Cariótipo -Karyotype

Um cariótipo é a aparência geral do conjunto completo de cromossomos nas células de uma espécie ou em um organismo individual, incluindo principalmente seus tamanhos, números e formas. A cariotipagem é o processo pelo qual um cariótipo é discernido pela determinação do complemento cromossômico de um indivíduo, incluindo o número de cromossomos e quaisquer anormalidades.

Cariograma micrográfico de homem humano usando coloração de Giemsa
Cariograma esquemático demonstrando o conhecimento básico necessário para ler um cariótipo.

Um cariograma ou idiograma é uma representação gráfica de um cariótipo, em que os cromossomos são geralmente organizados em pares, ordenados por tamanho e posição do centrômero para cromossomos do mesmo tamanho. A cariotipagem geralmente combina microscopia de luz e fotografia na metáfase do ciclo celular e resulta em um cariograma fotomicrográfico (ou simplesmente micrográfico). Em contraste, um cariograma esquemático é uma representação gráfica projetada de um cariótipo. Em cariogramas esquemáticos, apenas uma das cromátides -irmãs de cada cromossomo é geralmente mostrada por brevidade e, na realidade, elas geralmente estão tão próximas que também parecem uma nas fotomicrografias, a menos que a resolução seja alta o suficiente para distingui-las. O estudo de conjuntos inteiros de cromossomos às vezes é conhecido como cariologia .

Os cariótipos descrevem a contagem de cromossomos de um organismo e como esses cromossomos se parecem sob um microscópio de luz . É dada atenção ao seu comprimento, a posição dos centrômeros , padrão de bandas, quaisquer diferenças entre os cromossomos sexuais e quaisquer outras características físicas. A preparação e estudo de cariótipos faz parte da citogenética .

O número básico de cromossomos nas células somáticas de um indivíduo ou espécie é chamado de número somático e é designado por 2n . Na linhagem germinativa (as células sexuais), o número de cromossomos é n (humanos: n = 23). p28 Assim, em humanos 2n = 46.

Assim, em organismos diploides normais, os cromossomos autossômicos estão presentes em duas cópias. Pode haver, ou não, cromossomos sexuais . As células poliploides têm várias cópias de cromossomos e as células haploides têm cópias únicas.

Os cariótipos podem ser usados ​​para muitos propósitos; como estudar aberrações cromossômicas , função celular , relações taxonômicas , medicina e coletar informações sobre eventos evolutivos passados ​​( cariosistemática ).

Observações sobre cariótipos

Cromossomos em vários estágios da mitose . Os cariogramas são geralmente feitos por cromossomos em prometáfase ou metáfase. Durante essas fases, as duas cópias de cada cromossomo (conectadas no centrômero ) parecerão uma só, a menos que a resolução da imagem seja alta o suficiente para distinguir as duas.
Micrografia de cromossomos humanos antes de processamento adicional. A coloração com Giemsa confere uma cor púrpura aos cromossomos, mas as micrografias são frequentemente convertidas em tons de cinza para facilitar a apresentação dos dados e fazer comparações de resultados de diferentes laboratórios.

Coloração

O estudo dos cariótipos é possível pela coloração . Normalmente, um corante adequado , como o Giemsa , é aplicado após as células terem sido interrompidas durante a divisão celular por uma solução de colchicina geralmente em metáfase ou prometáfase quando mais condensada. Para que a coloração do Giemsa adira corretamente, todas as proteínas cromossômicas devem ser digeridas e removidas. Para os seres humanos, os glóbulos brancos são usados ​​com mais frequência porque são facilmente induzidos a se dividir e crescer na cultura de tecidos . Às vezes, as observações podem ser feitas em células que não se dividem ( interfase ). O sexo de um feto ainda não nascido pode ser previsto pela observação de células interfásicas (consulte centese amniótica e corpúsculo de Barr ).

Observações

Seis características diferentes dos cariótipos são geralmente observadas e comparadas:

  1. Diferenças nos tamanhos absolutos dos cromossomos. Os cromossomos podem variar em tamanho absoluto em até vinte vezes entre os gêneros da mesma família. Por exemplo, as leguminosas Lotus tenuis e Vicia faba têm cada uma seis pares de cromossomos, mas os cromossomos de V. faba são muitas vezes maiores. Essas diferenças provavelmente refletem diferentes quantidades de duplicação de DNA.
  2. Diferenças na posição dos centrômeros . Essas diferenças provavelmente surgiram por meio de translocações .
  3. Diferenças no tamanho relativo dos cromossomos. Essas diferenças provavelmente surgiram do intercâmbio segmentar de comprimentos desiguais.
  4. Diferenças no número básico de cromossomos. Essas diferenças podem ter resultado de sucessivas translocações desiguais que retiraram todo o material genético essencial de um cromossomo, permitindo sua perda sem prejuízo ao organismo (hipótese do deslocamento) ou por fusão. Os humanos têm um par de cromossomos a menos que os grandes símios. O cromossomo humano 2 parece ter resultado da fusão de dois cromossomos ancestrais, e muitos dos genes desses dois cromossomos originais foram translocados para outros cromossomos.
  5. Diferenças no número e na posição dos satélites. Satélites são pequenos corpos ligados a um cromossomo por um fio fino.
  6. Diferenças no grau e distribuição das regiões heterocromáticas . A heterocromatina se cora mais escura que a eucromatina . A heterocromatina está compactada. A heterocromatina consiste principalmente em sequências de DNA geneticamente inativas e repetitivas, além de conter uma maior quantidade de pares Adenina - Timina . A eucromatina geralmente está sob transcrição ativa e cora muito mais claro, pois tem menos afinidade com a coloração giemsa . As regiões da eucromatina contêm quantidades maiores de pares Guanina - Citosina . A técnica de coloração usando coloração giemsa é chamada de banda G e, portanto, produz as típicas "G-Bands".

Um relato completo de um cariótipo pode, portanto, incluir o número, tipo, forma e bandeamento dos cromossomos, bem como outras informações citogenéticas.

A variação é freqüentemente encontrada:

  1. entre os sexos,
  2. entre a linha germinativa e o soma (entre os gametas e o resto do corpo),
  3. entre membros de uma população ( polimorfismo cromossômico ),
  4. na especialização geográfica , e
  5. em mosaicos ou indivíduos anormais.

cariograma humano

Cariograma micrográfico de um homem humano. Consulte o texto da seção para obter detalhes.
Cariograma esquemático de um ser humano. Mesmo em baixa ampliação, dá uma visão geral do genoma humano , com pares de cromossomos numerados, suas principais mudanças durante o ciclo celular (parte superior central) e o genoma mitocondrial em escala (parte inferior esquerda). Consulte o texto da seção para obter mais detalhes.

Ambos os cariogramas micrográficos e esquemáticos mostrados nesta seção têm um layout cromossômico padrão e exibem regiões mais escuras e mais claras como visto no bandamento G , que é a aparência dos cromossomos após tratamento com tripsina (para digerir parcialmente os cromossomos) e coloração com Giemsa mancha . As regiões mais claras são geralmente mais transcricionalmente ativas, enquanto as regiões mais escuras são mais inativas.

Tanto o cariograma micrográfico quanto o esquemático mostram o cariótipo diploide humano normal , que é a composição típica do genoma dentro de uma célula normal do corpo humano e que contém 22 pares de cromossomos autossômicos e um par de cromossomos sexuais (alossomos). Uma grande exceção à diploidia em humanos são os gametas (espermatozoides e óvulos), que são haploides com 23 cromossomos não pareados, e essa ploidia não é mostrada nesses cariogramas. O cariograma micrográfico é convertido em escala de cinza , enquanto o cariograma esquemático mostra o tom roxo como normalmente visto na coloração de Giemsa (e é resultado de seu componente azul B, que mancha o DNA de roxo).

O cariograma esquemático nesta seção é uma representação gráfica do cariótipo idealizado. Para cada par de cromossomos, a escala à esquerda mostra o comprimento em termos de milhões de pares de bases , e a escala à direita mostra as designações das bandas e sub-bandas . Essas bandas e sub-bandas são usadas pelo Sistema Internacional de Nomenclatura Citogenômica Humana para descrever a localização de anormalidades cromossômicas . Cada linha de cromossomos é alinhada verticalmente no nível do centrômero .

Grupos de cromossomos humanos

Com base nas características cariográficas de tamanho, posição do centrômero e, às vezes, na presença de um satélite cromossômico (um segmento distal a uma constrição secundária ), os cromossomos humanos são classificados nos seguintes grupos:

Grupo cromossomos Características
A 1-3 Grande, metacêntrico ou submetacêntrico
B 4-5 Grande, submetacêntrico
C 6-12, X Médio, submetacêntrico
D 13-15 Médio porte, acrocêntrico, com satélite
E 16-18 Pequeno, metacêntrico ou submetacêntrico
F 19-20 Muito pequeno, metacêntrico
G 21-22, Y Muito pequeno, acrocêntrico (e 21, 22 com satélite )

Alternativamente, o genoma humano pode ser classificado da seguinte forma, com base no pareamento, nas diferenças sexuais, bem como na localização dentro do núcleo da célula versus dentro das mitocôndrias :

Copiar número

Cariogramas esquemáticos geralmente exibem um número de cópias de DNA correspondente à fase G 0 do estado celular (fora do ciclo celular replicativo ), que é o estado mais comum das células. O cariograma esquemático nesta seção também mostra esse estado. Neste estado (assim como durante a fase G 1 do ciclo celular ), cada célula possui 2 cromossomos autossômicos de cada tipo (designados 2n), onde cada cromossomo possui uma cópia de cada locus , perfazendo um número total de cópias de 2 para cada local (2c). No centro superior do cariograma esquemático, também mostra o par de cromossomos 3 após ter sofrido a síntese de DNA , ocorrendo na fase S (anotada como S) do ciclo celular. Este intervalo inclui a fase G 2 e a metáfase (anotada como "Meta."). Nesse intervalo, ainda há 2n, mas cada cromossomo terá 2 cópias de cada locus, sendo que cada cromátide irmã (braço do cromossomo) está conectada no centrômero, totalizando 4c. Os cromossomos em cariogramas micrográficos também estão nesse estado, porque geralmente são micrografados na metáfase, mas durante essa fase as duas cópias de cada cromossomo estão tão próximas uma da outra que aparecem como uma, a menos que a resolução da imagem seja alta o suficiente para distinguir eles. Na realidade, durante as fases G 0 e G 1 , o DNA nuclear é disperso como cromatina e não mostra cromossomos visualmente distinguíveis mesmo na micrografia.

O número de cópias do genoma mitocondrial humano por célula humana varia de 0 (eritrócitos) até 1.500.000 ( oócitos ), dependendo principalmente do número de mitocôndrias por célula.

Diversidade e evolução dos cariótipos

Embora a replicação e a transcrição do DNA sejam altamente padronizadas em eucariotos , o mesmo não pode ser dito de seus cariótipos, que são altamente variáveis. Há variação entre as espécies no número de cromossomos e na organização detalhada, apesar de sua construção a partir das mesmas macromoléculas . Esta variação fornece a base para uma série de estudos em citologia evolutiva .

Em alguns casos, há até variações significativas dentro das espécies. Em uma revisão, Godfrey e Masters concluem:

Em nossa opinião, é improvável que um processo ou outro possa ser responsável independentemente pela ampla gama de estruturas cariotípicas observadas... entre espécies estreitamente relacionadas, que antes eram inexplicáveis.

Embora muito se saiba sobre os cariótipos no nível descritivo, e esteja claro que as mudanças na organização do cariótipo tiveram efeitos no curso evolutivo de muitas espécies, não está claro qual poderia ser o significado geral.

Temos uma compreensão muito pobre das causas da evolução do cariótipo, apesar de muitas investigações cuidadosas... o significado geral da evolução do cariótipo é obscuro.

—  Maynard Smith

Mudanças durante o desenvolvimento

Em vez da repressão gênica usual, alguns organismos optam pela eliminação em larga escala da heterocromatina ou outros tipos de ajuste visível ao cariótipo.

  • Eliminação cromossômica. Em algumas espécies, como em muitas moscas ciarídeos , cromossomos inteiros são eliminados durante o desenvolvimento.
  • Diminuição da cromatina (fundador: Theodor Boveri ). Nesse processo, encontrado em alguns copépodes e lombrigas, como Ascaris suum , porções dos cromossomos são descartadas em células específicas. Este processo é um rearranjo do genoma cuidadosamente organizado onde novos telômeros são construídos e certas regiões de heterocromatina são perdidas. Em A. suum , todos os precursores de células somáticas sofrem diminuição da cromatina.
  • X-inativação . A inativação de um cromossomo X ocorre durante o desenvolvimento inicial dos mamíferos (ver corpo de Barr e compensação de dosagem ). Em mamíferos placentários , a inativação é aleatória entre os dois Xs; assim, a fêmea mamífera é um mosaico em relação aos seus cromossomos X. Nos marsupiais é sempre o X paterno que está inativo. Em mulheres humanas, cerca de 15% das células somáticas escapam da inativação, e o número de genes afetados no cromossomo X inativado varia entre as células: nas células fibroblásticas , cerca de 25% dos genes no corpo de Barr escapam da inativação.

Número de cromossomos em um conjunto

Um exemplo espetacular de variabilidade entre espécies estreitamente relacionadas é o muntjac , que foi investigado por Kurt Benirschke e Doris Wurster . O número diplóide do muntjac chinês, Muntiacus reevesi , foi encontrado em 46, todos telocêntricos . Quando eles olharam para o cariótipo do muntjac indiano intimamente relacionado, Muntiacus muntjak , eles ficaram surpresos ao descobrir que ele tinha feminino = 6, masculino = 7 cromossomos.

Eles simplesmente não podiam acreditar no que viam... Eles ficaram quietos por dois ou três anos porque pensaram que algo estava errado com sua cultura de tecido... Mas quando eles obtiveram mais algumas amostras, eles confirmaram [suas descobertas].

—  Hsup. 73-4

O número de cromossomos no cariótipo entre espécies (relativamente) não relacionadas é extremamente variável. O registro mais baixo é do nematóide Parascaris univalens , onde o haploide n = 1; e uma formiga: Myrmecia pilosula . O recorde mais alto estaria em algum lugar entre as samambaias , com a samambaia-língua da víbora, Ophioglossum , à frente, com uma média de 1262 cromossomos. A pontuação máxima para animais pode ser o esturjão Acipenser brevirostrum com 372 cromossomos. A existência de cromossomos supranumerários ou B significa que o número de cromossomos pode variar mesmo dentro de uma população cruzada; e os aneuploides são outro exemplo, embora neste caso não sejam considerados membros normais da população.

número fundamental

O número fundamental, FN , de um cariótipo é o número de braços cromossômicos principais visíveis por conjunto de cromossomos. Assim, FN ≤ ​​2 x 2n, a diferença depende do número de cromossomos considerados monobraçados ( acrocêntricos ou telocêntricos ) presentes. Os humanos têm FN = 82, devido à presença de cinco pares de cromossomos acrocêntricos: 13 , 14 , 15 , 21 e 22 (o cromossomo Y humano também é acrocêntrico). O número autossômico fundamental ou número fundamental autossômico, FNa ou AN , de um cariótipo é o número de braços cromossômicos principais visíveis por conjunto de autossomos ( cromossomos não ligados ao sexo ).

Ploidia

Ploidia é o número de conjuntos completos de cromossomos em uma célula.

  • A poliploidia , onde há mais de dois conjuntos de cromossomos homólogos nas células, ocorre principalmente em plantas. Tem sido de grande importância na evolução das plantas de acordo com Stebbins . A proporção de plantas com flores que são poliplóides foi estimada por Stebbins em 30-35%, mas em gramíneas a média é muito maior, cerca de 70%. A poliploidia em plantas inferiores ( samambaias , cavalinhas e psilotales ) também é comum, e algumas espécies de samambaias atingiram níveis de poliploidia muito superiores aos níveis mais altos conhecidos em plantas com flores. A poliploidia em animais é muito menos comum, mas tem sido significativa em alguns grupos.

As séries poliploides em espécies relacionadas que consistem inteiramente em múltiplos de um único número básico são conhecidas como euploides .

  • Haplo-diploidia , onde um sexo é diplóide e o outro haploide . É um arranjo comum nos Hymenoptera e em alguns outros grupos.
  • A endopoliploidia ocorre quando em tecidos adultos diferenciados as células pararam de se dividir por mitose , mas os núcleos contêm mais do que o número somático original de cromossomos . No endociclo ( endomitose ou endorreduplicação ), os cromossomos em um núcleo 'repouso' sofrem reduplicação , os cromossomos filhos separando-se uns dos outros dentro de uma membrana nuclear intacta . Em muitos casos, os núcleos endopoliploides contêm dezenas de milhares de cromossomos (que não podem ser contados com exatidão). As células nem sempre contêm múltiplos exatos (potências de dois), razão pela qual a definição simples de "um aumento no número de conjuntos de cromossomos causado pela replicação sem divisão celular" não é muito precisa. Este processo (especialmente estudado em insetos e algumas plantas superiores como o milho) pode ser uma estratégia de desenvolvimento para aumentar a produtividade de tecidos altamente ativos na biossíntese. O fenômeno ocorre esporadicamente em todo o reino eucarioto , desde os protozoários até os humanos; é diverso e complexo e serve à diferenciação e à morfogênese de várias maneiras.


  • Veja paleopoliploidia para a investigação de antigas duplicações de cariótipos.

Aneuploidia

Aneuploidia é a condição na qual o número de cromossomos nas células não é o número típico para a espécie. Isso daria origem a uma anormalidade cromossômica , como um cromossomo extra ou um ou mais cromossomos perdidos. Anormalidades no número de cromossomos geralmente causam um defeito no desenvolvimento. A síndrome de Down e a síndrome de Turner são exemplos disso.

Aneuploidia também pode ocorrer dentro de um grupo de espécies intimamente relacionadas. Exemplos clássicos em plantas são o gênero Crepis , onde os números gaméticos (= haplóides) formam a série x = 3, 4, 5, 6 e 7; e Crocus , onde cada número de x = 3 a x = 15 é representado por pelo menos uma espécie. Evidências de vários tipos mostram que as tendências da evolução seguiram direções diferentes em grupos diferentes. Nos primatas, os grandes símios têm cromossomos 24x2, enquanto os humanos têm 23x2. O cromossomo humano 2 foi formado por uma fusão de cromossomos ancestrais, reduzindo o número.

polimorfismo cromossômico

Algumas espécies são polimórficas para diferentes formas estruturais cromossômicas. A variação estrutural pode estar associada a diferentes números de cromossomos em diferentes indivíduos, o que ocorre na joaninha Chilocorus estigma , alguns louva-a-deus do gênero Ameles , o musaranho europeu Sorex araneus . Existem algumas evidências do caso do molusco Thais lapillus (o búzio de cachorro ) na costa da Bretanha , de que os dois morfos cromossômicos são adaptados a diferentes habitats.

Espécies de árvores

O estudo detalhado do bandamento cromossômico em insetos com cromossomos politênicos pode revelar relações entre espécies intimamente relacionadas: o exemplo clássico é o estudo do bandamento cromossômico em drosofilídeos havaianos por Hampton L. Carson .

Em cerca de 6.500 milhas quadradas (17.000 km 2 ), as ilhas havaianas têm a coleção mais diversificada de moscas drosófilas do mundo, vivendo de florestas tropicais a prados subalpinos . Essas cerca de 800 espécies de drosofilídeos havaianos são geralmente atribuídas a dois gêneros, Drosophila e Scaptomyza , na família Drosophilidae .

O bandeamento politênico do grupo 'picture wing', o grupo mais bem estudado de drosofilídeos havaianos, permitiu a Carson elaborar a árvore evolucionária muito antes que a análise do genoma fosse viável. De certo modo, os arranjos dos genes são visíveis nos padrões de bandas de cada cromossomo. Rearranjos cromossômicos, especialmente inversões , permitem ver quais espécies estão intimamente relacionadas.

Os resultados são claros. As inversões, quando plotadas em forma de árvore (e independentes de todas as outras informações), mostram um claro "fluxo" de espécies das ilhas mais antigas para as mais novas. Há também casos de colonização de volta a ilhas mais antigas e saltos de ilhas, mas estes são muito menos frequentes. Usando a datação K-Ar , as ilhas atuais datam de 0,4 milhão de anos atrás (mya) ( Mauna Kea ) a 10mya ( Necker ). O membro mais antigo do arquipélago havaiano ainda acima do mar é o Atol de Kure , que pode ser datado de 30 milhões de anos atrás. O próprio arquipélago (produzido pela placa do Pacífico movendo-se sobre um ponto quente ) existe há muito mais tempo, pelo menos no Cretáceo . Ilhas anteriores agora sob o mar ( guyots ) formam a Cadeia do Monte Submarino do Imperador .

Todas as espécies nativas de Drosophila e Scaptomyza no Havaí aparentemente descendem de uma única espécie ancestral que colonizou as ilhas, provavelmente há 20 milhões de anos. A radiação adaptativa subseqüente foi estimulada pela falta de competição e uma grande variedade de nichos . Embora fosse possível para uma única fêmea grávida colonizar uma ilha, é mais provável que tenha sido um grupo da mesma espécie.

Existem outros animais e plantas no arquipélago havaiano que sofreram radiações adaptativas semelhantes, embora menos espetaculares.

bandamento cromossômico

Os cromossomos exibem um padrão em faixas quando tratados com algumas manchas. As bandas são listras claras e escuras alternadas que aparecem ao longo do comprimento dos cromossomos. Padrões de bandas exclusivos são usados ​​para identificar cromossomos e diagnosticar aberrações cromossômicas, incluindo quebra, perda, duplicação, translocação ou segmentos invertidos de cromossomos. Uma variedade de diferentes tratamentos cromossômicos produz uma variedade de padrões de bandas: bandas G, bandas R, bandas C, bandas Q, bandas T e bandas NOR.

Representação de cariótipos

Tipos de bandagem

A citogenética emprega várias técnicas para visualizar diferentes aspectos dos cromossomos:

  • O bandamento G é obtido com coloração de Giemsa após a digestão dos cromossomos com tripsina . Produz uma série de bandas levemente e escuras - as regiões escuras tendem a ser heterocromáticas, de replicação tardia e ricas em AT. As regiões claras tendem a ser eucromáticas, de replicação precoce e ricas em GC. Este método normalmente produzirá 300-400 bandas em um genoma humano normal . É o método de bandeamento cromossômico mais comum.
  • A banda R é o inverso da banda G (o R significa "reverso"). As regiões escuras são eucromáticas (regiões ricas em guanina-citosina) e as regiões claras são heterocromáticas (regiões ricas em timina-adenina).
  • Bandeamento C: Giemsa liga-se à heterocromatina constitutiva , por isso cora os centrômeros . O nome é derivado de heterocromatina centromérica ou constitutiva. As preparações sofrem desnaturação alcalina antes da coloração levando a uma despurinação quase completa do DNA. Após a lavagem da sonda, o DNA restante é renaturado novamente e corado com solução de Giemsa composta por azure de metileno, violeta de metileno, azul de metileno e eosina. A heterocromatina liga muito do corante, enquanto o restante dos cromossomos absorve pouco dele. A ligação C provou ser especialmente adequada para a caracterização de cromossomos vegetais.
  • Banda Q é um padrão fluorescente obtido usando quinacrina para coloração. O padrão de bandas é muito semelhante ao observado na banda G. Eles podem ser reconhecidos por uma fluorescência amarela de intensidade diferente. A maior parte do DNA corado é heterocromatina. A quinacrina (atebrina) liga-se a ambas as regiões ricas em AT e em GC, mas apenas o complexo AT-quinacrina-complexo fluoresce. Como as regiões ricas em AT são mais comuns na heterocromatina do que na eucromatina, essas regiões são marcadas preferencialmente. As diferentes intensidades das bandas únicas espelham os diferentes conteúdos de AT. Outros fluorocromos como DAPI ou Hoechst 33258 também levam a padrões reprodutíveis característicos. Cada um deles produz seu padrão específico. Em outras palavras: as propriedades das ligações e a especificidade dos fluorocromos não se baseiam exclusivamente em sua afinidade com regiões ricas em AT. Em vez disso, a distribuição de AT e a associação de AT com outras moléculas como histonas, por exemplo, influencia as propriedades de ligação dos fluorocromos.
  • Banda T: visualize os telômeros .
  • Coloração de prata: O nitrato de prata cora a proteína associada à região de organização nucleolar . Isso produz uma região escura onde a prata é depositada, denotando a atividade dos genes rRNA dentro do NOR.

Citogenética clássica do cariótipo

Cariograma de um linfócito feminino humano sondado para a sequência Alu usando FISH .

No cariótipo "clássico" (representado), um corante , muitas vezes Giemsa (G-banding) , menos frequentemente mepacrina (quinacrina) , é usado para corar bandas nos cromossomos. Giemsa é específico para os grupos fosfato do DNA . A quinacrina liga-se às regiões ricas em adenina - timina . Cada cromossomo tem um padrão de bandas característico que ajuda a identificá-los; ambos os cromossomos em um par terão o mesmo padrão de bandas.

Os cariótipos são organizados com o braço curto do cromossomo na parte superior e o braço longo na parte inferior. Alguns cariótipos chamam os braços curto e longo de p e q , respectivamente. Além disso, as regiões e sub-regiões coradas de forma diferente recebem designações numéricas de proximal a distal nos braços do cromossomo. Por exemplo, a síndrome de Cri du chat envolve uma deleção no braço curto do cromossomo 5. Ela é escrita como 46,XX,5p-. A região crítica para esta síndrome é a deleção de p15.2 (o locus no cromossomo), que é escrita como 46,XX,del(5)(p15.2).

FISH multicolorido (mFISH) e cariótipo espectral (técnica SKY)

Cariograma espectral de uma fêmea humana

O FISH multicolorido e a cariotipagem espectral mais antiga são técnicas de citogenética molecular usadas para visualizar simultaneamente todos os pares de cromossomos em um organismo em cores diferentes. As sondas marcadas com fluorescência para cada cromossomo são feitas marcando o DNA específico do cromossomo com diferentes fluoróforos . Como há um número limitado de fluoróforos espectralmente distintos, um método de marcação combinatória é usado para gerar muitas cores diferentes. As combinações de fluoróforos são capturadas e analisadas por um microscópio de fluorescência usando até 7 filtros de fluorescência de banda estreita ou, no caso de cariótipo espectral, usando um interferômetro acoplado a um microscópio de fluorescência. No caso de uma imagem mFISH, cada combinação de fluorocromos das imagens originais resultantes é substituída por uma pseudo cor em um software de análise de imagem dedicado. Assim, cromossomos ou seções cromossômicas podem ser visualizados e identificados, permitindo a análise de rearranjos cromossômicos. No caso da cariotipagem espectral, o software de processamento de imagem atribui uma pseudo cor a cada combinação espectralmente diferente, permitindo a visualização dos cromossomos individualmente coloridos.

cariótipo humano espectral

O FISH multicolorido é usado para identificar aberrações cromossômicas estruturais em células cancerígenas e outras condições de doença quando o bandeamento de Giemsa ou outras técnicas não são precisos o suficiente.

Cariótipo digital

A cariotipagem digital é uma técnica usada para quantificar o número de cópias do DNA em uma escala genômica. Sequências curtas de DNA de loci específicos em todo o genoma são isoladas e enumeradas. Este método também é conhecido como cariótipo virtual . Com essa técnica, é possível detectar pequenas alterações no genoma humano, que não podem ser detectadas por métodos que empregam cromossomos metafásicos. Sabe-se que algumas deleções de loci estão relacionadas ao desenvolvimento de câncer. Essas deleções são encontradas por meio de cariótipo digital usando os loci associados ao desenvolvimento do câncer.

Anormalidades cromossômicas

As anormalidades cromossômicas podem ser numéricas, como na presença de cromossomos extras ou ausentes, ou estruturais, como em cromossomos derivados , translocações , inversões , deleções ou duplicações em larga escala. Anormalidades numéricas, também conhecidas como aneuploidia , geralmente ocorrem como resultado da não disjunção durante a meiose na formação de um gameta ; as trissomias , nas quais três cópias de um cromossomo estão presentes em vez das duas usuais, são anormalidades numéricas comuns. Anormalidades estruturais geralmente surgem de erros na recombinação homóloga . Ambos os tipos de anormalidades podem ocorrer nos gametas e, portanto, estarão presentes em todas as células do corpo de uma pessoa afetada, ou podem ocorrer durante a mitose e dar origem a um mosaico genético individual que possui algumas células normais e outras anormais.

Em humanos

Anormalidades cromossômicas que levam a doenças em humanos incluem

  • A síndrome de Turner resulta de um único cromossomo X (45,X ou 45,X0).
  • A síndrome de Klinefelter , a doença cromossômica masculina mais comum, também conhecida como 47,XXY, é causada por um cromossomo X extra.
  • A síndrome de Edwards é causada pela trissomia (três cópias) do cromossomo 18.
  • A síndrome de Down , uma doença cromossômica comum, é causada pela trissomia do cromossomo 21.
  • A síndrome de Patau é causada pela trissomia do cromossomo 13.
  • A trissomia 9 , considerada a 4ª trissomia mais comum, afeta muitos indivíduos afetados por muito tempo, mas apenas em uma forma diferente de uma trissomia completa, como a síndrome da trissomia 9p ou a trissomia 9 em mosaico. com fala.
  • Também estão documentadas a trissomia 8 e a trissomia 16, embora geralmente não sobrevivam até o nascimento.

Alguns distúrbios surgem da perda de apenas um pedaço de um cromossomo, incluindo

História dos estudos de cariótipo

Os cromossomos foram observados pela primeira vez em células vegetais por Carl Wilhelm von Nägeli em 1842. Seu comportamento em células animais ( salamandras ) foi descrito por Walther Flemming , o descobridor da mitose , em 1882. O nome foi cunhado por outro anatomista alemão, Heinrich von Waldeyer , em 1888. É o novo latim do grego antigo κάρυον karyon , "kernel", "semente" ou "núcleo" e τύπος typos , "forma geral")

A próxima etapa ocorreu após o desenvolvimento da genética no início do século 20, quando se percebeu que os cromossomos (que podem ser observados pelo cariótipo) eram os portadores de genes. O termo cariótipo definido pela aparência fenotípica dos cromossomos somáticos , em contraste com seu conteúdo gênico , foi introduzido por Grigory Levitsky , que trabalhou com Lev Delaunay, Sergei Navashin e Nikolai Vavilov . A história subsequente do conceito pode ser seguida nas obras de CD Darlington e Michael JD White .

A investigação do cariótipo humano levou muitos anos para resolver a questão mais básica: quantos cromossomos contém uma célula humana diplóide normal ? Em 1912, Hans von Winiwarter relatou 47 cromossomos nas espermatogônias e 48 nas ovogônias , concluindo um mecanismo de determinação do sexo XX/XO . Painter em 1922 não tinha certeza se o diplóide dos humanos tinha 46 ou 48, a princípio favorecendo 46, mas revisou sua opinião de 46 para 48 e insistiu corretamente em que os humanos tinham um sistema XX/ XY . Considerando as técnicas da época, esses resultados foram notáveis.

A fusão dos cromossomos ancestrais deixou vestígios distintos de telômeros e um centrômero vestigial

Joe Hin Tjio , trabalhando no laboratório de Albert Levan , descobriu que a contagem de cromossomos era 46 usando novas técnicas disponíveis na época:

  1. Usando células em cultura de tecidos
  2. Pré-tratamento das células em uma solução hipotônica , que as incha e espalha os cromossomos
  3. Interrompendo a mitose na metáfase por uma solução de colchicina
  4. Esmagar a preparação na lâmina forçando os cromossomos em um único plano
  5. Cortando uma fotomicrografia e organizando o resultado em um cariograma indiscutível.

O trabalho ocorreu em 1955 e foi publicado em 1956. O cariótipo humano inclui apenas 46 cromossomos. Os outros grandes símios têm 48 cromossomos. O cromossomo humano 2 é agora conhecido como resultado de uma fusão ponta a ponta de dois cromossomos ancestrais de macacos.

Veja também

Referências

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