کاریوتایپ چیست و چه کاربردهایی دارد؟

هر گونه یوکاریوتی ژنوم هسته ای خود را بین تعدادی کروموزوم که مشخصه  ی آن گونه است تقسیم می کند. به عنوان مثال، یک هسته انسانی هاپلوئید (یعنی اسپرم یا تخمک) به طور معمول دارای 23 کروموزوم (n=23) است و یک هسته انسانی دیپلوئید دارای 23 جفت کروموزوم (2n=46) است.

کاریوتایپ مجموعه کامل کروموزوم های یک فرد را شامل می شود. سلول در مرحله متافاز با  46 ساختار کروموزوم تکثیر شده همراه است، در نتیجه 46 کروموزوم وجود دارد. توجه داشته باشید که کروموزوم ها طول های متفاوتی دارند. در واقع کروموزوم های انسان بر اساس این ویژگی نام گذاری شدند. بزرگترین کروموزوم انسان 1 نامیده می شود، به همین ترتیب کروموزوم طولانی تر بعدی، کروموزم 2 است.

شکل-1: کاریوگرام: تصویری است که به یک متخصص ژنتیک اجازه می دهد تا کاریوتایپ یک فرد را تعیین کند.

لکه ها و رنگ های فلورسنت مختلف در تولید الگوهای نواری مشخص برای تشخیص همه 23 کروموزوم استفاده می شود. تعداد کروموزوم ها بین گونه ها متفاوت است، اما به نظر می رسد که ارتباط بسیار کمی بین تعداد کروموزوم و پیچیدگی یک موجود زنده یا مقدار کل DNA ژنومی آن وجود دارد.

• اتوزوم ها و کروموزوم های جنسی:

اتوزوم ها، کروموزوم ها جفت هستند (طول یکسان، محل سانترومر و الگوی نواری) اما  کروموزوم X و Y شبیه هم نیستند و تحت عنوان کروموزوم های جنسی شناخته می شوند. در مردان یکی از هر کدام کروموزم جنسی وجود دارد در حالی که خانم ها، فقط دو کروموزوم X دارند. اتوزوم ها کروموزوم هایی هستند که در مردان و زنان به یک تعداد وجود دارند در حالی که کروموزوم های جنسی در زنان و مردان یکسان نیستند.

هنگامی که کروموزوم های جنسی برای اولین بار کشف شدند، عملکرد آنها ناشناخته بود و نام   X برای نشان دادن این رمز و راز استفاده شد. بعدی ها Y و سپس Z و سپس W نام گرفتند.

از آنجایی که کروموزوم های جنسی چندین بار در طول تکامل به وجود آمده اند، مکانیسم (های) مولکولی که از طریق آن جنسیت را تعیین می کنند در بین آن موجودات متفاوت است. به عنوان مثال، اگرچه انسان و مگس سرکه هر دو دارای کروموزوم های جنسی X و Y هستند، اما مکانیسم های مختلفی برای تعیین جنسیت دارند .

در پستانداران، کروموزوم های جنسی درست پس از واگرایی دودمان مونوترم از دودمانی که منجر به پستانداران جفتی و کیسه دار شد، تکامل یافتند. بنابراین تقریباً هر گونه پستاندار از سیستم تعیین جنسیت یکسان استفاده می کند. در طول جنین زایی، غدد جنسی به تخمدان یا بیضه تبدیل می شوند. ژنی که فقط روی کروموزوم Y به نام TDF وجود دارد، پروتئینی را کد می کند که غدد جنسی را به بیضه بالغ می کند. جنین های XX این ژن را ندارند و غدد جنسی آنها به جای آن به تخمدان بالغ می شوند. پس از تشکیل بیضه ها هورمون های جنسی تولید می کنند که بقیه جنین در حال رشد را به سمت مرد شدن هدایت می کند، در حالی که تخمدان ها هورمون های جنسی مختلفی می سازند که رشد زنان را تقویت می کند. بیضه ها و تخمدان ها نیز اندام هایی هستند که گامت ها (اسپرم یا تخمک) در آنها تولید می شوند.

کروموزوم جنسی در طول میوز چگونه رفتار می کند؟

 خوب، در آن دسته از افراد با دو کروموزوم یکسان (یعنی جنس هموگامتیک: XX دختر و ZZ پسر) کروموزوم ها جفت می شوند و در طول میوز I مانند اتوزوم ها از هم جدا می شوند. در طول میوز در مردان XY یا زنان ZW (جنس هتروگامتیک) کروموزوم های جنسی با یکدیگر جفت می شوند.

 در پستانداران نتیجه این امر این است که همه سلول های تخمک حامل یک کروموزوم X هستند در حالی که سلول های اسپرم حامل یک کروموزوم X یا Y هستند. نیمی از فرزندان دو کروموزوم X دریافت می کنند و دختر می شوند در حالی که نیمی از آنها X و Y دریافت می کنند و پسر می شوند.

شکل-2: میوز در XY یک پستاندار: مراحل نشان داده شده آنافازI، آنافاز II و اسپرم بالغ است. توجه داشته باشید که چگونه نیمی از اسپرم حاوی کروموزوم Y و نیمی حاوی کروموزوم X هستند.

• آنیوپلوئیدی: تغییرات در تعداد کروموزوم:

تجزیه و تحلیل کاریوتیپ ها می تواند ناهنجاری های کروموزومی، از جمله آنیوپلوئیدی، که افزودن یا کاهش یک کروموزوم از یک جفت همولوگ است را شناسایی کند. به طور خاص، عدم وجود یک عضو از یک جفت کروموزوم همولوگ، مونوزومی نامیده می شود (فقط یکی باقی می ماند). از سوی دیگر، در یک تریزومی، سه همولوگ به جای دو (دیزومی) از یک کروموزوم خاص وجود دارد. انواع مختلف آنیوپلوئیدی.

آشناترین آنیوپلوئیدی انسان تریزومی-21 (یعنی سه نسخه از کروموزوم 21) است که یکی از علل سندرم داون است. بیشتر آنیوپلوئیدی های دیگر انسان در مراحل اولیه رشد جنینی کشنده هستند. توجه داشته باشید که آنیوپلوئیدی معمولاً تنها یک مجموعه از همولوگ ها را در یک کاریوتیپ تحت تأثیر قرار می دهد و بنابراین از پلی پلوئیدی که در آن کل مجموعه کروموزوم تکرار می شود متمایز است.

آنیوپلوئیدی تقریباً همیشه مضر است. آنیوپلوئیدی می تواند به دلیل یک رویداد عدم تفکیک ایجاد شود، که عبارت است از عدم جداسازی حداقل یک جفت کروموزوم یا کروماتید در طول میتوز یا میوز. عدم تفکیک، گامت هایی با کروموزوم های اضافی و از دست رفته ایجاد می کند.

• ناهنجاریهای کروموزومی:

نقص ساختاری در کروموزوم ها نوع دیگری از ناهنجاری است که در کاریوتیپ ها قابل تشخیص است. این نقص ها شامل حذف، تکرار و وارونگی است که همگی شامل تغییرات در بخشی از یک کروموزوم است. درج و جابجایی شامل دو کروموزوم غیر همولوگ است. در یک درج، DNA از یک کروموزوم به صورت یک طرفه به یک کروموزوم غیر همولوگ منتقل می شود. در یک جابجایی، انتقال بخش های کروموزومی دو طرفه و متقابل است، یک جابجایی متقابل.

شکل-3: تغییرات ساختاری در کروموزوم ها.

نقایص ساختاری تنها بخشی از یک کروموزوم (زیر مجموعه ای از ژن ها) را تحت تاثیر قرار می دهد و بنابراین نسبت به آنیوپلوئیدی آسیب کمتری دارد. در واقع، نمونه های زیادی از بازآرایی های کروموزومی باستانی در ژنوم گونه ها از جمله ژنوم انسان وجود دارد. تکثیر برخی از بخش های کروموزومی کوچک، به ویژه، ممکن است با ارائه نسخه های اضافی از برخی ژنها، مزیت تکاملی داشته باشد، که سپس می تواند به روشهای جدید و بالقوه مفید تکامل یابد. ناهنجاری های کروموزومی به روش های مختلفی ایجاد می شوند که برخی از آنها را می توان در خطاهای نادر در فرآیندهای سلولی طبیعی مانند تکثیر DNA ردیابی کرد. شکستگی کروموزوم نیز به ندرت در نتیجه آسیب فیزیکی (مانند پرتوهای یونیزان)، حرکت برخی از انواع ترانسپوزون ها و عوامل دیگر رخ می دهد. در طول ترمیم کروموزوم شکسته، حذف، درج، جابجایی و حتی وارونگی می تواند معرفی شود.

• کاریوتایپینگ یا آنالیز کروموزوم:

کاریوتایپینگ آزمایشی برای بررسی کروموزوم ها در نمونه ای از سلول ها است. این آزمایش می تواند به شناسایی مشکلات ژنتیکی به عنوان علت یک اختلال یا بیماری کمک کند.

• نحوه انجام آزمون:

آزمایش را می توان تقریبا بر روی هر بافتی انجام داد، از جمله:

• مایع آمنیوتیک
• خون
• مغز استخوان
• جفت
• مایع آمنیون
• بیوپسی مغز استخوان

نمونه در ظرف یا لوله مخصوص قرار می گیرد و اجازه می دهد تا در آزمایشگاه رشد کند. سلول ها بعداً از نمونه جدید گرفته شده و رنگ آمیزی می شوند. متخصص آزمایشگاه از میکروسکوپ برای بررسی اندازه، شکل و تعداد کروموزوم های نمونه سلولی استفاده می کند. نمونه رنگ آمیزی شده برای نشان دادن آرایش کروموزوم ها عکس گرفته می شود. به این آزمایش کاریوتایپ می گویند.

مشکلات خاصی را می توان از طریق تعداد یا آرایش کروموزوم ها شناسایی کرد. کروموزوم ها حاوی هزاران ژن هستند که در DNA، ماده ژنتیکی اساسی ذخیره می شوند.

• چرا تست انجام می شود:

 این آزمایش با بررسی دقیق تعداد و تغییرات ساختاری کروموزوم ها به پزشک کمک می کند تا موارد زیر را تشخیص دهد:

• مواردی که نیاز به سقط جنین دارند
• بررسی کودک یا نوزادی که دارای ویژگی های غیر معمول یا تاخیر در رشد است
• آزمایش مغز استخوان یا خون میتواند برای شناسایی کروموزوم فیلادلفیا انجام شود که در ۸۵ درصد افراد مبتلا به لوسمی میلوژن مزمن (CML) یافت میشود.
• آزمایش مایع آمنیوتیک برای بررسی نوزاد در حال رشد از نظر مشکلات کروموزومی انجام می شود.

پزشک شما ممکن است آزمایشهای دیگری را درخواست دهد که همراه با کاریوتایپ هستند:

ریزآرایه (Microarray): بررسی تغییرات کوچک در کروموزوم ها.

هیبریداسیون درجا فلورسنت (FISH): بررسی  اشتباهات کوچکی مانند حذف در کروموزوم ها.

نتایج عادی عبارتند از:

مردان: 44 اتوزوم و 2 کروموزوم جنسی (XY) که به صورت 46، XY نوشته شده است

نتایج غیر طبیعی ممکن است به دلیل یک سندرم یا وضعیت ژنتیکی باشد، مانند:

• سندرم داون
• سندرم کلاین فلتر
• کروموزوم فیلادلفیا
• تریزومی 18
• سندرم ترنر
• عوارض شیمی درمانی

در برخی موارد، ممکن است مشکلی در کشت سلول رخ دهد، در این موراد آزمایش کاریوتایپ باید تکرار شود تا بتوان تأیید کرد که یک مشکل غیر طبیعی در کرموزوم وجود دارد یا خیر.

Mount Royal University & University of Calgary  برگرفته از سایت

Mount Sinai Health Systemبرگرفته شده از سایت

افتخار داریم به اطلاع همه پزشکان متخصص محترم و مراجعین گرامی برسانیم که آزمایشگاه پاتوبیولوژی و ژنتیک لاوازیه آماده ارایه خدمات در زمینه آزمایش Karyotype بر روی نمونه های خون محیطی و مایع آمنیون و مغز استخوان می باشد. جهت کسب اطلاعات بیشتر جهت، لطفا با دپارتمان ژنتیک پزشکی آزمایشگاه تماس حاصل فرمایید.