Диаграмма хромосомы

В хромосоме выделяют короткое и длинное плечо, которые обозначаются буквами p и q соответственно. В каждом районе выделяют районы, которые пронумерованы последовательно от центромеры к теломере. В каждом районе хромосом полосы и сегменты нумерованы также последовательно в таком же направлении – от центромеры к теломере. Для обозначения какого-либо участка при описании аномалии хромосомы вначале пишут

• номер хромосомы,

• затем символ плеча (p или q)

• номер района (участка)

• и номер полосы (или сегмента) хромосомы.

Участки определяются как сегменты хромосомы, лежащие между двумя соседними полосами.

Например, запись 6q23 указывает на то, что хромосома 6, длинное плечо, район 2 полоса (или сегмент) 3. В ряде случаев может наблюдаться и разделение сегмента на подсегменты, которые также необходимо указывать при описании кариотипа больного. Когда полоса подразделяется на субполосы, то после обозначения полосы ставиться точка, затем следует номер, данный каждой субполосе. Субполосы также нумеруются последовательно от центромеры к теломере. Если субполоса подразделяется дополнительно, используются дополнительные цифры без пунктуации. Как правило, субполоса подразделяется на три части. Например, запись 6q11.2 говорит о том, что аномалия затрагивает хромосому 16 длинное плечо, район 1, сегмент 1, подсегмент 2.

Принципы обозначения кариотипа человека:

В начале кариотипа записывается общее число хромосом. Затем записываются половые хромосомы. Аутосомы обозначаются только в случае присутствия аномалий. Таким образом, нормальный кариотип:

46, ХХ - нормальный кариотип женщины;

46, ХУ - нормальный кариотип мужчины.

При описании хромосомных аномалий первыми записываются аномалии половых хромосом, затем аномалии аутосом, перечисляемых в порядке хромосомных номеров, независимо от характера аномалии.

Буквенные обозначения используются для структурно перестроенных хромосом. В перестройке с потерей одной хромосомы, хромосома, вовлеченная в аномалию, обозначается в () скобках, сразу после символа, определяющего тип перестройки. Например del(5), inv (7), r(14).

Если изменены две или более хромосомы, то ставится точка с запятой для отделения их друг от друга. Если одна их измененных хромосом половая, то она записывается в первую очередь; в других случаях – хромосома, имеющая меньший номер записывается первой: t(Х;6), t(1;17).

Равномерная и дифференциальные окраски хромосом.

При простой окраске возможна только групповая идентификация хромосом, поэтому данный метод используется для ориентировочного определения числовых аномалий кариотипа. Ограниченные возможности метода сузили область его применения в современной цитогенетике.

Структурные хромосомные аномалии (делеции, транслокации, инверсии), выявляемые при простой окраске, должны быть идентифицированы с помощью дифференциальной окраски.

Простая окраска широко применяется для изучения хромосомного мутагенеза (учёт хромосомных аберраций) при проверке факторов окружающей среды на мутагенность. Метод простой окраски хромосом позволил открыть основные хромосомные болезни, с его помощью показана роль хромосомных аномалий в спонтанных абортах, врождённых пороках развития и канцерогенезе, разработаны принципы биологической дозиметрии.

Использование равномерной окраски хромосом

• для предварительного определения пола

• для выявления числовых аномалий кариотипа

• для анализа хромосомной нестабильности

• для изучения морфологии маркерных хромосом

Возможности точной идентификации хромосом появились только в 1968-1970гг., когда были предложены основные методы дифференциального окрашивания хромосом человека: G (Гимза), Q (акрихин), R (revers-обратный), C (конститутивный гетерохроматин) методы, а также метод дифференциального окрашивания хроматид с помощью бромдезоксиуридина, являющегося аналогом Тимина. Эти методы позволяют идентифицировать различные типы сегментов хромосом, а метод дифференциального окрашивания хроматид выявляет сестринские хроматидные обмены.

Выявляемое при дифференциальном окрашивании хромосом чередование сегментов (темные и светлые полосы) характеризуются постоянством, что позволило цитогенетикам на состоявшейся в 1971 году Парижской международной конференции предложить идеограмму гаплоидного набора хромосом человека – типичный рисунок полос на каждой хромосоме. Полоса (band) определяется как та часть хромосомы, которая ясно отличима от ее соседних сегментов окрашиванием в более темный или светлый цвет. Усредненный размер сегмента – 1,5 Мв. 1 Мегабаза – единица изменения длины молекулы ДНК, равная миллиону пар оснований, что примерно соответствует 10-15 генам.. Следует сказать, что разные типы дифференциального окрашивания определяют единую линейную дифференциацию структуры хромосом в метафазе митоза, при этом каждая окраска делает это по-своему. Полосы, окрашивающиеся темным цветом при использовании одного метода, могут окрашиваться светлым при других способах окрашивания, например, G- и R-окрашивания.

Методы дифференциальной окраски хромосом основаны на действии солевых растворов со строго заданным рН и определенным температурным режимом с последующей обработкой основными красителями-флуорохромами, а метод дифференциальной окраски хроматид основан на способности участка хромосомы, включившего БДУ, изменять состояние своей конденсации и окраски.

G-окрашивание хромосом

G-окрашивание хромосом – самый распространенный метод в клинико-цитогенетической практике базируется на предварительной обработке препаратов хромосом трипсином перед окраской и на использовании нефлуоресцентных красителей или их смесей, типа Романовского-Гимзы. Трипсин удаляет белки, содержащиеся в хромосоме. Идентификацию хромосом обеспечивает чередование темно и светло окрашенных полос. По числу, величине и расположению полос (сегментов) рисунок G-окрашивания аналогичен рисунку при флуоресцентном Q-окрашивании. Темно окрашенные G-сегменты соответствуют флюоресцирующим Q-сегментам. Считается, что окрашенные сегменты – это гетерохроматиновые участки с повторяющимися последовательностями ДНК, а неокрашенные – эухроматиновые районы с кодирующими последовательностями ДНК. Различия в этих двух методах окраски состоят в том, что при Q-окрашивании не светятся гетерохроматиновые центромерные сегменты и РАЙОНЫ ВТОРИЧНЫХ ПЕРЕТЯЖЕК аутосом 1, 9, 16, которые хорошо окрашиваются красителем Гимза, и ярко флюоресцирующие полиморфные сегменты в хромосомах 3,4,13-15,21-22 не выделяются интенсивностью при G-окрашивании. Число полос на кариотип при G-окрашивании варьирует, но в метафазной клетке их число не менее 320, а на стадии прометафазы может достигать и 1250 на гаплоидный набор.

Q- окрашивание хромосом

При этом типе окрашивания хромосомы обрабатывают различными флуорохромами и анализируют их с помощью флуоресцентной микроскопии. Из фулюорохромов чаще всего применяют производные акридина: акрихин, акрихин-иприт. Рисунок каждой хромосомы специфичен по числу, положению и размеру полос по-разному светящихся сегментов, что обеспечивает идентификацию всех хромосом. Стабильность рисунка определяется степенью конденсации хромосом, в прометафазных (длинных) хромосомах крупные однородные полосы разделены на более мелкие. Однако существует истинная вариабельность рисунка, которая определяется выраженностью ярко светящихся сегментов хромосом 3,4,13-15,21,22 и У. Самый крупный светящийся сегмент проявляется в хромосоме У. Он хорошо виден в интерфазных клетках разных тканей и может служить цитологическим показателем пола индивидуума.

С- окрашивание хромосом

При С-окрашивании в хромосомах определяются лишь центромерные и околоцентромерные районы хромосом и длинное плечо хромосомы У. С-окрашивание может быть получено с помощью различных способов G-окрашивания, путем усиления и удлинения сроков действия факторов, модифицирующих хромосомную структуру. По локализации можно выделить 4 типа С- гетерохроматина: собственно центромерный, характерный для всех хромосом; вторичных перетяжек аутосом 1,9,16; коротких плеч акроцентрических хромосом; длинного плеча гоносомы У. Смысл метода в том, что он выявляет структурный гетерохроматин во всех хромосомах и тем самым позволяет оценить хромосомный полиморфизм, т.е индивидуальные отличия по отдельным хромосомам, а также уточнить характер хромосомных перестроек, особенно при идентификации перицентрических инверсий.

R- окрашивание хромосом.

Рисунок при R окрашивании противоположен рисунку при G- окрашивания: R-положительные полосы соответствуют G-отрицательным и наоборот. Интенсивность окраски всех хромосом при этом методе обычно значительно слабее, чем при G-окрашивании, поэтому микроскопия производится под фазовым контрастом. При модификации этого метода можно добиться так называемой Т-окраски, когда более активно выделяются теломерные районы при интенсивном окрашивании по Романовскому-Гимзе. Используется редко, в основном для уточнения хромосомных аномалий в спорных случаях после G- окрашивания.

В свете современных представлений молекулярно-генетическую организацию хромосом можно охарактеризовать следующим образом:

• известно, что различные участки хромосом человека отличаются по количественному содержанию АТ- и ГЦ- пар оснований. В частности Q-сегменты (или совпадающие с ними G - сегменты) соответствуют участкам, богатыми АТ-парами содержащими относительно мало генов, поздно реплицирующиеся, содержат тканеспецифичные гены.

• R-сегменты соответствуют участкам, богатым ГЦ-парами, в них сосредоточено основное число генов, в том числе генов «домашнего хозяйства», продукты которых обеспечивают жизнеспособность клеток (обеспечивают процесс гликолиза, биосинтез аминокислот и нуклеотидов, катаболизм белков и др.), реплицируются рано.