Karyotüüp — määratlus: kromosoomide arv, kuju ja tähendus

Karyotüüp: selgitus kromosoomide arvust, kujust ja tähendusest geneetikas — karyogrammid, diploidsus, sugukromosoomid ja roll haiguste diagnoosis ning evolutsioonis.

Karyotüüp on kromosoomide arv ja välimus eukarüootse raku tuumas. Terminit kasutatakse ka liigi või üksiku organismi kromosoomide täieliku kogumi kohta. See kirjeldab kromosoomide arvu ja nende välimust valgusmikroskoobi all. Tähelepanu pööratakse nende pikkusele, tsentromeeride asendile, võimalikele erinevustele sugukromosoomide vahel ja muudele füüsikalistele omadustele. Karyotüüpide koostamine ja uurimine on osa tsütogeneetikast (tsütoloogia ja geneetika).

Indiviidi või liigi somaatilistes (keha)rakkudes olevate kromosoomide põhilist arvu nimetatakse somaatiliseks arvuks ja seda nimetatakse 2n. Seega on inimesel 2n = 46. Sugurakkudes on kromosoomide arv n (inimesel: n = 23).

Seega on normaalsetes diploidsetes organismides kromosoomid kahes eksemplaris. Seal võivad olla või ei pruugi olla sugukromosoomid. Polüploidsetel rakkudel on kromosoomide mitu koopiat ja haploidsetel rakkudel üks koopia. Tervete kromosoomikomplektide uurimist nimetatakse mõnikord karyoloogiaks.

Kromosoomid kujutatakse (mikrofoto ümberpaigutamise teel) standardformaadis, mida tuntakse karyogrammi või idiogrammina: paarikaupa, järjestatuna suuruse ja tsentromeeri asukoha järgi sama suurusega kromosoomide puhul. Seda võib kasutada mitmel otstarbel, näiteks geneetilise haiguse näitamiseks, looma soo ja diploidse arvu näitamiseks. Inimestel on tsütoloogid kasutanud karyotüüpe, et aidata tuvastada geneetilisi kõrvalekaldeid, mis võivad olla lapsel enne tema sündi.

Karyotüüpe võib uurida, et koguda teavet varasemate evolutsiooniliste sündmuste, näiteks polüploidsuse kohta.

Lisateave karyotüübi kohta

Struktuurilised tunnused. Karyotüüp analüüsib kromosoomide kujule ja omadustele viitavaid märke: pikkus, tsentromeeri asukoht (nt metatsentriline, submetatsentriline, akrotsentriline, telotsentriline), käsnad/šerve (satelliidid) ja kromosoomipiirkondade värvumis- ehk ribadusskeemid. Need tunnused aitavad eristada kromosoome ja tuvastada struktuurseid muutusi.

Kromosoomide klassifikatsioon

• Metatsentriline – tsentromeer keskpaigas, mõlemad varred umbes sama pikkusega.
• Submetatsentriline – tsentromeer nihkunud, üks vars veidi pikem.
• Akrotsentriline – tsentromeer lähedal ühes otsas, üks väga lühike vars.
• Telotsentriline – tsentromeer ääres (inimestel tavaliselt ei esine).

Uurimismeetodid

Traditsiooniline karyotüüp tehakse rakukultuuri põhjal, kus rakud peatatakse metafaasis (nt koldine KOlkatsiiniga), liigitatakse, värvitakse ja mikroskoopitakse. Levinud värvimis- ja ribandusmeetodid on G-ribastus (G-banding), Q-, R- ja C-ribastus, mis annavad korduvad musterid kromosoomidele ja võimaldavad täpset paigutust ning anomaaliate tuvastamist.

Molekulaarsed tehnikad täiustavad traditsioonilist karyotüpograafiat:

• FISH (fluoresents in situ hybridization) võimaldab otsida spetsiifilisi DNA-järjestusi kromosoomidel, tuvastades väiksemaid ümberkorraldusi.
• Spektriline karyotüpograafia (SKY) värvib iga kromosoomi erineva signaaliga, aidates avastada komplekssed translokatsioonid.
• Array-CGH ja teised mikrokiibitehnikad annavad kõrge resolutsiooni geneetilise koopia-arvu muutuste (CNV) tuvastamiseks, mis jäävad tavapärase karyotüübi eraldusvõime piiridest (~5–10 Mb).
• Lisaks kasutatakse MLPA-d ja järgmise põlvkonna järjestamist spetsiifiliste muutuste tuvastamiseks.

Kliinilised rakendused

Karyotüüp on oluline kliinilises meditsiinis:

• Prenataalne testimine (amniootsentees, koorionivilluse biopsia) võimaldab tuvastada kromosoomi-numerilisi muutusi (nt trisoomiad) ja suuremaid strukturaalseid kõrvalekaldeid enne sündi.
• Postnataalne diagnostika lastel ja täiskasvanutel selgitamaks arengupeetust, ebaselget hüpotüüpi, viljatust või korduvaid rasedusekatkestusi.
• Onkoloogias kasutatakse tsütogeneetikat tuvastamaks spetsiifilisi kromosoomimuutusi (näiteks leukeemiate ja lümfoomide puhul) ning haiguse prognoosi ja ravi planeerimiseks.
• Sugukromosoomide analüüs ja seks-kromosoomi kõrvalekalded (nt Turner 45,X; Klinefelter 47,XXY) aitavad selgitada sugulise arengu ja reproduktiivtervise probleeme.

Kromosomaalsed anomaaliad

Aneuploidia ehk kromosoomide arvuline kõrvalekalle hõlmab ühe või mitme kromosoomi lisandumist või puudumist (näiteks trisoomia või monosoomia). Struktuursed muutused võivad olla:

• deletsioon (kustumine),
• duplikatsioon (keeruline koopia suurenemine),
• inversioon (segment pöördunud),
• rekiprookne translokatsioon (kahte kromosoomi vahetamine),
• Robertsoni translokatsioon (kaks akrotsentrilist kromosoomi ühendumine) ja
• isokromosoom (üks vars kaks korda olemas).

Muud nähtused: mosaikism (ühes organismis rakkude erinev karyotüüp), balanced vs unbalanced translokatsioonid (tasakaalustatud muutus ei pruugi fenotüüpi mõjutada, kuid võib edasi kanduda järglastele ebasoodsalt).

Proovivõtt ja tööprotsess

Tavaliselt võetakse prooviks perifeerse vere lümfotsüüte, luuüdi rakke, amniotseete, koorionivilluse rakke või muid kudede rakkusid (näiteks kasvaja proovid). Protseduur hõlmab rakkude kultiveerimist, metafaasidetektsiooni, hüpotoonse lõdvendamise, fikseerimise ja värvimise ning seejärel kromosoomide fotografeerimist ja järjestamist karyogrammi.

Piirangud ja täiendav diagnostika

Traditsionaalne karyotüüpiga analüüs on piiratud lahutusvõimega — ei näe väga väikeseid (mõnekil kilobaasidel põhinevaid) muutusi. Kui vajatakse suuremat tundlikkust, kasutatakse array-CGH, FISH-i või DNA järjestamist. Samuti on oluline interpretatsioon: kõik kromosoomimuutused ei tähenda haigust — osa on healoomulised variandid või kliinilise tähendusega teadmata variandid.

Standardiseerimine ja nomenklatuur

Kromosoomide kirjeldamisel järgitakse rahvusvahelisi nõudeid, näiteks ISCN (International System for Human Cytogenomic Nomenclature) reegleid, et edastada tulemusi üheselt arusaadavalt laborite ja kliiniliste spetsialistide vahel.

Kokkuvõtteks: karyotüüp annab ülevaate kromosoomide arvust ja morfoloogiast, on oluline nii teadusuuringutes (sh evolutsioon ja taksonoomia) kui ka kliinilises diagnostikas. Traditsiooniline karyotüpograafia ühendatakse tänapäeval sageli molekulaarsete meetoditega, et saavutada parem tundlikkus ja täpsem tõlgendus.

Küsimused ja vastused

K: Mis on karyotüüp?

K: Mis on tsütogeneetika?

K: Mis on somaatiline arv?

K: Mitu koopiat on tavalistel diploidsetel organismidel?

K: Mida näitab karyogramm?

K: Kuidas saavad karyotüübid anda teavet mineviku evolutsiooniliste sündmuste kohta?

Otsing