КАРИОТИП

КАРИОТИП (греч, karyon орех, ядро ореха + typos форма, образец) — морфологическая характеристика клеточных ядер биологического вида на стадии метафазы митотического деления.

Термин «Кариотип» введен в цитогенетику Г. А. Левитским в 1924 г. К. описывает совокупность морфол, особенностей полного хромосомного набора, свойственного соматическим клеткам вида (см.Хромосомный набор). К. каждого биол, вида специфичен и характеризуется числом хромосом, их величиной и морфологией. На этом основана отрасль систематики животных и растений — так наз. кариосистематика.

Кариотипирование осуществляют, пользуясь чаще всего фотографиями хромосом, реже непосредственно при микроскопирования Разрабатываются машинные методы кариотипирования, основанные на автоматизированном просмотре (сканировании) хромосом на препаратах и обсчете полученных данных с помощью ЭВМ.

Описание кариотипа на чинают с того, что все хромосомы набора располагают линейно в порядке уменьшения их длины, к-рая может быть выражена в единицах абсолютной или относительной длины, т. е. в процентах от общей длины всех хромосом гаплоидного набора женской клетки. Сходные по размерам хромосомы подразделяют в зависимости от их формы.

Получение препаратов для изучения К. включает следующие этапы: а) накопление размножающихся клеток на стадии метафазы митоза с помощью колхицина и других препаратов, разрушающих аппарат веретена, как правило, в культуре in vitro; б) дозированное воздействие на клетки гипотоническим солевым р-ром; в) фиксация клеток в смеси спирта с уксусной к-той; г) получение тонкого слоя клеточной взвеси на предметном стекле; д) окраска препарата. При исследовании хромосом человека используют культуру клеток крови, кожи и эмбриональных тканей или костный мозг.

На стандартно приготовленных препаратах, когда хромосомы окрашены по длине равномерно (рутинная окраска), их форма определяется положением первичной перетяжки, образующейся в районе локализации центромеры (см.Хромосомы), и может быть охарактеризована количественно при помощи так наз. центромерного индекса (отношения длины короткого плеча ко всей длине хромосомы в процентах). По форме хромосомы располагают в порядке смещения первичной перетяжки из срединного положения (метацентрические хромосомы, центромерный индекс ок. 50%) в концевое (субметацентрические и акроцентрические хромосомы, центромерный индекс меньше 50%). Такая систематизация (кариотипирование) позволяет провести групповую, а для отдельных хромосом — индивидуальную идентификацию. Производить индивидуальную идентификацию помогает присутствие в хромосомах вторичных перетяжек. В 1970 г. разработаны методы неравномерной окраски метафазных хромосом по длине, позволяющие по специфическому рисунку окрашивания идентифицировать все хромосомы набора. Схематичное представление кариотипа, выполненное по данным измерения общей длины хромосом и их центромерного индекса в ряде клеток, составляет идиограмму.

Первые достоверные описания кариотипа человека сделаны в конце 50-х гг. 20 в. после разработки методов, обеспечивающих получение достаточного количества соматических клеток в метафазе митоза, хороший разброс метафазных хромосом на цитол. препарате и их равномерное окрашивание по длине. Это позволило определить точное диплоидное число хромосом, провести по размерам и форме их групповую, а для пяти хромосом — индивидуальную идентификацию. Разработанные позже методы выявления линейной неоднородности 1 хромосомы позволяют безошибочно идентифицировать все хромосомы человека.

Рис. 1. Нормальный мужской Кариотип: представлена групповая идентификация хромосом от А до G, индивидуально идентифицированы хромосомы — 1, 2, 3, 16 и Y; Х-хромосома не различима в группе С (рутинная окраска препарата — хромосомы окрашены равномерно по длине).Рис. 2. Нормальный женский Кариотип: представлена групповая идентификация хромосом от А до G, индивидуально идентифицированы хромосомы 1, 2, З и 16; Х-хромосомы не идентифицируются, стрелкой указана одна из двух хромосом 9 (рутинная окраска препарата — хромосомы окрашены равномерно по длине).Рис. 3. Нормальный мужской Кариотип: представлены групповая (от А до G) и индивидуальная (1—22, Х и Y) идентификации всех хромосом на дифференциально окрашенных (G-окраска) препаратах.Рис. 4. Стандартизованная схема кариотипа человека, составленная по результатам дифференциальных окрасок хромосом (Paris conference, 1971): полный Кариотип человека (1— 2, Y, X); каждая хромосома имеет специфический рисунок дифференциального окрашивания по длине, складывающийся из числа, размеров и взаиморасположения темно и светло окрашивающихся сегментов.Рис. 5. Система обозначения хромосомных сегментов на примере аутосомы 1: р — короткое плечо, q — длинное плечо; цифрами первого порядка нумеруются районы хромосомы (1—3 в плече р, 1—4 в плече q), цифрами второго порядка — сегменты хромосомы раздельно для каждого района (например, 1—3 для района p1, 1 — 2 для района q1); косой штриховкой обозначен сегмент q1, 2, обладающий вариабельностью окраски.Рис. 6. Идиограмма человека: измерения проведены на хромосомах, предварительно идентифицированных с помощью G-окра-ски (цифровые данные — см. таблицу).

Нормальное диплоидное число хромосом человека равно 46, среди них 22 пары аутосом (номера 1—22) и одна пара половых хромосом (XX у женщины и XY у мужчины). Расположенные в порядке уменьшения общей длины и центромерного индекса хромосомы человека на рутинно-окрашенных препаратах подразделяют на семь групп, получивших буквенные обозначения А, В, С, D, E, F, G (рис. 1 и 2). Группа хромосом А состоит из трех пар (1—3) самых крупных метацентрических или субметацентрических хромосом, легко отличимых одна от другой. В группе В (4—5) имеется две пары неразличимых субметацентрических хромосом. Группа С содержит семь пар субметацентрических аутосом (6— 12) и X-хромосому, одну у мужчин и две у женщин. По наличию вторичной перетяжки в околоцентромерном районе длинного плеча иногда удается идентифицировать хромосому 9 (рис. 2), остальные члены этой группы не различимы. Группа D включает три пары (13—15) идентичных по размерам и форме акроцентрических хромосом. В группе E имеется три пары (16—18) аутосом, из которых 16-я легко идентифицируется благодаря почти срединной первичной перетяжке, по размерам короткого плеча иногда различимы пары 17 и 18. Группы F и G содержат по две пары метацентрических (19—20) и акроцентрических (21—22) аутосом соответственно. Внутри групп эти хромосомы не различимы. Короткие плечи акроцентрических хромосом 13—15 и 21—22 несут перетяжку, отделяющую дистальные районы плеч от остальной их части (так наз. спутники). По этому признаку акроцентрики между собой не различаются. Y-хромосома имеет морфол, особенности и, как правило, легко отличима от сходных по форме и размерам хромосом группы G. При кариотипировании ее располагают самой последней. Полное кариотипирование хромосом человека удается после их дифференциальной окраски нек-рыми флюорохромами (акрихином или акрихин-ипритом) — так наз. Q-окраска или нефлюоресцирующими красителями (окраской по Гимзе) — так наз. G- и R-окраски. Каждая хромосома приобретает при этом поперечную исчерченность благодаря неравномерному окрашиванию по длине. Рисунок дифференциального окрашивания постоянен и специфичен для каждой хромосомы, и это обеспечивает идентификацию каждой из них (рис. 3). Разработаны стандартизованная схема К. человека, в к-рой все хромосомы индивидуализированы, и единая система обозначения сегментов, выделяющихся по длине хромосомы (рис. 4, 5). Идентифицируемость всех хромосом человека по дифференциальному окрашиванию позволяет дать их полную идиограмму (рис. 6 и табл.), позволяющую не только качественно, но и количественно оценить К. человека.

Постоянство К., численная и структурная стабильность хромосом — важнейшее условие формирования фенотипически нормального организма человека в ходе индивидуального развития. В рамках сохранения фенотипической нормы существует, однако, определенная индивидуальная кариотипическая изменчивость, создающая в человеческой популяции нормальныйхромосомный полиморфизм (см.). Нек-рую долю в полиморфизм вносят структурные перестройки: внутрихромосомные (перицентрические инверсии) или межхромосомные (сбалансированные, реципрокные транслокации, робертсоновские транс локации). Однако в большей своей части полиморфизм формируется за счет количественной и качественной вариабельности гетерохроматинового материала, локализованного в околоцентромерном районе каждой хромосомы и в длинном плече Y-хромосомы. Этот полиморфизм выявляется с помощью G- и Q-окрасок, обнаруживающих структурный гетерохроматин (см.Хроматин).

Полиморфизм настолько широк, что К. каждого индивида уникален по тонким особенностям строения хромосом. Более серьезные изменения К. (полные и частичные трисомии и моносомии, триплодии и др.) вызывают аномалии соматического, психического и полового развития. Степень их различна: от летального эффекта в раннем эмбриогенезе (несостоявшиеся беременности, ранние спонтанные аборты) до врожденных пороков развития, совместимых с живорождением, но лежащих в основехромосомных болезней (см.). Поэтому изучение К. помогает выяснению причин спонтанных абортов и мертворождение оно необходимо для правильной диагностики хромосомных болезней, для их предупреждения посредством медико-генетического консультирования семей и пренатальной диагностики. Кариотипический анализ используется также в системе тестирования факторов окружающей среды на мутагенную активность.

См. такжеЯдро клетки.

Таблица. Относительная длина* и центромерный индекс** хромосом человека в метафазе митоза

Библиография: Захаров А. Ф. Хромосомы человека (проблемы линейной организации), М., 1977, библиогр.; Основы цитогенетики человека, под ред. А. А. Прокофьевой-Бельговской, М., 1969; Ford E. Human chromosomes, N. Y. — L., 1973; The London conference on the normal human karyotype, 28th— 30th August, 1963, Cytogenetics, v. 2, p. 264, 1963; Paris conference 1971, Standardization in human cytogenetics, ibid., y. 11, p. 313,1972, bibliogr.; A proposed standard system of nomenclature of human mitotic chromosomes, Lancet, v. l,p. 1063, 1960; Schwarzacher H. G. Chromosomes in mitosis and interphase, В. a. o., 1976.

А. Ф. Захаров.

^

Источник: Большая Медицинская Энциклопедия (БМЭ), под редакцией Петровского Б.В., 3-е изданиехарактеристика матрицы судьбы