Каріотип людини

Вперше мытотичны хромосоми людини були описані в роботах Дж. Арнольда (1879) і В. Флеммінга (1882). У наступні роки різні оцінки їх кількості давали результати від 47 до 49 хромосом, причому у чоловіків і жінок знаходили різний їх число. Ці перші дослідження проводилися на гістологічних зрізах тестикул або яєчників. У той час техніка отримання зрізів була така, що мітози в готових препаратах були, як правило, зруйновані, хромосоми накладалися одна на іншу, утворюючи погано піддаються аналізу конфігурації. Ці труднощі вдалося подолати тільки до 50-их рр. XX ст., Коли для отримання препаратів хромосом стали використовувати суспензії клітин, вирощених в клітинних культурах. Так, перші препарати хромосом людини з хорошим дозволом були отримані з клітин фібробластів ембріона легкого, вирощених в клітинній культурі. Суспензії клітин промивали гіпотонічним розчином, в результаті чого клітини набрякали і лопалися, а хромосоми вільно розподілялися на склі. Пізніше цей спосіб був вдосконалений. Перед гіпотонічним шоком на клітини впливали колхицином – речовиною, яка, руйнуючи нитки веретена розподілу, зупиняє мітоз на стадії метафази, коли хромосоми найбільш легко ідентифікувати. Цей прийом дозволив отримати велике число клітин в метафазі мітозу, а приготовані таким чином препарати найбільш зручні для підрахунку хромосом. Користуючись подібним методичним підходом, в 1955 р А. Леван і Дж. Тіо, вивчивши 261 метафазну пластинку, прийшли до висновку, що кількість хромосом у людини одно 46, причому як в чоловічих, так і в жіночих клітинах. Ці результати ознаменували виникнення нової галузі досліджень – клінічної цитогенетики. В даний час цитогенетика людини досягла високого рівня і знаходиться на передньому краї фундаментальної цитогенетики.
Препарати хромосом людини можна приготувати з будь-яких тканин і клітинних суспензій, але лише якщо в них містяться діляться клітини, т. К. Поза процесом поділу (під час інтерфази) хромосоми деспіралізуются і переходять у стан хроматину. Найчастіше препарати готують з клітин кісткового мозку, короткочасної культури клітин крові або з перещеплюваної культури фібробластів. Найбільш простий і доступний метод культивування клітин крові – лейкоцитів і лімфоцитів. Мітози в таких культурах стимулюють штучно. Щоб зупинити життєвий цикл клітин в прометафазі, в них пригнічують утворення веретена поділу за допомогою речовин з колхіціноподобнимі властивостями. Для вільного розподілу хромосом на склі клітини обробляють гіпотонічним розчином, викликаючи гіпотонічний шок. Потім препарат фіксують сумішшю етанолу та оцтової кислоти, висушують і фарбують.

Застосовуючи стандартні методи, хромосоми забарвлюють цілком, рівномірно і інтенсивно, після чого їх систематизують, нумеруя пари від 1 до 23, згідно Денвера класифікації, прийнятої в 1960 р
У каріотипі людини розрізняють метацентріческая, субметацентріческіе і акроцентріческіе хромосоми, розміри яких варіюють від 11 до 2,5 мкм. Враховуючи відносну довжину плечей, положення центромери і центромерного індекс, який відображає відсоткове сооотношеніе довжин короткого плеча і всієї хромосоми, 23 пари хромосом людини підрозділяють на 7 груп (рис. 4.7). До групи А (№ 1-3) входять пари найбільш великих метацентричної аутосом. Група В (№ 4-5) об’єднує дві пари субметацентріческіе хромосом, нерозпізнаних між собою. Група С (№ 6-12) містить сім пар аутосом середнього розміру. Розміри і форма цих хромосом неоднакові, проте стандартні методи фарбування не дозволяють їх ідентифікувати. До групи D (№ 13-15) об’єднані три пари акроцентріческіх хромосом середнього розміру, морфологічно схожих між собою. Всі хромосоми групи D містять супутник, подовжене тільце, відокремлене від основної частини хромосоми тонкої хроматиновой ниткою. Супутник не завжди виявляється, може бути дуже великим, а іноді і подвійним. Довжина короткого плеча цих хромосом також мінлива. До групи Е (№ 16-18) відносяться три пари майже метацентричної хромосом, з яких у 16-й парі центромера найбільш близька до середини, а дві інші пари не відрізняються один від одного. Група F містить дрібні метацентріческая аутосоми (№ 19-20), група G – дрібні акроцентріческіе (№ 21-22). Усередині груп F і G пари хромосом невиразні. Довжина коротких плечей у них мінлива, як і у хромосом групи D. Короткі плечі хромосом груп D і G містять райони ядерцевого організатора. Перераховані 22 пари хромосом відносяться до аутосомам, однаковим у чоловіків і жінок.
Статеві хромосоми складають 23-у пару. У жінок це дві Х-хромосоми. У чоловіків – Х- і Y-хромосоми. Статева Х-хромосома відрізняється від аутосом групи С. При стандартному фарбуванні вона включається до складу цієї групи: № 6-12 і Х. Чоловіча статева Y-хромосома є акроцентріче ської, подібна по морфології з хромосомами групи G, але її легко відрізнити за морфологічними критеріям. Довжина короткого плеча Y-хромосоми мінлива і індивідуальна, причому варіанти довжини плеча успадковуються від батька до сина. Y-хромосома, на відміну від хромосом останньої групи, не має супутників. У інтерфазних ядрах кінцева ділянка довгого плеча Y-хромосоми можна виявити в складі хроматину, користуючись специфічним фарбуванням акрихін-іпритом: в результаті ця ділянка виявляється як яскрава пляма діаметром 0,3-1,0 мкм.
У багатьох хромосомах людини виявлені ламкі (фрагільної) ділянки, піддані хромосомним і хроматидні розривів. Такі розриви легко отримати в клітинних культурах, видаляючи фолієву кислоту з живильного середовища культивованих клітин. В даний час показано, що одна з форм розумової відсталості людини пов’язана з наявністю певного фрагільної ділянки в кінцевому районі довгого плеча Х-хромосоми.
Довжина однієї і тієї ж хромосоми у різних фазах мітозу різна, оскільки конденсація хромосом триває до кінця метафази. Крім того, їх конденсація значно посилюється у присутності застосовується для приготування препаратів колхіцину.
Сучасні цитогенетичні методики дозволяють ідентифікувати по морфології всі пари хромосом на препараті, а в ряді випадків і хромосоми всередині однієї пари. Суть цих методик полягає в диференціальному фарбуванні хромосом по довжині, що забезпечується порівняно простими температурно-сольовими впливами на фіксовані хромосоми або використанням специфічних барвників. Диференціальне фарбування призводить до появи лінійного малюнка по довжині хромосоми (рис. 4.8). У цьому випадку вони виглядають складаються з поперечно-смугастих, по-різному забарвлених сегментів. Кожній парі хромосом притаманний індивідуальний малюнок исчерченности за рахунок неоднакових розмірів сегментів. У дрібних хромосомах малюнок утворюється одиничними сегментами, у великих хромосомах сегментів багато. Загальне для нормального хромосомного набору число забарвлених і нефарбованих сегментів в метафазі становить близько 400. У прометафазних хромосомах, які не так сильно спіралізують, число сегментів більше – до 850 і більше.
Різні типи сегментів отримали позначення G, Q, R, С, і T – за назвами методів, за допомогою яких вони виявляються. Так, С-сегменти пов’язані з виявленням конститутивного, або структурного, гетерохроматина. У різних хромосомах розмір С-сегментів неоднаковий, але вони містяться у всіх хромосомах людини. Вони знаходяться близько центромер у всіх хромосомах, а також в дистальної частини довгого плеча Y-хромосоми, на довгих плечах 1, 9 та 16-й пар хромосом. Невеликі блоки структурного гетерохроматину виявляються в плечах 2-ї пари і Х-хромосом. У акроцентріческіх хромосомах гетерохроматин С-сегментів розташований в коротких плечах. Накопичених відомостей кажуть, що в різних популяціях людини розміри сегментів гетерохроматина значно різняться. Морфологічні особливості сегментів успадковуються за законами Менделя. Ще один тип сегментів – Т – виявляється також за допомогою специфічних методів фарбування і присутній у теломерна районах всіх хромосом.

Індивідуальна сукупність різних сегментів, що розрізняються по ширині і інтенсивності фарбування, утворює цитологічну карту кожної хромосоми. Засновані на диференціальному фарбуванні хромосом цитологічні карти мають виняткове значення для розвитку цитогенетики людини. За допомогою цих карт стало реальним з’ясувати походження аномальних хромосом, аж до точного опису районів, що втягуються в ту чи іншу форму хромосомного порушення. На міжнародних нарадах за номенклатурою в цитогенетики людини була розроблена і введена в практику система позначення сегментів нормальних хромосом і хромосом, які зазнали тих чи інших структурним перебудовам.
Подальше вдосконалення методів фарбування хромосом дозволило виявити до 1000 смуг на всіх 23-х хромосомах людини, характерних для гаплоидного набору. В середньому на хромосому при цьому доводиться 50 смуг, хоча на деяких хромосомах їх можна виявити в кілька разів більше. Кожна смуга містить в середньому від декількох десятків до сотень генів.

Питання
1. Коли вчені описали каріотип людини? Які методичні підходи при цьому використовувалися?
2. Що таке метацентріческая, субметацентріческіе і акроцентріческіе хромосоми? Наведіть приклади з кариотипа людини.
3. Дайте класифікацію кариотипа людини відповідно до міжнародних стандартів.
4. Що таке диференціальне фарбування хромосом? У чому його значення?

Посилання на основну публікацію