קריוטיפ: לשם מה, סוגים, איך עושים זאת, שינויים - ביולוגיה - 2025

קריוטיפ הוא תצלום של הסט השלם של כרומוזומים metaphase המפרט היבטים של המספר והמבנה שלהם. ענף המדעים הרפואיים והביולוגיים העוסק בחקר כרומוזומים ומחלות קשורות מכונה ציטוגנטיקה.

הכרומוזומים הם המבנים בהם מאורגנים הגנים המצויים במולקולות חומצת deoxyribonucleic (DNA). באיקריוטים הם מורכבים מכרומטין, קומפלקס של חלבוני היסטון ו- DNA הנארוז בתוך גרעין כל התאים.

קריוטיפ אנושי המתקבל בצבעים פלורסנטיים (מקור: Plociam ~ commonswiki דרך Wikimedia Commons

לתאים של כל דבר חי על כדור הארץ יש מספר מסוים של כרומוזומים. לחיידקים, למשל, יש מעגל אחד בלבד, ואילו לבני אדם 46 מסודרים ב- 23 זוגות; וכמה מינים של ציפורים יש עד 80 כרומוזומים.

בניגוד לבני אדם, בתאי צמחים יש בדרך כלל יותר משתי קבוצות כרומוזומים הומולוגיים (זהים). תופעה זו ידועה בשם פוליפלואידי.

כל ההוראות הנחוצות לצמיחתם והתפתחותם של יצורים חיים, חד-תאיים או רב-תאיים, כלולים במולקולות ה- DNA המפותלות על הכרומוזומים. מכאן החשיבות של הכרת מבנה ותכונותיו במין או באחד מיחסיו.

המונח קריוטיפ שימש לראשונה בשנות העשרים של המאה העשרים על ידי דלנאיי ולויצקי כדי לייעד את סכום המאפיינים הפיזיים האופייניים לכרומוזומים: מספרם, גודלם ומוזרויותיהם המבניות.

מאז הוא משמש לאותה מטרה בהקשר של המדע המודרני; והמחקר שלו מלווה תהליכים רבים לאבחון קליני של מחלות שונות אצל האדם.

קריוטיפ אנושי

הקריוטיפ האנושי ידוע כסט 46 הכרומוזומים (23 זוגות) המרכיבים את הגנום האנושי ואשר מסודרים בצורה גרפית על פי מאפיינים כמו גודל ותבנית רצועה, וזה ניכר בזכות השימוש בטכניקות מכתים מיוחדות.

ייצוג סכמטי של הקריוטיפ האנושי (מקור: Mikael Hggggström באמצעות Wikimedia Commons)

מבין 23 זוגות הכרומוזומים, רק 1 עד 22 מסודרים לפי סדר הגודל. בתאים סומטיים, כלומר בתאים לא מיניים, 22 זוגות אלה נמצאים ובהתאם למין של הפרט, בין אם זכר או נקבה, נוסף זוג כרומוזומי X (נשים) או זוג XY (גברים). .

הזוגות 1 עד 22 נקראים כרומוזומים אוטוזומליים והם זהים בשני המינים (זכר ונקבה), ואילו כרומוזומי המין, X ו- Y, שונים זה מזה.

לשם מה הקריוטיפ מיועד?

התועלת העיקרית בקריוטיפ היא הידע המפורט בעומס הכרומוזומלי של מין ומאפייני כל אחד מכרומוזומיו.

למרות שמינים מסוימים הם פולימורפיים ופוליפלואידים ביחס לכרומוזומים שלהם, כלומר יש להם צורות ומספרים משתנים כאלה לאורך מחזור החיים שלהם, ידיעת הקריוטיפ בדרך כלל מאפשרת לנו להסיק הרבה מידע חשוב עליהם.

הודות לקריוטיפ, ניתן לאבחן שינויים כרומוזומלים ב"קנה מידה גדול "המערבים חתיכות DNA גדולות. אצל בני אדם, מחלות או מצבים נפגעי נפש רבים ומומים גופניים אחרים קשורים לחריגות כרומוזומליות קשות.

סוגי קריוטיפים

הקריוטיפים מתוארים על פי ההערה שאושרה על ידי המערכת הבינלאומית למונומיות ציטוגנטית אנושית (ISCN).

במערכת זו המספר שהוקצה לכל כרומוזום קשור לגודלו, והם בדרך כלל מסודרים מהגדול לקטן ביותר. הכרומוזומים מוצגים בקריוטיפים כזוגות של כרומטיות אחות שהזרוע הקטנה (p) פונה כלפי מעלה.

בין סוגי הקריוטיפים נבדלים הטכניקות המשמשות להשגתם. בדרך כלל ההבדל נעוץ בסוגים של מכתים או "תיוג" המשמשים להבדיל בין כרומוזום אחד למשנהו.

להלן סיכום קצר של כמה מהטכניקות הידועות עד כה:

מכתים מוצקים

בכך משתמשים בצבעים כמו ג'יימסה ואורצין כדי להכתים את הכרומוזומים באופן שווה. הוא היה בשימוש נרחב עד תחילת שנות השבעים, מכיוון שהם היו הצבעים הידועים היחידים באותה תקופה.

להקת G-band או Giemsa

זו הטכניקה הנפוצה ביותר בתחום הציטוגנטיקה הקלאסית. הכרומוזומים מתעכלים בעבר באמצעות טריפסין ואז מוכתמים. תבנית הלהקות המתקבלת לאחר מכתים ספציפית לכל כרומוזום ומאפשרת בדיקות מפורטות של מבנהו.

ישנן שיטות חלופיות להכתמת Giemsa, אך הן נותנות תוצאות דומות מאוד, כמו banding Q ו banding R הפוך (כאשר הלהקות הכהות שנצפו הן הלהקות הקלות המתקבלות עם banding G).

להקת C מכוננת

זה מכתים באופן ספציפי את ההתרוכרומטין, במיוחד זה שנמצא בסנטרומרים. זה גם מכתים מעט חומר בזרועות הקצרות של הכרומוזומים האקרוצנטריים ובאזור הדיסטלי של הזרוע הארוכה של הכרומוזום Y.

פסי שכפול

הוא משמש לזיהוי הכרומוזום X שאינו פעיל וכרוך בתוספת אנלוגי נוקליאוטידים (BrdU).

כתם כסף

הוא שימש באופן היסטורי לזיהוי אזורי ארגון גרעינים המכילים עותקים רבים של RNA ריבוזומלי ונמצאים באזורים המרכזיים.

Distamycin A / DAPI מכתים

זוהי טכניקת מכתים ניאון המבדילה את ההתרוכרומטין מכרומוזומים 1, 9, 15, 16 וכרומוזום Y בבני אדם. הוא משמש במיוחד כדי להבחין בכפילות הפוכה של כרומוזום 15.

הכלאה פלואורסצנטית במקום (FISH)

זוהי ההתקדמות הגדולה ביותר בציטוגנטית לאחר שנות התשעים, זוהי טכניקה רבת עוצמה שבאמצעותה ניתן להבחין במחיקות submicroscopic. היא מעסיקה בדיקות פלואורסצנטיות הנקשרות באופן ספציפי למולקולות DNA כרומוזומליות, וישנן גרסאות שונות של הטכניקה.

הכלאה גנומית השוואתית (CGH)

הוא משתמש גם בבדיקות ניאון כדי לתייג DNA באופן דיפרנציאלי, אך משתמש בתקני השוואה ידועים.

טכניקות אחרות

טכניקות מודרניות אחרות אינן כרוכות באופן ישיר בניתוח המבנה הכרומוזומלי, אלא במחקר ישיר של רצף ה- DNA. אלה כוללים מיקרו-מערכים, רצף וטכניקות אחרות המבוססות על הגברה של PCR (תגובת שרשרת פולימראז).

כיצד מתבצע קריוטיפ?

ישנן טכניקות שונות לביצוע חקר כרומוזומים או קריוטיפ. חלקם מתוחכמים יותר מאחרים, מכיוון שהם מאפשרים לאתר שינויים קטנים בלתי מורגשים בשיטות הנפוצות ביותר.

ניתוחים ציטוגנטיים להשגת הקריוטיפ מבוצעים לרוב מתאים שנמצאים ברירית הפה או בדם (בעזרת לימפוציטים). במקרה של מחקרים שנערכו בילודים, נלקחות דגימות מנוזל השפיר (טכניקות פולשניות) או מתאי דם עובריים (טכניקות לא פולשניות).

הסיבות לביצוע קריוטיפ הן מגוונות, אך פעמים רבות הן נעשות לצורך אבחון מחלות, מחקרי פוריות, או כדי לברר את הגורמים להפלות חוזרות ונשנות או למוות ועוברי סרטן, בין היתר.

השלבים לביצוע בדיקת קריוטיפ הם כדלקמן:

1 - השגת המדגם (לא משנה מה מקורו).

הפרדת תאים, צעד חשוב מאוד, במיוחד בדגימות דם. במקרים רבים יש צורך להפריד בין תאים המפרידים לבין תאי חלוקת באמצעות ריאגנטים כימיים מיוחדים.

גידול בן 3 תאים. לעיתים יש צורך לגדל את התאים במדיום תרבות מתאים בכמות גדולה יותר מהם. זה עשוי לארוך יותר מכמה ימים, תלוי בסוג הדגימה.

סנכרון 4 תאים. כדי לצפות בכרומוזומים המרוכזים בכל התאים המעובדים בו זמנית, יש צורך "לסנכרן" אותם באמצעות טיפולים כימיים המפסיקים את חלוקת התאים כאשר הכרומוזומים הם קומפקטיים יותר, ולכן נראים לעין.

5 - השגת כרומוזומים מהתאים. כדי לראות אותם מתחת למיקרוסקופ, יש לשלוף את הכרומוזומים מהתאים. זה בדרך כלל מושג על ידי טיפול באלו עם פתרונות הגורמים להם להתפרץ ולהתפורר, ומשחררים את הכרומוזומים.

6-מכתים. כפי שהודגש לעיל, הכרומוזומים חייבים להיות מוכתמים על ידי אחת מהרבה טכניקות זמינות על מנת להיות מסוגלים להתבונן בהן תחת המיקרוסקופ ולבצע את המחקר המתאים.

7-ניתוח וספירה. הכרומוזומים נצפים בפירוט כדי לקבוע את זהותם (במקרה של הכרתם מראש), המאפיינים המורפולוגיים שלהם כמו גודל, מיקום הצנטרום ודפוס הלהקה, מספר הכרומוזומים במדגם וכו '.

סיווג 8. אחת המשימות המפרכות ביותר של ציטוגנטיקאים היא זו של סיווג הכרומוזומים על ידי השוואת מאפייניהם, מכיוון שיש לקבוע איזה כרומוזום הוא מי. הסיבה לכך היא מכיוון שמדגם יש יותר מתא אחד, יהיו יותר מזוג אחד מאותו כרומוזום.

חריגות כרומוזומליות

לפני שמתאר את השינויים הכרומוזומליים השונים שעלולים להתקיים ואת השלכותיהם על בריאות האדם, יש להכיר את המורפולוגיה הכללית של הכרומוזומים.

מורפולוגיה כרומוזומית

הכרומוזומים הם מבנים שנראים ליניאריים ויש להם שתי "זרועות", אחת קטנה (p) ואחת גדולה יותר (q) המופרדות זו מזו על ידי אזור המכונה הצנטרומר, אתר מיוחד של DNA שמשתתף בעיגון ציר. מיטוטי במהלך חלוקת תאים מיטוטיים.

המרכז יכול להיות ממוקם במרכז שתי הזרועות p ו- q, הרחק מהמרכז או קרוב לאחד מקצותיו (מטצנטרי, תת-צנטרי או אקרוצנטרי).

בקצות הזרועות הקצרות והארוכות יש לכרומוזומים "כובעים" המכונים טלומרים, שהם רצפי DNA מסוימים העשירים בחזרות TTAGGG ואחראים על הגנת ה- DNA ומניעת איחוי בין הכרומוזומים.

בתחילת מחזור התאים, כרומוזומים רואים כרומטידים בודדים, אך ככל שהתא משוכפל נוצרים שתי כרומטות אחיות החולקות אותו חומר גנטי. הזוגות הכרומוזומליים הללו הם הנראים בתצלומי הקריוטיפ.

לכרומוזומים יש דרגות שונות של "אריזה" או "עיבוי": ההתרוכרומטין הוא הצורה המעובה ביותר והוא אינו פעיל לתמלול, בעוד שהאודרומטין תואם את האזורים הרפויים ביותר והוא פעיל לתמלול.

בקריוטיפ, כל כרומוזום נבדל, כפי שהודגש לעיל, בגודל שלו, במיקום הסנטרום שלו, ובדפוס הלהקה כשהוא מוכתם בטכניקות שונות.

חריגות כרומוזומליות

מנקודת המבט הפתולוגית ניתן לציין שינויים כרומוזומליים ספציפיים שנצפים באופן קבוע באוכלוסיות אנושיות, אם כי בעלי חיים, צמחים וחרקים אחרים אינם פטורים מהם.

חריגות בדרך כלל קשורות למחיקות ושכפולים של אזורים בכרומוזום או בכרומוזומים שלמים.

פגמים אלה ידועים כנאאואפלואידים, שהם שינויים כרומוזומליים הכרוכים באובדן או רווח של כרומוזום שלם או חלקים ממנו. ההפסדים מכונים מונוזומיות והרווחים מכונים טריזומיות, ורבים מהם הם קטלניים בעוברים מתפתחים.

יכולים להיות גם מקרים של היפוכים כרומוזומליים, בהם סדר רצף הגנים משתנה כתוצאה מהפסקות בו זמניות ותיקונים שגויים של איזור באזור הכרומוזום.

טרנסלוקציות הן גם שינוי כרומוזומלי הכרוך בשינויים בחלקים גדולים של כרומוזומים המוחלפים בין כרומוזומים לא הומולוגיים ועשויים להיות הדדיים או לא.

יש גם שינויים שקשורים לפגיעה ישירה ברצף הגנים הכלולים ב- DNA כרומוזומלי; ויש אפילו כמה שקשורים להשפעות של "סימנים" גנומיים שהחומר שירש מאחד משני ההורים עשוי להביא איתו.

מחלות אנושיות התגלו בקריוטיפים

ניתוח ציטוגנטי של שינויים כרומוזומליים לפני הלידה ואחריה חיוני לטיפול קליני מקיף בתינוקות, ללא קשר לטכניקה המשמשת למטרה זו.

תסמונת דאון היא אחת הפתולוגיות הנפוצות ביותר שנערכו במחקר הקריוטיפ, והיא קשורה לחיבור ללא הכרומוזום 21 וזו הסיבה שהוא מכונה גם טריזומיה 21.

קריוטיפ של אדם עם טריזומיה בכרומוזום 21 (מקור: תוכנית הגנום האנושי האמריקני לאנרגיה. דרך ויקימדיה Commons)

סוגים מסוימים של סרטן מתגלים על ידי לימוד הקריוטיפ, מכיוון שהם קשורים לשינויים כרומוזומליים, במיוחד מחיקה או שכפול של גנים המעורבים ישירות בתהליכים אונקוגניים.

סוגים מסוימים של אוטיזם מאובחנים מניתוח קריוטיפ, והוכח כי הכפילות של הכרומוזום 15 מעורבים בחלק מהמצבים הללו אצל בני אדם.

בין שאר הפתולוגיות הקשורות למחיקות בכרומוזום 15 היא תסמונת פראדר-ווילי, הגורמת לתסמינים כמו חוסר טונוס שרירים ומחסור נשימה אצל תינוקות.

תסמונת "החתול הבוכה" (מהקרי-דו-צ'ט הצרפתי) מרמזת על אובדן הזרוע הקצרה של כרומוזום 5 ואחת השיטות הישירות ביותר לאבחון שלה היא באמצעות המחקר הציטוגנטי של הקריוטיפ.

טרנסלוקציה של חלקים בין כרומוזומים 9 ל -11 מאפיינת חולים הסובלים מהפרעה דו קוטבית, הקשורים באופן ספציפי להפרעה של גן בכרומוזום 11. מומים אחרים בכרומוזום זה נצפו גם במומים מולדים שונים.

על פי מחקר שנערך על ידי Weh et al. בשנת 1993, למעלה מ- 30% מהמטופלים הסובלים מלוקמיה בתאי מיאלומה נפוצה וסובלים מתאי פלסמה סובלים מקריוטיפים עם כרומוזומים שהמבנים שלהם סוטים או לא תקינים, במיוחד בכרומוזומים 1, 11 ו -14. .

הפניות

1. אלברטס, ב., דניס, ב., הופקין, ק., ג'ונסון, א., לואיס, ג'., רף, מ., … וולטר, פ. (2004). ביולוגיה תאי חיונית. אבינגדון: גרלנד מדע, טיילור ופרנסיס.
2. Battaglia, E. (1994). נוקלאוזום וגרעין: ביקורת טרמינולוגית. קריולוגיה, 47 (3–4), 37–41.
3. Elsheikh, M., Wass, JAH, and Conway, G. (2001). תסמונת בלוטת התריס האוטואימונית בנשים עם תסמונת טרנר - הקשר לקריוטיפ. אנדוקרינולוגיה קלינית, 223–226.
4. פרגוס, ק '(2018). VeryWell בריאות. נשלח מ- www.verywellhealth.com/how-to-how-is-a-karyotype-test-done-1120402
5. גרדנר, ר 'ואמור, ד' (2018). הפרעות כרומוזומים של גרדנר וסאת'רלנד וייעוץ גנטי (מהדורה חמישית). ניו יורק: אוניברסיטת אוקספורד.
6. גריפית'ס, א ', ווסלר, ש., לבונטין, ר., גלברט, וו., סוזוקי, ד., ומילר, ג'. (2005). מבוא לניתוח גנטי (מהדורה 8). פרימן, WH & Company.
7. Rodden, T. (2010). גנטיקה לדומיות (מהדורה שנייה). אינדיאנפוליס: Wiley Publishing, Inc.
8. Schrock, E., Manoir, S., Veldman, T., Schoell, B., Wienberg, J., Ning, Y., … Ried, T. (1996). קריוטיפ ספקטרלי רב-צבעי של כרומוזומים אנושיים. מדע, 273, 494-498.
9. Wang, T., Maierhofer, C., Speicher, MR, Lengauer, C., Vogelstein, B., Kinzler, KW, & Velculescu, VE (2002). קריוטיפים דיגיטליים. PNAS, 99 (25), 16156-16161.