Кариотип человека в норме
Понятие о кариотипе. Аутосомы и половые хромосомы. Морфология хромосом человека.
Понятие об идеограмме хромосомы. Правила записи кариотипа человека.
Термином Кариотип принято обозначать – совокупность морфологических особенностей полного хромосомного набора, свойственного соматическим клеткам одного организма данного вида. Видоспецифичность кариотипа определяется:
основным числом хромосом;
формой и относительной величиной хромосом;
абсолютной величиной хромосом.
Собственно под кариотипом понимают хромосомы соматических клеток на стадии метафазы митоза.
Хромосома – это уровень организации наследственного материала, представленного в виде хроматина или нуклеопротеидного комплекса. В цитогенетике хромосома – это видимая в световой микроскоп структура, представляющая собой спирализованный в ходе деления хроматин.
Для характеристики кариотипа используют систематизированные определенным образом видеоизображения гомологичных хромосом всего хромосомного набора - КАРИОГРАММА, или схематичное изображение каждого гомолога – ИДЕОГРАММА.
Группы хромосом
Основные сведения о хромосомном наборе человека в целом и об индивидуальных хромосомах получены в результате изучения хромосом в метафазе митоза. На этой стадии митоза отчетливо видно, что диплоидный набор хромосом человека состоит из 46 элементов: 22 пар аутосом и одной пары половых хромосом. Такое диплоидное число возникает в результате объединения родительских гамет, каждая из которых содержит половинное, гаплоидное число хромосом – 23. Таким образом зародыш человека на стадии зиготы имеет 23 пары хромосом, 22 аутосомы, и 1 пару гоносом (половые хромосомы).
На стандартно окрашенных препаратах форма метафазных хромосом определяется локализацией центромеры (первичной перетяжкой) – участка хромосомы, входящего в состав кинетохора, к которому прикрепляются микротрубочки веретена деления (митотического или мейотического). Центомера формируется благодаря деконденсации функционирующего в метафазе центромерного района. Предполагают, что она направляет движение хромосомы в митозе.
В отдельных хромосомах могут существовать дополнительные перетяжки, называемые вторичными. В случае локализации такой перетяжки на конце хромосомы отделяемый ею дистальный участок хромосомы называется спутником. Величина спутников варьирует в широких пределах. Также варьирует длина и толщина спутничных нитей, что приводит к выраженному гетероморфизму гомологов хромосом групп D и G.
Согласно Денверской номенклатуре (1960г.), при равномерном окрашивании хромосом все аутосомы были разделены на 7 групп обозначаемых латинскими буквами: А, В, С, D, E, G, X, Y. В пределах групп сходных по размерам хромосом проводят их дальнейшее подразделение по форме, как правило, в порядке уменьшения центромерного индекса. Все пары аутосом выстроенные в таком порядке, нумеруют арабскими цифрами от 1 до 22.
Сложность данной классификации заключается в том, что длина одной и той же хромосомы в митозе значительно варьирует, поскольку и в стадии метафазы продолжается процесс естественной конденсации хромосомы, который значительно усиливается колхицином.
Анализ спонтанных вторичных перетяжек, включая спутничные, заметно не облегчает распознавание отдельных хромосом. С их помощью наиболее регулярно можно выделить аутосому 9, часто обладающую значительной перетяжкой в околоцентромерном районе длинного плеча. Спутничной перетяжкой обладают все десять акроцентрических хромосом человека, a D- или G-хромосомы по этому признаку в пределах групп не различаются.
Поэтому о размерах хромосомы стали судить с расчетом их абсолютной и относительной длины. Во втором случае размер выражается в процентах, определяемых по отношению к суммарной длине всех хромосом женщины, т.е гаплоидного набора. Надежность ограничивается тем, что хромосомы обладают разной длиной, а в данной хромосоме плечи разных размеров сокращаются неодинаково: более длинные укорачиваются быстрее коротких. Это препятствует идентификации близких по размеру и форме хромосом внутри группы.
У человека самые крупные хромосомы в 4-5 раз длиннее самых мелких хромосом. Так, самая маленькая 21 хромосома включает около 50 млн. н.п., самая большая 1 хромосома – 250 млн. п.н.
Для измерения длины хромосомы был предложен центромерный индекс – доля длины короткого плеча к длине всей хромосомы, принятой за 100%.
Если ЦИ= 50% – то это метацентрическая хромосома,
если меньше 50% – субметацентрическая,
а если центромера расположена близко к концу хромосомы – акроцентрическая хромосома.
Кариотип человека представлен хромосомами всех трех видов.
Под микроскопом учитывают общее количество хромосом, фотографируют их, затем из фото вырезают ножницами каждую хромосому и наклеивают на чистый лист бумаги в ряд, начиная от самой большой (первой) хромосомы и кончая самой маленькой (двадцать второй) и половой Y-хромосомой.
Люминесцентная методика позволяет быстро и просто проводить массовые исследования с целью выявления больных с различными типами хромосомных аномалий.
ВИДЫ ХРОМОСОМ
В группе А (1-3) оказываются три пары самых крупных хромосом: 1 и 3 почти метацентрические (ЦИ=0,48-0,49 и 0,45-046) и одна 2 с ЦИ около 0,38-0,40%.
Группа В (4-5) включает две пары больших субметацентрических хромосом (ЦИ= от 0,24-0,30)
Группа С (6-12) объединяет семь пар мета и субметацентрических аутосом среднего размера (ЦИ=0,28-0,43) и не отличающуюся от них Х-хромосому.
В группу D (13-15) входят три пары акроцентрических хромосом среднего размера. Их ЦИ не превышает 0,15 и является наименьшим в кариотипе человека. Для хромосом этой группы характерна значительная межиндивидуальная вариабельность и наличие спутников на коротких плечах.
В группу Е (16-18) это относительно короткие метацентрики и субметацентрики с ЦИ=0,26-0,40
Группа F (19-20) содержит две пары маленьких метацентрических хромосом ЦИ= 0,36-0,46
Группа G (21-22, У) – две пары самых мелких акроцентрических хромосом со спутниками (ЦИ в пределах 0,13-0,33). Половая хромосома У относится к этой группе и не имеет спутников, а размеры длинного плеча варьируют от хромосом группы G до D.
В рекомендациях Денверского совещания во всех группах при кариотипировании предлагалось выделять пары индивидуальных хромосом. Однако последующий опыт идентификации индивидуальных хромосом, подкрепленный результатами измерений их линейных параметров, показал, что по размеру и форме можно достоверно идентифицировать только пять хромосом: четыре пары аутосом (1, 2, 3, 16) и Y-хромосому. В большинстве метафаз при хорошем качестве окраски удается различить между собой также аутосомы 17 и 18. Ограниченные возможности в надежном различении индивидуальных пар хромосом сходного размера и формы связаны с тем, что между гомологами любой пары существует значительная изменчивость степени конденсации как в целом, так и для хромосомных плеч.