KARYOTIP: NE IÇINDIR, TÜRLERI, NASIL YAPILIR, DEĞIŞIKLIKLER - BIYOLOJI - 2025

Karyotip onların sayısı ve yapısı hususları ayrıntılı metafaz kromozomların tam kümesinin bir fotoğraftır. Kromozomların ve ilgili hastalıkların incelenmesi ile ilgilenen tıbbi ve biyolojik bilimler dalı, sitogenetik olarak bilinir.

Kromozomlar, deoksiribonükleik asit (DNA) moleküllerinde bulunan genlerin düzenlendiği yapılardır. Ökaryotlarda, tüm hücrelerin çekirdeğinde paketlenmiş bir histon proteinleri ve DNA kompleksi olan kromatinden oluşurlar.

Floresan boyalarla elde edilen insan karyotipi (Kaynak: Plociam ~ commonswiki, Wikimedia Commons

Dünyadaki her canlının hücrelerinde belirli sayıda kromozom bulunur. Örneğin, bakteriler yalnızca bir daireye sahipken, insanlar 23 çift halinde düzenlenmiş 46'ya sahiptir; ve bazı kuş türleri 80'e kadar kromozoma sahiptir.

İnsanlardan farklı olarak, bitki hücreleri genellikle ikiden fazla homolog (özdeş) kromozom setine sahiptir. Bu fenomen poliploidi olarak bilinir.

Tek hücreli veya çok hücreli canlıların büyümesi ve gelişmesi için gerekli tüm talimatlar, kromozomlar üzerine sarılmış DNA moleküllerinde bulunur. Bu nedenle bir türdeki veya bireylerinden herhangi birinin yapısını ve özelliklerini bilmenin önemi.

Karyotip terimi ilk kez 1920'lerde Delaunay ve Levitsky tarafından kromozomların karakteristik fiziksel özelliklerinin toplamını belirtmek için kullanıldı: sayıları, boyutları ve yapısal özellikleri.

O zamandan beri modern bilim bağlamında aynı amaç için kullanılıyor; ve bunun incelenmesi, insandaki çeşitli hastalıkların klinik teşhisinin birçok sürecine eşlik etmektedir.

İnsan karyotipi

İnsan genomunu oluşturan 46 kromozomlu (23 çift) set, insan karyotipi olarak bilinmekte olup, boyut ve bant deseni gibi özelliklere göre grafiksel olarak düzenlenmiş olup, özel boyama tekniklerinin kullanılmasıyla açıkça görülmektedir.

İnsan karyotipinin şematik gösterimi (Kaynak: Mikael Häggström, Wikimedia Commons aracılığıyla)

23 çift kromozomdan yalnızca 1 ila 22'si boyut sırasına göre düzenlenmiştir. Somatik hücrelerde yani eşeyli olmayan hücrelerde bu 22 çift bulunur ve bireyin cinsiyetine göre erkek veya dişi bir çift X kromozomu (kadın) veya XY çifti (erkek) eklenir. .

1'den 22'ye kadar olan çiftler otozomal kromozomlar olarak adlandırılır ve her iki cinsiyette de (erkek ve dişi) aynıdır, cinsiyet kromozomları X ve Y ise birbirinden farklıdır.

Karyotip ne için?

Bir karyotipin temel faydası, bir türün kromozom yükünün ve kromozomlarının her birinin özelliklerinin ayrıntılı bilgisidir.

Bazı türler, kromozomlarıyla ilişkili olarak polimorfik ve poliploid olmalarına, yani yaşam döngüleri boyunca bunların değişken şekillerine ve sayılarına sahip olmalarına rağmen, karyotip bilgisi genellikle onlar hakkında birçok önemli bilgi çıkarmamıza izin verir.

Karyotip sayesinde, büyük DNA parçalarını içeren "büyük ölçekte" kromozom değişiklikleri teşhis edilebilir. İnsanlarda birçok zihinsel engelli hastalık veya durum ve diğer fiziksel kusurlar ciddi kromozomal anormalliklerle ilgilidir.

Karyotip türleri

Karyotipler, Uluslararası İnsan Sitogenetik İsimlendirme Sistemi (ISCN) tarafından onaylanan gösterime göre tanımlanır.

Bu sistemde, her bir kromozoma atanan sayı, boyutuyla ilgilidir ve genellikle en büyükten en küçüğe doğru sıralanır. Kromozomlar, karyotiplerde, küçük kol (p) yukarı bakacak şekilde kardeş kromatid çiftleri olarak sunulur.

Karyotip türleri, onları elde etmek için kullanılan tekniklerle ayırt edilir. Genellikle fark, bir kromozomu diğerinden ayırt etmek için kullanılan boyama veya "etiketleme" türlerinde yatar.

İşte bugüne kadar bilinen bazı tekniklerin kısa bir özeti:

Katı boyama

Bunda Giemsa ve orcein gibi boyalar kromozomları eşit şekilde boyamak için kullanılır. O zamanlar bilinen tek boyalar oldukları için 1970'lerin başına kadar yaygın olarak kullanıldı.

G-bandı veya Giemsa boyası

Klasik sitogenetikte en çok kullanılan tekniktir. Kromozomlar önceden tripsin ile sindirilir ve sonra boyanır. Boyamadan sonra elde edilen bantların paterni her bir kromozom için özeldir ve yapısının ayrıntılı çalışmalarına izin verir.

Giemsa boyamasına alternatif yöntemler vardır, ancak Q bantlama ve ters R bantlama gibi çok benzer sonuçlar verirler (burada gözlenen koyu bantlar G bantlaması ile elde edilen açık bantlardır).

Kurucu C-bandı

Özellikle sentromerlerde bulunan heterokromatini spesifik olarak boyar. Ayrıca, akrosantrik kromozomların kısa kollarında ve Y kromozomunun uzun kolunun distal bölgesinde bazı malzemeleri lekeler.

Çoğaltma bandı

İnaktif X kromozomunu tanımlamak için kullanılır ve bir nükleotid analoğunun (BrdU) eklenmesini içerir.

Gümüş leke

Tarihsel olarak, ribozomal RNA'nın birçok kopyasını içeren ve sentromerik bölgelerde bulunan nükleolar organizasyon bölgelerini tanımlamak için kullanılmıştır.

Distamisin A / DAPI boyama

Heterokromatini insanlarda kromozom 1, 9, 15, 16'dan ve Y kromozomundan ayıran floresan boyama tekniğidir. Özellikle kromozom 15'in ters kopyalanmasını ayırt etmek için kullanılır.

Floresan yerinde hibridizasyon (FISH)

1990'lardan sonra en büyük sitogenetik ilerleme olarak kabul edilen bu, submikroskopik delesyonların ayırt edilebildiği güçlü bir tekniktir. Kromozomal DNA moleküllerine spesifik olarak bağlanan floresan probları kullanır ve tekniğin birçok çeşidi vardır.

Karşılaştırmalı Genomik Hibridizasyon (CGH)

Ayrıca, DNA'yı farklı şekilde etiketlemek için floresan problar kullanır, ancak bilinen karşılaştırma standartlarını kullanır.

Diğer teknikler

Diğer daha modern teknikler, doğrudan kromozomal yapının analizini değil, DNA dizisinin doğrudan incelenmesini içerir. Bunlar, mikrodiziler, dizileme ve PCR (polimeraz zincir reaksiyonu) amplifikasyonuna dayalı diğer teknikleri içerir.

Bir karyotip nasıl yapılır?

Kromozom veya karyotip çalışmalarını yürütmek için çeşitli teknikler vardır. Bazıları diğerlerinden daha karmaşıktır, çünkü en yaygın kullanılan yöntemlerle küçük, algılanamayan değişikliklerin tespitine izin verirler.

Karyotipi elde etmek için sitogenetik analizler genellikle oral mukozada veya kanda bulunan hücrelerden (lenfositler kullanılarak) gerçekleştirilir. Yenidoğanlarda yapılan çalışmalarda amniyotik sıvıdan (invazif teknikler) veya fetal kan hücrelerinden (non-invaziv teknikler) örnekler alınır.

Bir karyotipin uygulanma nedenleri çok çeşitlidir, ancak çoğu zaman diğer nedenlerin yanı sıra hastalıkları teşhis etmek, doğurganlık çalışmaları veya tekrarlayan düşüklerin veya fetal ölümlerin ve kanserlerin nedenlerini bulmak amacıyla yapılır.

Bir karyotip testi yapma adımları aşağıdaki gibidir:

1-Numunenin alınması (kaynağı ne olursa olsun).

2-Hücrelerin ayrılması, özellikle kan örneklerinde hayati önem taşıyan bir adımdır. Çoğu durumda, bölünen hücreleri özel kimyasal reaktifler kullanarak bölünen hücrelerden ayırmak gerekir.

3 Hücre büyümesi. Bazen hücrelerin daha fazla miktarda elde edilmesi için uygun bir kültür ortamında büyütülmesi gerekir. Bu, numunenin türüne bağlı olarak birkaç günden fazla sürebilir.

4-Hücrelerin senkronizasyonu. Tüm kültürlenmiş hücrelerdeki yoğunlaşmış kromozomları aynı anda gözlemlemek için, kromozomlar daha kompakt ve dolayısıyla görünür olduğunda hücre bölünmesini durduran kimyasal işlemlerle onları "senkronize etmek" gerekir.

5-Hücrelerden kromozom elde edilmesi. Bunları mikroskop altında görmek için, kromozomların hücrelerden "çekilmesi" gerekir. Bu genellikle, kromozomları serbest bırakarak, bunların patlamasına ve parçalanmasına neden olan çözeltilerle muamele edilerek elde edilir.

6-boyanması. Yukarıda vurgulandığı gibi, kromozomları mikroskop altında gözlemleyebilmek ve ilgili çalışmayı gerçekleştirebilmek için mevcut birçok teknikten biri ile boyanmalıdır.

7-Analiz ve sayma. Kromozomlar, kimliklerini (önceden bilmek durumunda), büyüklükleri, sentromerin konumu ve bantlama düzeni, örnekteki kromozom sayısı vb. Gibi morfolojik özelliklerini belirlemek için ayrıntılı olarak gözlemlenir.

8-sınıflandırılması. Sitogenetikçiler için en zor görevlerden biri, hangi kromozomun hangisi olduğunu belirlemek gerektiğinden, kromozomların özelliklerini karşılaştırarak sınıflandırmaktır. Bunun nedeni, numunede birden fazla hücre olduğu için, aynı kromozomun birden fazla çiftinin olacağıdır.

Kromozom anormallikleri

Var olabilecek farklı kromozomal değişiklikleri ve bunların insan sağlığı üzerindeki sonuçlarını açıklamadan önce, kromozomların genel morfolojisine aşina olmak gerekir.

Kromozom morfolojisi

Kromozomlar, doğrusal görünen ve iki "kolu" olan yapılardır; küçük bir (p) ve daha büyük olan (q), mil sabitlemesine katılan özel bir DNA bölgesi olan sentromer olarak bilinen bir bölge ile birbirinden ayrılır. mitotik hücre bölünmesi sırasında mitotik.

Santromer, p ve q iki kolunun merkezinde, merkezden uzakta veya uçlarından birine yakın (metasentrik, submetasentrik veya akrosantrik) yerleştirilebilir.

Kısa ve uzun kolların uçlarında, kromozomların telomer olarak bilinen, TTAGGG tekrarları açısından zengin belirli DNA dizileri olan ve DNA'nın korunmasından ve kromozomlar arasındaki füzyonun önlenmesinden sorumlu olan "başlıkları" vardır.

Hücre döngüsünün başlangıcında, kromozomlar tek tek kromatitler olarak görülür, ancak hücre çoğalırken aynı genetik materyali paylaşan iki kardeş kromatit oluşur. Karyotip fotoğraflarında görülen bu kromozom çiftleridir.

Kromozomlar, farklı "paketleme" veya "yoğunlaşma" derecelerine sahiptir: heterokromatin en yoğunlaştırılmış biçimdir ve transkripsiyonel olarak inaktifken, ökromatin daha gevşek bölgelere karşılık gelir ve transkripsiyonel olarak aktiftir.

Bir karyotipte, her bir kromozom, yukarıda da vurgulandığı gibi, boyutu, sentromerinin konumu ve farklı tekniklerle boyandığında bantlama modeli ile ayırt edilir.

Kromozom anormallikleri

Patolojik bakış açısına göre, diğer hayvanlar, bitkiler ve böcekler bunlardan muaf olmasa da, insan popülasyonlarında düzenli olarak gözlemlenen spesifik kromozomal değişiklikler belirlenebilir.

Anormallikler genellikle bir kromozomun veya tüm kromozomların bölgelerinin silinmesi ve kopyalanmasıyla ilgilidir.

Bu kusurlar, tam bir kromozomun veya bir kısmının kaybını veya kazanmasını içeren kromozomal değişiklikler olan anöploidiler olarak bilinir. Kayıplar monozomiler olarak bilinir ve kazançlar trizomi olarak bilinir ve bunların çoğu gelişmekte olan fetüsler için ölümcüldür.

Aynı zamanda, kromozomun bazı bölgelerinin eşzamanlı kırılmaları ve hatalı onarımları nedeniyle gen dizisinin sırasının değiştiği kromozomal inversiyon vakaları da olabilir.

Translokasyonlar aynı zamanda, homolog olmayan kromozomlar arasında değiş tokuş edilen ve karşılıklı olabilen veya olmayabilen büyük kromozom bölümlerindeki değişiklikleri içeren kromozomal değişikliklerdir.

Kromozomal DNA'da bulunan gen dizisine doğrudan zarar vermeyle ilgili değişiklikler de vardır; ve hatta iki ebeveynden birinden miras kalan materyalin beraberinde getirebileceği genomik "işaretlerin" etkileri ile ilgili bazı şeyler vardır.

Karyotiplerle tespit edilen insan hastalıkları

Doğumdan önce ve sonra kromozomal değişikliklerin sitogenetik analizi, bu amaçla kullanılan teknik ne olursa olsun, bebeklerin kapsamlı klinik bakımı için gereklidir.

Down sendromu, karyotip çalışmasında en sık tespit edilen patolojilerden biridir ve kromozom 21'in ayrışmaması ile ilgilidir, bu nedenle trizomi 21 olarak da bilinir.

Kromozom 21'de trizomili bir insanın karyotipi (Kaynak: ABD Enerji Bakanlığı İnsan Genomu Programı. Wikimedia Commons aracılığıyla)

Bazı kanser türleri, kromozomal değişikliklerle, özellikle de onkojenik süreçlerle doğrudan ilgili genlerin silinmesi veya kopyalanması ile ilgili olduklarından, karyotip incelenerek tespit edilir.

Bazı otizm türleri, karyotip analizinden teşhis edilir ve kromozom 15'in kopyalanmasının, insanlarda bu koşulların bazılarına dahil olduğu gösterilmiştir.

Kromozom 15 üzerindeki delesyonlarla ilişkili diğer patolojiler arasında, bebeklerde kas tonusu eksikliği ve solunum yetersizlikleri gibi semptomlara neden olan Prader-Willi sendromu vardır.

"Ağlayan kedi" sendromu (Fransız cri-du-chat'ten), kromozom 5'in kısa kolunun kaybına işaret eder ve teşhisi için en doğrudan yöntemlerden biri, karyotipin sitogenetik çalışmasıdır.

Kromozomlar 9 ve 11 arasındaki parçaların translokasyonu, bipolar bozukluktan muzdarip hastaları karakterize eder, özellikle kromozom 11 üzerindeki bir genin bozulmasıyla ilgilidir. Bu kromozomda başka kusurlar da çeşitli doğum kusurlarında gözlenmiştir.

Weh ve arkadaşları tarafından yapılan bir araştırmaya göre 1993 yılında, multipl miyelom ve plazma hücreli lösemiden muzdarip hastaların% 30'undan fazlasında, özellikle kromozom 1, 11 ve 14'te, yapıları anormal veya anormal olan kromozomlu karyotipler vardır. .

Referanslar

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., … Walter, P. (2004). Temel Hücre Biyolojisi. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Battaglia, E. (1994). Nükleozom ve nükleotip: terminolojik bir eleştiri. Caryologia, 47 (3–4), 37–41.
3. Elsheikh, M., Wass, JAH ve Conway, G. (2001). Turner sendromlu kadınlarda otoimmün tiroid sendromu -karyotip ile ilişki. Klinik Endokrinoloji, 223–226.
4. Fergus, K. (2018). VeryWell Sağlık. Www.verywellhealth.com/how-to-how-is-a-karyotype-test-done-1120402 adresinden erişildi.
5. Gardner, R. ve Amor, D. (2018). Gardner ve Sutherland'ın Kromozom anormallikleri ve Genetik Danışmanlık (5. baskı). New York: Oxford University Press.
6. Griffiths, A., Wessler, S., Lewontin, R., Gelbart, W., Suzuki, D. ve Miller, J. (2005). Genetik Analize Giriş (8. baskı). Freeman, WH & Company.
7. Rodden, T. (2010). Aptallar İçin Genetik (2. baskı). Indianapolis: Wiley Publishing, Inc.
8. Schrock, E., Manoir, S., Veldman, T., Schoell, B., Wienberg, J., Ning, Y., … Ried, T. (1996). İnsan Kromozomlarının Çok Renkli Spektral Karyotiplemesi. Science, 273, 494-498.
9. Wang, T., Maierhofer, C., Speicher, MR, Lengauer, C., Vogelstein, B., Kinzler, KW ve Velculescu, VE (2002). Dijital karyotipleme. PNAS, 99 (25), 16156-16161.