УСТАМИ ВРАЧЕЙ — это медицинский интернет-проект, исключительной особенностью которого является то, что обо всех известных заболеваниях и состояниях организма человека рассказывают профессионалы своего дела.

2 основных метода исследования кариотипа

Кариотип – комплекс свойств хромосом (количество, внешний вид) в ядре эукариотической (ядросодержащей) клетки. Термин также используется для обозначения полного набора хромосом у вида или в отдельном организме.

Кариотип
Фото: https://pixabay.com/illustrations/deoxyribonucleic-acid-dns-genetics-1500068/

Содержание статьи

Что такое кариотип?

Основы генетики

Тело состоит из миллиардов клеток. Есть клетки кожи, сердца, мозга и т. д. Все эти клетки имеют специальные функции в организме, но их объединяет то, что каждая клетка имеет набор хромосом.

Хромосомы — это нитевидные структуры в ядре клеток, которые человек наследует от своих родителей и которые несут генетическую информацию в форме генов. Гены руководят синтезом белков в организме, что определяет, как человек выглядит и функционирует.

Нормальный кариотип состоит из 23 пар хромосом, по одной хромосоме из каждой пары наследуется от матери и отца соответственно. Первые 22 пары называются аутосомами, они определяют уникальные биологические и физиологические особенности человека. 23-я пара состоит из половых хромосом (известных как X или Y), которые определяют половую принадлежность.

Любая ошибка в генетическом кодировании может повлиять на развитие и работу тела. В некоторых случаях это может подвергнуть человека повышенному риску возникновения заболевания или физического/интеллектуального дефекта.

Хромосомные дефекты возникают, когда клетка делится во время развития плода. Любое деление, происходящее в репродуктивных органах, называется мейозом. А деление, происходящее за пределами репродуктивных органов, называется митозом.

Историческая справка

Хромосомы впервые были обнаружены в растительных клетках Карлом Вильгельмом фон Нагели в 1842 году. Их поведение в клетках животных (саламандра) было описано Вальтером Флеммингом, исследователем митоза, в 1882 году. Термин «кариотип» был придуман другим немецким анатомом, Генрихом фон Вальдейером в 1888 г.

Следующий этап произошел после развития генетики в начале 20-го века, когда было признано, что хромосомы — носители генов. Лев Делоне в 1922 году, предполагается, был первым человеком, который определил кариотип как фенотипическое проявление соматических хромосом.

Исследование кариотипа человека заняло много лет, чтобы решить самый основной вопрос: сколько хромосом содержится в нормальной диплоидной (с полным набором хромосом) клетке человека? В 1912 году Ганс фон Винивартер сообщил о 47 хромосомах в сперматогонии (предшественница сперматозоида) и 48 в оогонии (женская половая клетка на раннем этапе развития эмбриона).

Пейнтер в 1922 году не был уверен, содержит ли клетка 46 или 48 хромосом, вначале отдавая предпочтение 46, но пересмотрел свое мнение с 46 до 48.

В учебниках число хромосом человека оставалось на уровне 48 в течение более тридцати лет. Новые методы были необходимы для исправления этой ошибки. Джо Хин Тио, работавший в лаборатории Альберта Левана, отвечал за поиск подхода.

Работа состоялась в 1955 году и была опубликована в 1956 году. Кариотип человека включает только 46 хромосом.

Современные возможности диагностики в исследовании кариотипа. Методы исследования

Кариотипирование предполагает определение и оценку размера, формы и количества хромосом в образце клеток организма, чтобы идентифицировать как числовые, так и структурные дефекты.

Этапы исследования

Сбор образца

Теоретически исследование может быть выполнено на любой жидкости или ткани организма, но в клинической практике образцы получают четырьмя способами:

  1. Амниоцентез предполагает введение иглы в брюшную полость беременной женщины для получения небольшого количества околоплодных вод из полости матки; это выполняется под руководством ультразвука, чтобы избежать вреда для плода. Процедура проводится между 15 и 20 неделями беременности. Процедура относительно безопасна, но увеличивает риск выкидыша.
  2. При изъятии образцов ворсин хориона также используется брюшная игла для извлечения образца клеток из плацентарных тканей. Процедура выполняется между 10 и 13 неделями беременности, также повышает вероятность выкидыша.
  3. Взятие образца крови. Его обычно получают из вены на руке. Кровь затем подвергают воздействию хлористого аммония, чтобы отделить лейкоциты для исследования.
  4. Аспирация костного мозга может быть использована для диагностики хронического миелоидного лейкоза. Под местной анестезией игла вводится в центр бедренной кости и производится забор материала.
 Этапы исследования
Фото: https://www.pexels.com/photo/person-getting-his-blood-check-1350560/

Разделение клеток

Для исследования кариотипа необходимы активно делящиеся клетки, таковыми являются лейкоциты и большинство эмбриональных клеток. При помощи специальных химических веществ в цитогенетической лаборатории они отделяются от не делящихся клеток.

Выращивание клеток

Для исследования требуется большое число клеток. С этой целью происходит их выращивание в специальной среде, содержащей гормоны и химические элементы, которые благоприятствуют делению и размножению клеток. Данный процесс занимает 3 – 4 дня для кровяных клеток и до 7 дней для клеток эмбриона.

Синхронизирование клеток

Хромосомы представляют собой длинную нить ДНК. Чтобы рассмотреть их под микроскопом, они должны иметь наиболее компактную форму во время метафазы (стадия деления). С этой целью происходит обработка клеток специальным веществом, останавливающим деление в момент, когда хромосомы наиболее компактны.

Извлечение хромосом из их клеток

Чтобы исследовать хромосомы при помощи микроскопа, они должны быть извлечены из клеток. На клетки наносится специальный раствор, приводящий к их разрушению. Таким образом, остатки от клеток смываются, а хромосомы остаются прилипшими к предметному стеклу.

Окрашивание

Хромосомы не имеют цвета. Чтобы их отличить друг от друга на предметное стекло наносят краситель. При окрашивании каждая хромосома имеет определённый образец светлых и тёмных полос, позволяющий различать хромосомы. Каждая тёмная или светлая полоса содержит в себе сотни разнообразных генов.

Анализ

После окрашивания хромосомы исследуют при помощи микроскопа. Специалист определяет число и структуру хромосом, а хромосомы располагаются по размеру.

Этапы исследования
Фото: https://pixabay.com/illustrations/mitosis-meiosis-cell-cell-division-3876669/

Способы исследования кариотипа

Классический анализ на кариотип

При данном типе исследования хромосомы окрашиваются различными веществами.

Тип окрашиванияКрасительЦель примененияОсобенности
QАкрихин-ипритАнализ генетического пола, выявление транслокаций между X и Y, Y и аутосомами, скрининг мозаицизма с Y хромосомамиДаёт высоко детализированное изображение. Диагностика проводится под флуоресцентным микроскопом

 

GРаствор красителя ГимзаВыявляет небольшие нарушения, маркерные хромосомыСтандартный метод цитогенетического анализа. Обладает высокой чувствительностью по сравнению с Q
RАкридиновый оранжевый красительИспользуется для определения G и Q отрицательных участковОкрашиваются части хромосом, не проявившие чувствительность при G-окрашивании
CЩёлочьАнализ центральной части хромосомКраситель затрагивает только лишь центромерную и околоцентромерную части во всех хромосомах и длинное плечо Y-хромосомы

 Спектральный метод

Хромосомы окрашиваются флуоресцентными красителями, оседающими на определённых районах. Метод позволяет идентифицировать транслокации между хромосомами, так как транслоцированные части по спектру отличаются от другой хромосомы.

Кому и зачем показано кариотипирование?

Исследование используется для выявления хромосомных аномалий и, таким образом, используется для диагностики генетических заболеваний, некоторых врождённых дефектов и заболеваний крови или лимфатической системы.

Пренатальный период

Анализ кариотипа плода проводится в следующих случаях:

  • если один или несколько скрининговых тестов при беременности (в первом и втором триместрах) показали аномальные результаты;
  • если во время УЗИ обнаружены структурные аномалии и/или патологии развития плода;
  • если есть диагностированные хромосомные аномалии среди членов семьи.

Кариотипирование супругов

Анализ кариотипа супругов во время планирования беременности используется при определённых условиях:

  • для пар с одинаковой наследственной историей генетического заболевания;
  • когда у одного партнёра есть генетическое заболевание;
  • если известно, что у одного партнёра имеется аутосомно-рецессивная мутация (та, которая может вызвать заболевание у будущего ребенка, только если оба партнера вносят одну и ту же мутацию).

Пары, у которых либо не получается зачать ребёнка, либо у них происходят повторяющиеся выкидыши, могут также подвергаться кариотипированию, если все другие причины были изучены и исключены.

Аномальный кариотип. Хромосомные заболевания

Исследование кариотипа позволяет идентифицировать как числовые, так и структурные дефекты. Количественные отклонения предполагают либо слишком малое, либо слишком большое число хромосом, структурные отклонения могут охватывать широкий спектр хромосомных недостатков.

Структурные аномалии

Изменение хромосомной структуры может принимать несколько форм:

Транслокация

Предполагает перенос материала из одной хромосомы в другую. Происходят с частотой 1/500 живорождённых младенцев. Транслокации могут быть унаследованы от родителя-носителя или появиться de novo (заново) без других затронутых членов семьи.

Существует два основных типа транслокаций.

  1. Взаимная — обмен сегментов из двух разных хромосом. Носители взаимной транслокации обычно фенотипически нормальны, но у них увеличенный риск выкидыша.
  2. Робертсоновская транслокация — вся хромосома прикреплена к центральной части другой хромосомы. Носители робертсоновских транслокаций обычно фенотипически нормальны. Тем не менее, у них увеличивается риск выкидыша и рождения ребёнка с хромосомным отклонением.

Редко транслокации могут включать 3 или более хромосом. Другой, менее распространенный тип — это инсерционная транслокация, когда фрагмент хромосомного материала разрывается, а затем повторно вставляется в ту же хромосому в другом месте или прикрепляется к иной хромосоме.

Инверсия

При инверсии случается разрыв одной хромосомы в 2 точках; сломанный кусок затем переворачивается и прикрепляется к той же хромосоме. Инверсии бывают у 1 из 100 младенцев.

Существует 2 типа инверсий:

  • перицентрическая — разрывы находятся на 2 противоположных плечах хромосомы и включают центральную часть. Данный тип инверсии обычно обнаруживается, потому что они изменяют положение центромер;
  • парацентрическая — разрывы происходят только в 1 плече.

Носители таких структурных аномалий обычно фенотипически нормальны, но они подвержены повышенному риску выкидышей, как правило, при парацентрических инверсиях и рождению хромосомно-аномальнмого потомства при перицентрических инверсиях.

Делеция и дублирование

Делеция подразумевает потерю хромосомного материала и, в зависимости от их местоположения, они могут быть классифицированы как терминальные (на концах хромосом) или интерстициальные (в плечах хромосомы). Они могут быть изолированными или встречаться вместе с дублированием другого сегмента хромосомы. Делеция обычно связана с умственной отсталостью и пороками развития.

Аномальный кариотип
Фото: https://pixabay.com/photos/puzzle-dna-research-genetic-piece-2500333/
 Синдром Лежена (СЛ)

Отсутствие короткого плеча хромосомы 5 является причиной СЛ (синдрома «кошачьего крика»), с характерным кошачьим криком в раннем детстве из-за гипоплазии трахеи.

Другие клинические признаки включают:

  • низкий вес при рождении;
  • постнатальную неспособность развиваться;
  • гипотонию;
  • микроцефалию (уменьшение черепа);
  • глазной гипертелоризм (увеличение расстояния);
  • эпикантальные складки;
  • нисходящий наклон глазных щелей;
  • низко посаженные уродливые уши;
  • врождённые пороки сердца и другие аномалии развития.
Клиническая тяжесть синдрома зависит от размера делеции хромосомы. Большие делеции связаны с более тяжелой экспрессией. Делеция обычно находится в хромосоме 5, унаследованной от отца.
Синдром Уильямса (СУ)

СУ связан с небольшой делецией хромосомы 7. Врождённые пороки сердца наблюдаются у 80% пораженных детей. Хотя эти дети часто имеют нормальный вес при рождении, у них есть задержка роста. У них характерный внешний вид лица («лицо эльфа»):

  • широкий лоб;
  • короткий нос с широким кончиком;
  • полные щёки;
  • широкий рот с полными губами.

У многих детей есть проблемы с зубами (маленькие, широко расставленные, кривые или отсутствующие зубы). У детей старшего возраста и взрослых лицо выглядит длиннее и более изможденным.

Умеренная умственная отсталость (средний IQ в диапазоне от 50 до 60) является обычным явлением, но тестирование на развитие выявляет силу в личных социальных навыках и недостатки в когнитивных областях. Гиперкальциемия присутствует у новорождённых. Люди с СУ часто имеют яркую индивидуальность (болтливые и общительные). Тем не менее, примерно 10% детей с СУ имеют признаки расстройства аутистического спектра. Пациенты иногда имеют необычные музыкальные способности (около 20% имеют абсолютную или идеальную высоту звука).

Структурные аномалии
Фото: https://ovp1.ru/genetic/vilyamsa
Синдромы делеции хромосомы 22

Отсутствие хромосомы 22 отвечает за группу состояний. Общие признаки включают:

  • расслоение нёба;
  • недостаточность нёбно-глоточного кольца;
  • характерный внешний вид лица (выступающий нос и широкий носовой корень).

Речь и языковые трудности являются распространёнными, как и лёгкая умственная отсталость. Широкий спектр психических расстройств, включая шизофрению и биполярное расстройство, наблюдался у более чем 33% пострадавших взрослых.

Дупликация хромосомы 15

Дети с этим расстройством, как правило, имеют различную степень нарушения развития и расстройства аутистического спектра; судороги распространены, как и проблемы с поведением. Фенотип демонстрирует минимальные дисморфические черты.

Изохромосомы

Изохромосомы состоят из 2 копий одного и того же плеча хромосомы, соединенных через одну центральную часть и образующих зеркальные изображения друг друга.

Кольцевые хромосомы

Кольцевая хромосома встречаются редко. Она образуется, когда оба конца хромосомы удаляются, а затем соединяются, чтобы образовать кольцо. В зависимости от количества хромосомного материала, которое отсутствует или в избытке (если кольцо является дополнением к нормальным хромосомам), пациент с кольцевой хромосомой может казаться нормальным или почти нормальным или у него может быть умственная отсталость и множественные врожденные аномалии.

Количественные отклонения (анеуплодия)

Нарушения в количестве хромосом происходят из-за случайных ошибок в делении клеток, вызванных быстрым развитием и интенсивным делением на ранних стадиях после оплодотворения. В некоторых случаях создается дополнительная копия хромосомы (трисомия), или клетка может иметь только одну хромосому (моносомия).

Трисомии

Трисомия оказывает чрезвычайно серьёзное влияние на дальнейшее развитие будущего ребёнка.

Трисомия может проявляться в нескольких вариантах:

  • полная – копия хромосомы присутствует во всех клетках;
  • мозаицизм – дополнительная хромосома есть только в некоторых клетках;
  • частичная – в клетках есть только часть третьей хромосомы.
Синдром Дауна (СД)
 Количественные отклонения
Фото: https://www.flickr.com/photos/shebalso/8130193355/

СД является наиболее распространенным количественным отклонением хромосом, при котором имеются три копии 21 хромосомы. Аномалия происходит в 1 из каждых 1000 рождений.

СД чаще всего диагностируется в период новорождённости. У детей, как правило, нормальный вес и длина при рождении, но присутствует гипотония. Характерный внешний вид лица, очевидный при рождении:

  • брахицефалия (голова короткая и широкая);
  • сплющенный затылок;
  • сплющенная переносица;
  • приподнятые глазные щели;
  • эпикантальные (монгольские) складки;
  • большой выступающий язык.

Младенцы также имеют короткие широкие руки, часто с одной поперечной складкой ладоней, и большой промежуток между первым и вторым пальцами. Тяжелая гипотония может вызвать проблемы с питанием и снижение активности.

Синдром Эдвардса (СЭ)

СЭ является второй наиболее распространённой трисомией, при которой присутствует третья копия 18 хромосомы. Она встречается примерно у 1 из 7500 живорождённых. Более 95% беременностей, когда у плода есть трисомия 18, самопроизвольно прерываются в первом триместре. СЭ обычно несовместим с жизнью. Менее 10% пострадавших младенцев доживают до своего первого дня рождения. Большинство детей с СЭ не соответствуют гестационному возрасту.

Клинические признаки включают:

  • выпуклый затылок;
  • микрогнатию (маленькую челюсть);
  • низко посаженные и неправильно сформированные уши;
  • короткую грудину;
  • гипоплазию ногтей.
Кариотип
Фото: https://en.wikipedia.org/wiki/Edwards_syndrome
Синдром Патау (СП)

При СП в клетках присутствует третья копия 13 хромосомы. Аномалия встречается у 1 из 12 000 живорождений. Обычно дети умирают в первый год жизни. Младенцы с СП имеют многочисленные пороки развития.

Распространены лицевые дефекты:

  • циклопия (сращивание глазных яблок);
  • цебоцефалия (единичная ноздря);
  • расщелина губы и нёба;
  • лоб обычно наклонный;
  • уши часто маленькие и деформированные.

Гипоспадия (патология строения пениса) и крипторхизм (яичко не опускается в мошонку) распространены у мальчиков, в то время как у девочек, как правило, гипоплазия малых половых губ. Большинство детей с СП также имеют врождённые пороки сердца.

Синдром Клайнфельтера (СК)

Происходящий в 1 из 500 случаев рождений мальчиков, СК является наиболее распространённой генетической причиной гипогонадизма (недостаточности яичек) и бесплодия у мужчин. Патология вызвана наличием дополнительной Х-хромосомы.

Примерно у 15% мальчиков с СК обнаруживается мозаицизм. До полового созревания мальчики с СК фенотипически неотличимы от остальной части населения. Диагноз часто ставится, когда мальчику 15 или 16 лет.

Подростки и молодые люди с СК, как правило, высокие, имеют длинные конечности. В подростковом или зрелом возрасте возникает гинекомастия (увеличение грудной железы). Из-за неспособности роста и созревания яичек у мужчин с СК наблюдается дефицит тестостерона и невозможность продуцировать «жизнеспособную» сперму.

Из-за низкой выработки тестостерона в яичках не развиваются вторичные половые признаки (волосы на лице, углубление голоса и либидо). В зрелом возрасте развиваются остеопения и остеопороз (кости теряют минеральную плотность). Большинство мужчин с СК бесплодны, потому что они производят мало жизнеспособных сперматозоидов.

Благодаря выделению жизнеспособных сперматозоидов с помощью биопсии яичка в сочетании с экстракорпоральным оплодотворением и внутрицитоплазматической инъекцией сперматозоидов,у мужчин с СК есть шанс на отцовство. У всех детей, рождённых от этих мужчин с помощью этой технологии, был нормальный кариотип.

Моносомии

Моносомия — это форма анеуплоидии с наличием только одной хромосомы из пары. Частичная моносомия возникает, когда только часть клеток имеет одну копию, а остальная часть имеет две копии.

Синдром Тернера (СТ)

СТ — единственное состояние, в котором моносомный плод доживает до срока; однако 99% беременностей заканчиваются самопроизвольным выкидышем. Встречающийся у 1 из 3200 живорождённых девочек, СТ известен своим спектром относительно умеренных физических данных и результатов развития. Пострадавшие женщины, как правило, имеют нормальный интеллект и продолжительность жизни.

Девочки с СТ обычно имеют характерный внешний вид с низко посаженными, слегка уродливыми ушами, треугольным лицом, утолщённой переносицей и эпикантальными складками. Характерна отёчность рук и ног.

Низкий рост является основной характеристикой этого состояния, и, по оценкам, приобретённый гипотиреоз встречается в пять раз чаще у женщин с СТ, чем в общей популяции.

Недоразвитость яичников приводит к дефициту эстрогена (женский гормон), что препятствует развитию у этих женщин вторичных половых признаков и приводит к аменорее (отсутствию менструаций). Хотя 10% женщин с ТС могут иметь нормальное пубертатное развитие и даже являются фертильными, большинству поражённых женщин требуется замещение эстрогена для завершения вторичного полового развития.

Бесплодие у этих женщин не корректируется путем заместительной терапии эстрогенами. Вспомогательная репродуктивная технология с использованием донорских яйцеклеток позволила женщинам с СТ рожать детей. Во время беременности эти женщины должны тщательно наблюдаться.
Аутосомные моносомии

Полные аутосомные моносомии (не связанные с половыми хромосомами) крайне редки. Вполне вероятно, что большинство из них настолько вредны, что являются смертельными на очень раннем этапе развития и, следовательно, приводят к самопроизвольным абортам.

Единственная полная аутосомная моносомия, о которой сообщалось, это моносомия 21, хотя нельзя полностью исключить необнаруженный мозаицизм или частичную моносомию, возникающую в результате тонкой транслокации. Напротив, сообщения о частичных аутосомных делециях встречаются несколько чаще, причём некоторые из них признаны специфическими клиническими синдромами. Как правило, крупные делеции оказывают более значительное влияние на фенотип с ограниченной выживаемостью.

Специальная подготовка к исследованию

Результаты исследования будут не достоверными при следующих условиях:

  • менее чем за две недели до сдачи материала были применены препараты (лекарства, витамины, БАД, пищевые добавки);
  • пациент проходит курс химиотерапии;
  • наличие инфекционного заболевания.

Забор материала проводится на полный желудок, поэтому за час или два до процедуры необходимо покушать.

Если обнаружено отклонение

Если обнаружены хромосомные отклонения, не следует паниковать. Даже при такой ситуации есть возможность выносить и родить здорового ребёнка, при условии соблюдения всех рекомендаций специалиста.

Даже после наступления беременности женщина должна пройти исследование кариотипа, чтобы оценить потенциальные риски. Это поможет принять своевременные меры для предотвращения непроизвольного прерывания беременности.

Если у плода обнаружено отклонение в количестве или в структуре хромосом, то решение по вопросу прерывания беременности принимают супруги. Специалист только обозначает потенциальные последствия и предоставляет рекомендации.

HLA-типирование супругов

Это ещё одно исследование, которое должны выполнить супруги, когда не получается зачать ребёнка или наступившие беременности заканчиваются выкидышами. HLA-типирование – это анализ на совместимость партнёров для зачатия.

HLA-типирование супругов
Фото: https://pixabay.com/photos/blood-sample-lab-laboratory-17305/

Заключение

В ожидании результатов анализа кариотипа вы можете испытывать сильное беспокойство, а неделя или две, необходимые для проведения исследования, могут показаться вечностью. Хотя некоторые из хромосомных аномалий бывают разрушительными, многие люди, живущие с этими патологиями, имеют превосходное качество жизни.

Источники

  1. Учебник Педиатрия по Нельсону.
  2. Nelson Essentials of Pediatrics.
  3. Хроменкова О. Б. Морфология хромосом. Кариотип человека.
Али Мохамед Гамал Эльдин Монсур
Стаж работы 7 лет. Окончил Первый МГМУ им. И.М. Сеченова, кандидат медицинских наук. Работаю в больнице Гамал Эльдин Эль Афгани города Каира. Специализация: гастроэнтерология.
Оценка статьи

Мы приложили много усилий, чтобы Вы смогли прочитать эту статью, и будем рады Вашему отзыву в виде оценки. Автору будет приятно видеть, что Вам был интересен этот материал. Спасибо!

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (2 оценок, среднее: 5,00 из 5)
Загрузка...
Вам будет интересно
К этой статье пока нет комментариев. Сделайте это первым!

Напишите Ваш комментарий