آنالیز کاریوتایپ: تاریخچه، مبانی، انواع

تاریخچه کاریوتایپ

در سال 1968، Torbjörn Caspersson مشاهده کرد که وقتی کروموزوم‌های گیاهی با ترکیبات فلورسنت کویناکرین رنگ‌آمیزی می‌شوند، به طور یکنواخت رنگ نمی‌شوند، بلکه مجموعه‌ای از مناطق تیره و روشن را در طول هر کروموزوم ایجاد می‌کنند. علاوه بر این، هر جفت کروموزوم با الگوی متفاوتی به رنگ فلورسانس در می آمدند، به طوری که کروموزوم‌هایی که قبلاً غیر قابل تشخیص بودند اکنون می‌توانستند امکان شناسایی آنها وجود داشت.(1)

کاسپرسون و همکارانش سپس توجه خود را از گیاهان به مطالعه کروموزوم های انسانی معطوف کردند. آنها فرض کردند که کویناکرین مشتق شده از خردل (QM) ترجیحاً به باقی مانده‌های گوانین متصل می‌شود، بنابراین مناطق غنی از C-G کروموزوم‌ها باید «نوارهای» روشن‌تری تولید کنند، در حالی که مناطق غنی از A-T دارای نوارهای تیره هستند.

اگرچه در نهایت معلوم شد که این نواحی غنی از A-T هستند که به شدت نورفلورسنت را جذب می کنند. در سال 1971 کاسپرسون وهمکاران با موفقیت یک اثر منحصر به فرد را گزارش کردند که موجب تولید الگوی “باندبندی” برای هر جفت کروموزوم انسانی می شد.(2،‌3)(شکل 1)

برای اولین بار، هر کروموزوم انسانی می توانست به طور مثبتی شناسایی شود. اما این روش بسیار دست و پا گیر بود. از طرفی به یک میکروسکوپ فلورسانس نسبتاً گران قیمت و اتاقی نیاز داشت که بتوان آن را تاریک کرد، تا فلورسانس پس از چند دقیقه محو بشود، بنابران امکان تجزیه و تحلیل میکروسکوپی سریع آن وجود نداشت.

این مشکلات یک سال بعد برطرف شد، زمانی که Drets and Shaw روشی را برای ایجاد الگوهای باندی مشابه با استفاده از یک پیش تیمار قلیایی و نمکی و سپس رنگ‌آمیزی با Giemsa (ترکیبی که برای شناسایی،اسمیر خون، در  protozoan که باعث ایجاد مالاریا می‌شود) توصیف کردند (4).

اگر چه نام‌گذاری‌های کروموزومی که توسط Drets و Shaw پیشنهاد شده بود،‌ برای برخی از کروموزوم ها تغییر کرده‌اند، اما این روش و تغییرات متوالی آن، کاربرد گسترده تکنیک‌های سیتوژنتیک بالینی را تسهیل کرد. به دلیل محدودیت در دسترسی به افراد آموزش دیده که تخصص مناسب و لازم را دارا باشند، تعداد و ظرفیت آزمایشگاه‌هایی را که می‌توانستند این روش‌ها را انجام دهند محدود بود (از برخی جهات هنوز صادق است)، اما خود این فناوری اکنون با هر امکاناتی در دسترس است.

به لطف انبوهی از کاربردهای تحقیقاتی این روش،‌ شناسایی دقیق مناطق کوچکتر و کوچکتر کاریوتیپ امکان پذیر شد و ژن ها با سرعت بالا بر روی کروموزوم ها مپ شدند.

مولکول دئوکسی ریبونوکلئیک اسید (DNA)  ماده خام وراثتی است و در نهایت بر تمام جنبه های ساختار و عملکرد بدن انسان تأثیر می گذارد. یک مولکول منفرد از DNA، همراه با پروتئین های مرتبط، یک کروموزوم را تشکیل می دهد. کروموزوم ها در هسته تمام سلول های انسانی (به استثنای گلبول های قرمز بالغ) قرار دارند و هر سلول انسانی حاوی 23 جفت کروموزوم مختلف است.

ژن ها واحدهای عملکردی اطلاعات ژنتیکی هستند که در بر روی هر یک از 23 جفت کروموزوم قرار دارند. اطلاعات ژنتیکی موجود در کروموزوم ها کپی شده و در طول تقسیم سلولی به سلول های تازه ایجاد شده توزیع می شود.

سازماندهی DNA

کروماتین انسانی از یک مولکول پیوسته DNA تشکیل شده است که با پروتئین های هیستونی و غیرهیستونی کمپلکس شده است. DNA در یک سلول دیپلوئید انسانی، اگر کشیده شود، تقریباً 2 متر طول خواهد داشت،‌ بنابراین باید به طور قابل توجهی متراکم شود تا در هسته سلول قرار گیرد (5). چندین سطح از سازماندهی DNA وجود دارد که این امکان را فراهم می کند.

مارپیچ DNA خود اولین سطح این تراکم است. سپس، دو مولکول از هر یک از هیستون های H2A، H2B، H3 و H4 یک هسته پروتئینی به نام اکتامر را تشکیل می دهند. مارپیچ دوگانه DNA 7/1 بار به دور اکتامر می‌پیچد تا یک نوکلئوزوم 10 نانومتری، پایه ای ترین واحد ساختاری کروماتین، را تشکیل دهد.

نوکلئوزوم های مجاور توسط یک یک لنکر که هیستون H1 است به هم وصل می شوند. تکرار این بخش به کروماتین ظاهری مانند “تسبیح و مهره” می دهد. نوکلئوزوم‌ها جهت فشردگی بیشتر به شکل یک سلونوئید 30 نانومتری پیچیده می‌شوند که هر چرخش آن حاوی حدود شش نوکلئوزوم است.

سولنوئیدها توسط پروتئین های غیرهیستونی بصورت لوپ های DNAای  به یکدیگر متصل می شوند. این لوپ ها جهت بوجود آوردن واحدهای بسیار فشرده‌ (کروموزوم) مجددا فشرده می شوند، که با میکروسکوپ نوری فقط در طی تقسیم سلولی قابل مشاهده هستند. کروموزوم ها در طول متافاز میتوزی به بیشترین میزان تراکم خود می رسند. (شکل 2)

سازماندهی کروموزوم

یک کروموزوم از دو کروماتید خواهری تشکیل شده است که هر کدام از یک مارپیچ دوگانه منقبض و فشرده از DNA تشکیل شده است. سانترومر، تلومر و نواحی سازماندهی هسته ای مناطق اصلی و مجزای کروموزوم ها هستند. شکل (3)

سانترومر

سانترومر یک ناحیه ی فشرده است که روی کروموزوم های متافازی قابل مشاهده است که در آن دو کروماتید خواهری به هم متصل شده اند. سانترومر برای بقای کروموزوم در طول تقسیم سلولی ضروری است. برهمکنش با دوک میتوزی در طی تقسیم سلولی در ناحیه سانترومریک رخ می دهد. فیبرهای دوک میتوزی عناصر عملکردی هستند که کروماتیدهای خواهری را در طول تقسیم سلولی از هم جدا می کنند.

کروموزوم های انسانی بر اساس موقعیت سانترومر روی کروموزوم گروه بندی می شوند. سانترومر در کروموزوم‌های متاسانتریک نزدیک به وسط، در کروموزوم‌های آکروسانتریک نزدیک به یکی از انتهاها و در کروموزوم‌های ساب متاسانتریک بین وسط و انتهای آن قرار دارد.

دستگاه kinetochore یک ساختار پیچیده‌ متشکل از پروتئین‌هایی است که در سطح مولکولی موجب اتصال کروموزوم‌ها به رشته‌های دوک در طول تقسیم سلولی می شوند. اگرچه کینتوکور DNA در ناحیه سانترومر قرار دارد، نباید آن را با سانترومر اشتباه گرفت در واقع کینه توکور محل اتصال فیبر دوکی است.

مناطق سازمان دهنده هسته ای

ماهواره‌های کروموزوم‌های آکروسانتریک انسان حاوی نواحی سازمان‌دهنده هسته‌ای (NORs) هستند که به این دلیل به این اسم نامیده می‌شوند چرا که این مناطق همان جایی هستند که هسته‌ها در سلول‌های اینترفاز تشکیل می‌شوند. NOR ها همچنین محل ژن های RNA ریبوزومی و تولید rRNA هستند. در انسان، از نظر تئوری 10 منطقه سازمان دهنده هسته ای وجود دارد، اگرچه ممکن است همه آنها در طول هر چرخه سلولی فعال نباشند.

تلومرها

تلومرها انتهای فیزیکی کروموزوم ها هستند. تلومرها به عنوان کلاهک های محافظ انتهای کروموزوم عمل می کنند و از همجوشی انتها به انتها کروموزوم ها و تخریب DNA ناشی از شکستگی کروموزوم جلوگیری می کنند.

پروتئین های غیرهیستونی با DNA تلومری برای محافظت از انتهای کروموزوم ها در برابر نوکلئازهای واقع در سلول کمپلکس تشکیل می دهند (6). ناحیه تلومریک هم چین در  تشکیل سیناپسیس در طول میوز نیز نقش دارد. به نظر می رسد جفت شدن کروموزوم ها در نواحی ساب تلومری آغاز می شود (7).

تلومرها حاوی تکرارهای پشت سر هم از بازهای نیتروژنی TTAGGG بیش از 3 تا 20 کیلوبایت در انتهای کروموزوم هستند(8). در نوک کروموزوم، دو رشته به یک نقطه یکسان ختم نمی‌شوند و در نتیجه یک دم کوتاه غنی از G ایجاد می‌شود که تک رشته‌ای است. به همین دلیل، سنتز DNA در تلومرها شکسته می شود و تلومرها به طور متفاوتی نسبت به سایر انواع DNA های خطی تکثیر می شوند.

آنزیم تلومراز با استفاده از یک الگوی RNA که جزء آنزیم تلومراز است، نسخه‌های جدیدی از تکرار تلومر TTAGGG را سنتز می‌کند. تلومراز همچنین از کوتاه شدن تدریجی کروموزوم ها که از چرخه های زیاد تکثیر طبیعی DNA ناشی می شود، ممانعت می کند. طول تلومر به تدریج با روند پیری و با افزایش تعداد تقسیمات سلولی در کشت کاهش می یابد(9).

کروماتین

دو نوع اصلی کروماتین در سلول های یوکاریوتی وجود دارد: یوکروماتین و هتروکروماتین.  Euchromatin به طور کمتری فشرده شده، گسترش یافته و پیچش کمتری نسبت به سایر بخش ها دارد.

این کروماتین حاوی ژن‌های فعال، زودتر تکثیر شونده است  و با تکنیک‌های باندینگ GTG به آرامی رنگ می‌گیرد. دو نوع خاص از هتروکروماتین وجود دارد: هتروکروماتین اختیاری و هتروکروماتین اجباری. هر دو از نظر ژنتیکی غیرفعال هستند و در مرحله سنتز (S) میتوز دیرتر از سایر نقاط تکثیر می شوند و به شدت فشرده می شوند.

هتروکروماتین اجباری

هتروکروماتین اجباری شامل تکرارهای ساده ای از بازهای نیتروژنی است که عموماً در اطراف سانترومرهای همه کروموزوم ها و در انتهای کروموزوم Y قرار دارند. هیچ ژن رونویسی شده ای در مناطق هتروکروماتین اجباری وجود ندارد، که خود این واقعیت را توضیح می دهد که تغییرات در مناطق هتروکروماتیک اجباری کروموزوم ها ظاهراً تأثیری بر فنوتیپ ندارد. کروموزوم های 1، 9، 16 و Y دارای نواحی هتروکروماتیک اجباری با اندازه های متفاوت هستند.

نواحی هتروکروماتیک این کروموزوم‌ها با تکنیک‌های مختلف رنگ‌آمیزی بصورت متفاوتی رنگ‌ می‌ شوند، که این نشان می‌دهد ساختار DNA این نواحی مشابه ساختار نواحی یوکروماتیک روی همان کروموزوم‌ها نیست. تنها عملکرد ثابت شده هتروکروماتین اجباری، تنظیم تبادل ژن ها در اثر کراسینگ اوور از یک کروماتید خواهری به کروماتید دیگر در طول تقسیم سلولی است.

هتروکروماتین اختیاری

در هرکدام از سلولهای زنان،‌ یک کروموزوم X به طور تصادفی غیرفعال می شود. X غیرفعال شده در طول اینترفاز متراکم می شود و در مرحله سنتز چرخه سلولی دیرتر از سایرین تکثیر می شود که به این مورد هتروکروماتین اختیاری می گویند. از آنجایی که این نواحی غیر فعال هستند، پیشنهاد شده است که احتمالا هتروکروماتین اختیاری در تنظیم عملکرد ژن نقش دارد.(10)

تقسیم سلولی

یکی از شرایط لازم و ضروری جهت درک سیتوژنتیک، درک تقسیم سلولی است. برای مطالعه کروموزوم ها با استفاده از تکنیک های سیتوژنتیک سنتی به سلول های تقسیم شده نیاز است و از طرفی بسیاری از ناهنجاری های سیتوژنتیکی ناشی از اشتباهات در تقسیم سلولی است. دو نوع تقسیم سلولی وجود دارد: میتوز و میوز. میتوز تقسیم سلول های سوماتیکی است، در حالی که میوز نوع خاصی از تقسیم است که فقط در سلول های جنسی در راستای تولید گامت ها رخ می دهد.

چرخه سلولی

به طور متوسط چرخه سلولی در پستانداران حدود 17 تا 18 ساعت طول می کشد و از شروع یک اینترفاز در طی تقسیم سلولی تا شروع اینترفاز بعدی طول می کشد (11). چرخه سلولی به چهار مرحله اصلی تقسیم می شود. سه مرحله اول، gap 1 (G1), synthesis (S), and gap 2 (G2),، اینترفاز را تشکیل می دهند. چهارمین و آخرین مرحله چرخه سلولی میتوز(M) است.شکل (4)

مرحله اول، G1، طولانی ترین مرحله است و معمولاً حدود 9 ساعت طول می کشد (11). کروموزوم ها به صورت تک کروماتیدی در این مرحله وجود دارند. سلول ها در طول G1 از نظر متابولیکی فعال هستند و در این مرحله است که سنتز پروتئین ها انجام می شود. یک سلول ممکن است در این مرحله به طور دائمی متوقف شود او دیگر تحت تقسیم بیشتر قرار نگیرد. این فاز متوقف شده به عنوان شکاف صفر (G0)  نامیده می شود.

پس از شکاف 1 (G1)‌ مرحله سنتز (S)  انجام می شود که در سلول های پستانداران حدود 5 ساعت طول می کشد (11). این در این مرحله است که سنتز DNA اتفاق می افتد. DNA خود را تکثیر می کند و کروموزوم ها از دو کروماتید خواهر یکسان تشکیل می شوند.

برخی از DNA ها در اوایل فاز S و برخی دیگر دیرتر تکثیر می شوند. DNA تکثیر شونده زود هنگام حاوی بخش بیشتری از ژن های فعال نسبت به DNA دیرهنگام است. با استفاده از تکنیک‌های استاندارد G-banding، نوارهای روشن معمولاً زود تکثیر شونده هستند، در حالی که نوارهای تیره و کروموزوم X غیرفعال در ماده‌ها در اواخر فاز S تکثیر می‌شوند و اصطلاحا دیر تکثیر شونده هستند.

G2 حدود 3 ساعت طول می کشد (11). در طی این مرحله، سلول برای انجام تقسیم سلولی آماده می شود. تکمیل G2 نشان دهنده پایان اینترفاز است.

نامگذاری کروموزوم‌های انسان

پیشرفت تکینک های تشخیصی و کشف عدد کروموزومی دقیق انسانی، موجب افزایش تحقیقات در حیطه ی سیتوژنتیک گردید. چندسال بعد تخصص جدید به نام سیتوژنتیک انسانی بوجود امد که به بسیاری از پدیده های پزشکی پاسخ داد.

در آن زمان اطلاعات کمی وجود داشت و کسی نمیدانست که سیتوژنتیک انسانی، ستون فقرات “ژنتیک انسانی” امروزی را تشکیل می دهد و پاسخ به سؤالاتی چون تولید مثل، رفتار، پیری و بیماری های انسانی را ارائه می دهد و در عین حال دانشی را ایجاد می کند که می تواند در درمان و پیشگیری از بسیاری از اختلالات به کار رود.

کشف علت کروموزومی سندرم داون، سندرم ترنر، سندرم کلاینفلتر، سندرم ادواردز، و سندرم پاتائو اطلاعات بیشتری به این دانش افزود، که تغییرات در تعداد و ساختار کروموزوم دیپلوئید طبیعی می‌تواند باعث ناهنجاری‌های فنوتیپی شدید و اختلالات ذهنی شود. محقیقن مختلف با کار مستقل، اصطلاحات و نامگذاری های خود را برای توصیف ناهنجاری های کروموزومی ابداع کردند.

نتیجه ی این عمل سردرگمی در تفسیر نتایج علمی بود، در همین حین نیاز به دستورالعمل ها و استانداردسازی اصطلاحات ضروری شد. در کنفرانسی که در دنوربرگزار شد، 14 شرکت کننده از کشورهای مختلف به مدت 3 روز با هم بحث و تبادل نظر پرداختند. در پایان، آنها بر سر دستورالعمل ها و پروتکل هایی جهت توصیف کروموزوم های انسانی و ناهنجاری های کروموزومی به توافق رسیدند. نتیجه ی این کنفراس تولید پروتکلی بود به نام: سیستم استاندارد پیشنهادی برای نامگذاری کروموزوم های میتوزی انسانی (3).

اگرچه اصول اولیه پذیرفته شده در کنفرانس دنور تا به امروز بصورت غالب استفاده می شود، اما فن آوری های جدید و دانش روزافزون در حیطه ی سیتوژنتیک انسانی باعث شده پروتکل ها نامگذاری نیاز مبرمی به بازنگری دوره ای و به روز رسانی دارند. نامگذاری کنفرانس شیکاگو به طور گسترده ای از سال 1966 تا 1971 در دوران پیش باند استفاده می شد. (شکل4).

در کنفرانس پاریس این امر گسترش بیشتری یافت تا بتوان کروموزوم ها را بصورت نواری توصیف کرد (شکل 5). در کنفرانس  .ISCN استکهلم در سال 1977، این اقدامات به عنوان سیستم بین المللی برای نامگذاری سیتوژنتیک انسانی یا شناخته شد.

هر ISCN بر اساس سال انتشار خود مشخص می شود. در سال1995، ISCN (International System for Human Cytogenetic Nomenclature)  یک سیستم کدگذاری یکسان برای تعیین ناهنجاری های کروموزومی مادرزادی و اکتسابی و همچنین برای توصیف و گزارش نتایج به دست آمده از روش های هیبریداسیون درجا ایجاد کرد.

کروموزوم های انسانی

از 46 کروموزوم موجود در یک سلول سوماتیک طبیعی انسان، 44 کروموزوم اتوزوم و 2 کروموزوم جنسی هستند. اعداد به بصورت ترتیبی و نزولی از نظر طول، اندازه و موقعیت سانترومر به هر جفت کروموزوم اختصاص داده می شوند. در یک زن طبیعی کروموزوم های جنسی XX و در یک مرد نرمال XY هستند.

تا زمان پیدایش تکنیک‌های اختصاصی رنگ‌آمیزی، شناسایی جفت‌ کروموزوم های منفرد بر اساس اندازه و موقعیت سانترومر بود. تنوع در موقعیت سانترومر کروموزوم های مختلف باعث شد تا آنها به سه دسته اصلی طبقه بندی شوند. کروموزومی که سانترومر آن در وسط باشد، متاسانتریک است، کروموزومی که سانترومر آن به یک انتها نزدیکتر است، ساب متاسانتریک است، و کروموزومی که سانترومر آن تقریباً در یک انتها قرار دارد، آکروسنتریک است. (شکل 6)

بر اساس کاهش اندازه نسبی و موقعیت سانترومر، کاریوتیپ متشکل از هفت گروه با برچسب A تا G ابداع شد. در این دسه بندی، کروموزوم X متعلق به گروه سوم یا “C” بود، در حالی که کروموزوم Y اغلب بصورت جداگانه قرار می گرفت. اگرچه هنوز گاهی اوقات از این روش دسته بندی استفاده می شود، اما بصورت کلی این نامگذاری گروه ها بصورت حروف در حال حاضر منسوخ تلقی می شود.

باندبندی کروموزوم ها و شناسایی آنها

شناسایی بی چون و چرای کروموزوم ها و مناطق کروموزومی، با پیشرفت های فنی اواخر دهه 1960 امکان پذیر شد. هنگامی که کروموزوم های آماده شده با محلول‌های رقیق آنزیم‌های پروتئولیتیک (تریپسین، پپسین، و غیره) یا محلول‌های نمکی (2X  SSC) تریت می‌شوند و با رنگ های کروماتین مانند گیمسا رنگ آمیزی می‌شوند، خطوط متناوب رنگ‌آمیزی تیره و روشن به نام نوارها در طول هر کروموزوم ظاهر می‌شوند.

الگوهای نواربندی تولید شده برای هر جفت کروموزوم منحصر به فرد است، بنابراین نه تنها شناسایی کروموزوم های منفرد، بلکه مناطق درون هر کروموزوم را نیز ممکن می سازد. روش‌هایی که معمولاً برای تولید این الگوهای نواربندی استفاده می‌شوند عبارتند از: Giemsa یا G-banding، quinacrine mustard یا Q-banding، R-banding و هتروکروماتین اجباری یا C-banding، که هر کدام الگوهای منحصر به فرد خود را دارند.

در ایالات متحده و کانادا، متداول‌ترین روش‌های مورد استفاده برای آنالیز سیتوژنتیکی معمول، باندهای G و Q هستند (شکل 5)، در حالی که در کشورهای دیگر (به عنوان مثال، فرانسه)، R-banding رایج تر است. گاهی اوقات از روش‌های باندبندی دیگری برای نشان دادن ناهنجاری‌های خاص یا مناطق کروموزومی استفاده می‌شود. اختصاراتی که معمولاً برای نشان دادن تکنیک‌های مختلف نواربندی استفاده می‌شوند، در جدول 1 نشان داده شده:

مناطق کروموزومی و تعیین نوارها

جزئیات کروموزومی نشان داده شده توسط تکنیک های نواربندی جدید، معرفی اصطلاحات اضافی و اصطلاحات موجود در هر تکنیک را ضروری می کند. این کار توسط یک کمیته تخصصی در چهارمین کنگره بین المللی ژنتیک انسانی در پاریس انجام شد. نتایج حاصله از این کمیته به عنوان کنفرانس پاریس (1971) منتشر شد (Standardization in Human Cytogenetics). این پروتکل از طریق یک نمایش نموداری از الگوی نواربندی، مورفولوژی نوارها را برای هر کروموزوم تشریح کرد (شکل7).

کنفرانس پاریس (1971) یک سیستم شماره گذاری را معرفی کرد که برای تعیین نوارها و مناطق خاص در هر نوار مفید بود. اصطلاحات و اختصارات جدید برای کمک به توضیح ناهنجاری های کروموزومی به روشی مناسب تر معرفی شدند. سپس کنفرانس‌های دیگری برگزار شد که یکی از آنها کنفرانس ممفیس در سال 1994 برگزار بود که جهت توصیف کروموزوم‌های انسانی و ناهنجاری‌های آنها از یک سری نمادها و اختصارات استفاده کردند. فهرست جزئی از نمادها و اختصارات توصیه شده در ISCN، در جدول 2 آورده شد.

سانترومر “cen” کروموزوم را به یک بازوی کوتاه یا “p” (از کلمه فرانسوی petit) و یک بازوی بلند یا “q” تقسیم می کند. برای توصیف بهتر، سانترومر به دو قسمت تقسیم شده است. بخشی از سانترومر که بین وسط آن و اولین نوار روی بازوی کوتاه قرار دارد به عنوان “p10” مشخص می شود. به طور مشابه، بخشی از سانترومر که بین وسط و اولین نوار روی بازوی بلند قرار دارد، به عنوان “q10” تعیین می شود.

نامگذاری‌های p10 و q10 به ما امکان می‌دهند ماهیت و سازماندهی سانترومرها را در ایزوکروموزوم‌ها، جابه‌جایی‌های کل بازو و جابه‌جایی‌های رابرتسونی به‌طور دقیق توصیف کنیم. هر بازو به یک پایانه ختم می شود «ter»، (بنابراین «pter» و «qter»)، جایی که تلومرها جهت جلوگیری از، از دست رفتن انتهاهای کروموزوم ها وجود دارند.

هر بازوی کروموزوم به یکسری مناطق دیگر تقسیم می شود. این تقسیم بر اساس نشانه های مشخصی است که در هر کروموزوم وجود دارد (landmark) . بنا به تعریف، landmark عبارت است از «یک ناحیه مورفولوژیکی ثابت و متمایز از یک کروموزوم که به شناسایی آن کروموزوم کمک می کند. دو ناحیه بلافاصله مجاور سانترومر به عنوان “1” (p1 و q1)، دیستال بعدی به عنوان “2” و بقیه به همین شکل تعیین می شوند. مناطق به باندها و باندها به زیر باندها تقسیم می شوند.

نوار بخشی از کروموزوم است که به دلیل روشن تر یا تیره بودن شدت رنگ آمیزی به طور مشخص با ناحیه مجاور متفاوت است. شماره گذاری متوالی بازوها و باندهای کروموزومی به تفکیک باندها کمک می کند. به عنوان مثال، باندهای انتهایی در طول کروموزوم 2 را می توان به صورت q372 ریپورت کرد که به معنای کروموزوم 2، بازوی بلند، ناحیه 3، باند 7 است و به صورت “دو q سه-هفت” خوانده می شود، نه “دو q سی و هفت”.

تعریف کاریوتایپ

توصیف کاریوتایپ از قوانین اساسی خاصی پیروی می کند. هنگام گزارش کاریوتایپ، اولین موردی که مشخص می شود، تعداد کل کروموزوم هاست، شامل کروموزوم های جنسی موجود در آن سلول، و به دنبال آن یک کاما و کروموزوم های جنسی به ترتیب می آیند. بنابراین، کاریوتایپ طبیعی زن به صورت ,XX46 و کاریوتایپ مرد نرمال به صورت 46,XY نوشته می شود. بقیه کاراکترها به هم پیوسته هستند، بدون فاصله بین آن ها.

ناهنجاری های کروموزومی، در صورت وجود، بعد از ذکر نام کروموزوم های جنسی با استفاده از علامت های اختصاری یا نمادهایی که هر ناهنجاری را نشان می دهند،‌ مشخص می شوند (جدول2). این موارد به ترتیب خاصی فهرست شده‌اند: ابتدا ناهنجاری‌های کروموزوم جنسی و سپس تغییرات اتوزومی در ترتیب عددی توضیح داده می‌شوند. برای هر کروموزوم توصیف شده، تغییرات عددی قبل از ناهنجاری های ساختاری فهرست شده است. ISCN یک «سیستم دقیق» را ارائه می‌کند که در آن کروموزوم‌های غیرطبیعی را می‌توان با تمام تغییرات ساختاری به تفصیل از انتها به انتها توصیف کرد.

ناهنجاری های عددی کروموزوم ها

اصطلاح “ناهنجاری عددی” به افزایش یا از دست دادن کروموزوم ها اشاره دارد. همانطور که در بالا ذکر شد، تمام این ناهنجاری ها به ترتیب عددی ارائه می شوند به استثنای X و Y که همیشه در ابتدا لیست می شوند. برای تعیین یک کروموزوم اضافی یا یک کروموزوم از دست رفته به اضافه (+) و منها (–)، قبل از شماره کروموزوم مربوطه قرار می گیرند. بنابراین، 7 -، 18+ به معنای یک کروموزوم 7 از دست رفته و یک کروموزوم اضافی 18 است. توجه داشته باشید که این ناهنجاری‌ها به ترتیب عددی ارائه می‌شوند، صرف نظر از اینکه شامل افزایش یا از دست دادن کروموزوم می‌شوند.

توجه داشته باشید که این ناهنجاری ها به بعنوان ناهنجاری عددی در نظر گرفته می شوند، صرف نظر از اینکه شامل افزایش یا از دست دادن کروموزوم می شوند. علامت + همچنین می‌تواند برای نشان دادن کپی‌های اضافی از کروموزوم‌های مشتق شده یا کروموزوم‌های مارکر باشد، به عنوان مثال، +der یا +mar استفاده شود.

ناهنجاری های عددی مربوط به کروموزوم های جنسی

این ناهنجاری ها می توانند مادرزادی یا اکتسابی باشند. همانطور که در مثال های زیر نشان داده شده است، علائم + و- برای تعیین آنوپلوئیدی های کروموزوم جنسی اصلی لازم نیست.

45,X         مونوزومی X یا سندرم ترنر

47,XXY     سندروم کلاین فلتر

47,XXX     زنی با 3 کروموزوم X

48,XXYY   نوعی سندرم کلاین فلتر با دو کروموزوم X و دو کروموزوم Y

آنیوپلوئیدی های کروموزوم جنسی اکتسابی

45,X,-X    این نوع کاریوتایپ مربوط به یک زن طبیعی با دو کروموزوم X را توصیف می کند که یکی از کروموزوم های X خود را در سلول های توموری از دست داده است.

47,XX,+X این نوع کاریوتایپ مربوط به یک زن طبیعی با دو کروموزوم X و وجود یک کروموزوم X اضافی در سلول های تومور است.

ناهنجاری های ساختاری کروموزوم ها

این دسته از ناهنجاری ها شامل چندین زیر کلاس است. هم همانطور که قبلا هم ذکر شد، تمام کروموزوم های درگیر در ناهنجاری ها به ترتیب عددی تعیین می شوند، به جز X و Y که در ابتدا ی گزارش نوشته می شوند. هنگام تعیین یک ناهنجاری که به یک کروموزوم منفرد محدود می شود، از مخفف آن ناهنجاری استفاده می شود و به دنبال آن عدد کروموزوم در پرانتز قرار می گیرد [به عنوان مثال [e.g., r(X), del(2), ins(4), dup(5)].

اگر دو یا چند کروموزوم در یک بازآرایی دخیل باشند، مانند جابه‌جایی‌ها، از نقطه ویرگول (;) برای جدا کردن اعداد کروموزوم درون پرانتز استفاده می‌شود [e.g., t(3;4), t(2;5;10;) or t(15;17)]. در اینجا هم کروموزوم ها به ترتیب عددی فهرست می شوند مگر اینکه کروموزوم جنسی درگیر باشد [e.g., t(X;1) or t(Y;15)]. اگر در همان سلول، یک کروموزوم خاص هم در یک بازآرایی عددی و هم در یک بازآرایی ساختاری دخیل باشد، ابتدا ناهنجاری عددی ذکر می‌شود [e.g., +13,t(13;14)].

آموزش آنالیز کاریوتایپ بصورت مقدماتی در:

 

References

 Caspersson, T., Farber, S., Foley, G.E., et al. (1968) Chemical differentiation along metaphase chromosomes. Exp. Cell Res. 49, 219–222.

 Caspersson, T., Zech, L., and Johansson, C. (1970) Differential binding of alkylating fluorochromes in human chromosomes. Exp. Cell Res. 60, 315–319.

 Caspersson, T., Lomakka, G., and Zech, L. (1971) The 24 fluorescence patterns of the human metaphase chromosomes—distinguishing characters and variability. Hereditas 67, 89–102.

 Drets, M.E. and Shaw, M.W. (1971) Specific banding patterns in human chromosomes. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 68, 2073–2077.

Sharma, T. (ed.) (1990). Trends in Chromosome Research. Narosa Publishing House, New Delhi.

Zakian, V.A. (1989) Structure and function of telomeres. Annu. Rev. Genet. 23, 579–604.

Lese, C.M. and Ledbetter, D.H. (1998) The means to an end: exploring human telomeres. J Assoc. Genet. Technol. 24(5), 165–170.

Moyzis, R.K. Buckingham, J.M., Cram, L.S., Dani, M., Deaven, L.L., Jones, M.D., Meyne, J., Ratcliffe, R.L., and Wu, J. (1988) A highly conserved repetitive DNA sequence, (TTAGGG)n present at the telomeres of human chromosomes. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 85, 6622–6626.

Smith, S. and De Lange, T. (1997) TRF1, a mammalian telomeric protein. Trends Genet. 13, 21–26.

Therman, E. and Susman, M. (1993) Human Chromosomes: Structure, Behavior, and Effects. Springler-Verlag, New York.

Barch M.J., Knutsen T., and Spurbeck J.L. (eds.) (1997) The AGT Cytogenetic Laboratory Manual. Raven-Lippincott, Philadelphia