen niet-homologe chromosomen en al dan niet wederkerig zijn.

Er zijn ook veranderingen die verband houden met directe schade aan de sequentie van genen in chromosomaal DNA; en er zijn er zelfs enkele die verband houden met de effecten van genomische 'kenmerken' die materiaal dat van een van de twee ouders is geërfd, met zich mee kan brengen.

Ziekten bij de mens gedetecteerd met karyotypen

Cytogenetische analyse van chromosomale veranderingen voor en na de geboorte is essentieel voor de uitgebreide klinische zorg van zuigelingen, ongeacht de techniek die voor dit doel wordt gebruikt.

Downsyndroom is een van de meest algemeen ontdekte pathologieën uit de karyotype-studie, en het heeft te maken met de non-disjunctie van chromosoom 21, daarom is het ook bekend als trisomie 21.

Karyotype van een mens met trisomie op chromosoom 21 (Bron: US Department of Energy Human Genome Program. Via Wikimedia Commons)

Sommige soorten kanker worden opgespoord door het karyotype te bestuderen, aangezien ze verband houden met chromosomale veranderingen, met name de deletie of duplicatie van genen die direct betrokken zijn bij oncogene processen.

Bepaalde soorten autisme worden gediagnosticeerd op basis van karyotype-analyse en het is aangetoond dat duplicatie van chromosoom 15 betrokken is bij sommige van deze aandoeningen bij mensen.

Naast andere pathologieën die verband houden met deleties in chromosoom 15, is het Prader-Willi-syndroom, dat symptomen veroorzaakt zoals een gebrek aan spierspanning en ademhalingsstoornissen bij zuigelingen.

Het "huilende kat" -syndroom (van het Franse cri-du-chat) impliceert het verlies van de korte arm van chromosoom 5 en een van de meest directe methoden voor de diagnose ervan is via de cytogenetische studie van het karyotype.

De translocatie van delen tussen chromosomen 9 en 11 kenmerkt patiënten met een bipolaire stoornis, specifiek gerelateerd aan de verstoring van een gen op chromosoom 11. Andere afwijkingen op dit chromosoom zijn ook waargenomen bij verschillende geboorteafwijkingen.

Volgens een studie uitgevoerd door Weh et al.In 1993 heeft meer dan 30% van de patiënten met multipel myeloom en plasmacelleukemie karyotypen met chromosomen waarvan de structuren afwijkend of abnormaal zijn, vooral op chromosomen 1, 11 en 14 .

Referenties

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Essentiële celbiologie. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Battaglia, E. (1994). Nucleosoom en nucleotype: een terminologische kritiek. Caryologia, 47 (3-4), 37-41.
3. Elsheikh, M., Wass, JAH en Conway, G. (2001). Auto-immuun schildklier syndroom bij vrouwen met het syndroom van Turner - de associatie met karyotype. Clinical Endocrinology, 223-226.
4. Fergus, K. (2018). VeryWell Gezondheid. Opgehaald van www.verywellhealth.com/how-to-how-is-a-karyotype-test-done-1120402
5. Gardner, R., en Amor, D. (2018). Gardner en Sutherland's chromosoomafwijkingen en genetische counseling (5e ed.). New York: Oxford University Press.
6. Griffiths, A., Wessler, S., Lewontin, R., Gelbart, W., Suzuki, D., & Miller, J. (2005). Een inleiding tot genetische analyse (8e ed.). Freeman, WH & Company.
7. Rodden, T. (2010). Genetics For Dummies (2e ed.). Indianapolis: Wiley Publishing, Inc.
8. Schrock, E., Manoir, S., Veldman, T., Schoell, B., Wienberg, J., Ning, Y., … Ried, T. (1996). Multicolor spectrale karyotypering van menselijke chromosomen. Science, 273, 494-498.
9. Wang, T., Maierhofer, C., Speicher, MR, Lengauer, C., Vogelstein, B., Kinzler, KW en Velculescu, VE (2002). Digitale karyotypering. PNAS, 99 (25), 16156-16161.