Получение кариограммы.

Понятие о кариотипе и кариограмме.

Кариоти́ п — совокупность признаков (число, размеры, форма и т. д.) полного набора хромосом, присущая клеткам данного биологического вида (видовой кариотип), данного организма (индивидуальный кариотип) или линии (клона) клеток. Кариотипом иногда также называют и визуальное представление полного хромосомного набора (кариограммы).

Термин «кариотип» был введён в 1924 году советским цитологом Г. А. Левитским.

Для нормального кариотипа характерно следующее:
1. присутствует нормальное количество хромосом,
2. все хромосомы представлены парами гомологичных друг другу хромосом,
3. каждая хромосома имеет нормальное строение: характерное для нее расположение центромеры, соотношение и строение плеч, отсутствуют хромосомные мутации.

Кариограмма – это изображение всех хромосом диплоидного набора клетки, которые распределены по группам и расположены друг за другом в порядке уменьшения размеров с учетом индивидуальных особенностей каждой хромосомы.
Организмы разных видов различаются по кариотипу: по числу и индивидуальным особенностям тех или иных хромосом.

Кариотип и хромосомы человека обладают многими признаками, общими для кариотипа и хромосом организмов других видов.

Хромосомы состоят из хроматина – комплекса ДНК с многочисленными белками.

Структурной единицей хроматина является нуклеосома – комплекс из четырех пар гистоновых белков, вокруг которого намотано около двух витков молекулы ДНК. В одной хромосоме находится только одна молекула ДНК, которая намотана на тысячи гистоновых комплексов.

Разные участки хроматина различаются по степени конденсации, или упаковки в пространстве. Эухроматин слабо конденсирован и содержит активно функционирующие гены. Гетерохроматин сильно конденсирован и содержит нефункционирующие гены и участки ДНК, не содержащие гены. Участки гетерохроматина окрашиваются красителями сильнее, чем участки эухроматина и в микроскоп выглядят более темными.

При делении клетки хроматин, конденсируясь, приобретает вид плотных палочковидных структур, особенно хорошо видимых в метафазу митоза.

Диплоидный набор хромосом представляет собой набор пар гомологичных друг другу хромосом. Хромосомы каждой пары гомологичны друг другу и негомологичны всем остальным хромосомам.

Кариотип человека включает в себя 46 хромосом: 22 пары аутосом и две половые хромосомы: две Х-хромосомы у женщин, Х- и Y-хромосомы у мужчин.

Все хромосомы имеют два плеча и расположенный между ними истонченный участок – центромеру, или первичную перетяжку. В области первичной перетяжки расположен кинетохор – плоская структура, белки которой, взаимодействуя с микротрубочками веретена деления, обеспечивают перемещения хромосом во время деления клетки.

Хромосомы: 1 — метацентрическая; 2 — субметацентрическая; 3, 4 — акроцентрические.

Строение хромосомы: 5 — центромера; 6 — вторичная перетяжка; 7 — спутник; 8 — хроматиды; 9 — теломеры.

Некоторые хромосомы имеют вторичную перетяжку, в области которой расположены гены рибосомных РНК, происходит синтез рРНК и образуется ядрышко ядра.

У человека вторичную перетяжку имеют хромосомы 13, 14, 15, 21 и 22.

В кариотипе человека выделяют хромосомы трех типов, различающиеся по расположению центромеры и, соответственно, соотношению плеч:

1. Метацентрические, равноплечие хромосомы: первичная перетяжка (центромера) расположена в центре (посередине) хромосомы, плечи хромосомы одинаковые.

2. Субметацентрические, почти равноплечие хромосомы: центромера находится недалеко от середины хромосомы, плечи хромосомы незначительно отличаются по длине.

3. Акроцентрические, очень неравноплечие хромосомы: центромера находится очень далеко от центра (середины) хромосомы, плечи хромосомы существенно различаются по длине.

Концы каждой хромосомы – это теломеры.

У человека ДНК теломерного участка представляет собой многократно повторяющуюся нуклеотидную последовательность 5' ТТАГГГ 3' в одной из нуклеотидных цепей ДНК.

Получение кариограммы.

Для изучения кариотипа обычно используют лейкоциты периферической крови, клетки красного костного мозга и некоторые другие клетки. При необходимости изучают клетки оболочек зародыша и плода, так как они имеют такой же кариотип и генотип, как клетки еще неродившегося организма, поскольку тоже являются потомками зиготы.

Клетки помешают в питательную среду и побуждают их к делению с помощью специальных стимуляторов деления. Одним из стимуляторов деления является вещество растительного происхождения фитогемагглютинин (ФГА). Фитогемагглютинин является углеводом обыкновенной фасоли Phaseolus vulgaris, способный агглютинировать эритроциты. Фитогемагглютинин является сильным митогеном – веществом, стимулирующим деление клеток путем митоза.

Под влиянием ФГА клетки начинает делиться путем митоза. Затем в культуральную среду с делящимися клетками добавляют колхицин. Это алкалоид растительного происхождения, обычно получаемый из безвременника (зимовника) осеннего (Colchicum autumnale) или других представителей семейства лилейные. Колхицин препятствует образованию микротрубочек из белка тубулина. В делящейся клетке микротрубочки входят в состав веретена деления и в норме сначала обеспечивают передвижение всех хромосом в область экватора веретена деления, а затем участвуют в расхождении хроматид каждой хромосомы в разные стороны, к разным полюсам веретена деления клетки. Поэтому в присутствии колхицина деление всех клеток останавливается на одной и той же стадии митоза: в конце профазы, непосредственно перед метафазой. В зарубежной научной литературе эта стадия называется прометафазой. В эту стадию все хромосомы полностью конденсированы и хорошо видны в световой микроскоп в виде палочковидных структур, расположенных в одной плоскости. Совокупность всех таких хромосом одной клетки называется метафазной пластинкой (рис. 1).

Для удобства изучения живые клетки помещают в гипотонический раствор поваренной соли. В таком растворе вода заходит в клетку, клетка увеличивается в размере, и хромосомы более свободно распределяются в цитоплазме - на большем, чем прежде, расстоянии друг от друга.
Затем хромосомы окрашивают, фотографируют и изучают их изображение под микроскопом. Окраску проводят простыми, диффенциальными или флюоресцентными красителями, которые помогают идентифицировать хромосомы.

Рис.1. Метафазная пластинка человека

1 – большая метацентрическая хромосома 2 – маленькая акроцентрическая хромосома 3 – большая субметацентрическая хромосома 4 – маленькая метацентрическая хромосома 5 – средняя акроцентрическая хромосома.

Как видно из рис.1, хромосомы различаются по размеру и форме. Все они имеют Х- или Y-образную форму, что обусловлено тем, что дочерние хроматиды – копии материнской хромосомы - остаются соединенными в области первичной перетяжки.
В метафазной пластинке каждая хромосома состоит из двух одинаковых хроматид. Для каждой хромосомы диплоидного набора имеется лишь одна, парная ей хромосома. Парные хромосомы называются гомологичными друг другу хромосомами. Гомологичные хромосомы имеют одинаковые внешние признаки: длину; форму (расположение первичной перетяжки и соответствие плеч, наличие или отсутствие вторичной перетяжки) и одинаковую степень конденсации хроматина в тех или иных участках: участки с сильно конденсированным хроматином выглядят темными, а участки со слабо конденсированным хроматином — более светлыми. По этим же признакам негомологичные друг другу хромосомы отличаются друг от друга.

Поскольку каждая пара гомологичных друг другу хромосом имеет характерные для них признаки, то это позволяет идентифицировать конкретные хромосомы. Идентифицировав хромосомы, строят кариограмму: располагают хромосомы в порядке уменьшения размера, раскладывая их по группам в зависимости от размера и формы.

При построении кариограммы половые хромосомы располагают отдельно от аутосом, хотя Х-хромосома относится к хромосомам группы С, а Y-хромосома – к хромосомам группы G.

Кариограмму строят при изучении кариотипа конкретного человека.

Обобщенная, идеализированная кариограмма, в которой представлены особенности кариотипа вида, называется идиограммой. Идентифицируя хромосомы и строя кариограмму конкретного человека, врач-генетик всегда имеет перед собой образец — идиограмму вида Человек разумный.