Il cariotipo È una fotografia del set completo di cromosomi metafasici che descrive in dettaglio gli aspetti del loro numero e della loro struttura. La branca delle scienze mediche e biologiche che si occupa dello studio dei cromosomi e delle malattie correlate è nota come citogenetica..
I cromosomi sono le strutture in cui sono organizzati i geni contenuti nelle molecole di acido desossiribonucleico (DNA). Negli eucarioti sono composti da cromatina, un complesso di proteine istoniche e DNA che è confezionato all'interno del nucleo di tutte le cellule..
Le cellule di ogni essere vivente sulla Terra hanno un numero particolare di cromosomi. I batteri, ad esempio, hanno una sola circolare, mentre gli umani ne hanno 46 organizzati in 23 coppie; e alcune specie di uccelli hanno fino a 80 cromosomi.
A differenza degli esseri umani, le cellule vegetali hanno generalmente più di due serie omologhe (uguali) di cromosomi. Questo fenomeno è noto come poliploidia..
Tutte le istruzioni necessarie per la crescita e lo sviluppo degli esseri viventi, unicellulari o multicellulari, sono contenute nelle molecole di DNA che sono avvolte nei cromosomi. Da qui l'importanza di conoscerne la struttura e le caratteristiche in una specie o in uno qualsiasi dei suoi individui..
Il termine cariotipo fu usato per la prima volta negli anni '20 da Delaunay e Levitsky per designare la somma delle proprietà fisiche caratteristiche dei cromosomi: numero, dimensione e peculiarità strutturali di questi..
Da allora, è utilizzato per lo stesso scopo nel contesto della scienza moderna; e lo studio di esso accompagna molti processi della diagnosi clinica di varie malattie nell'uomo.
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L'insieme di 46 cromosomi (23 coppie) che compongono il genoma umano è noto come cariotipo umano e che sono disposti graficamente secondo caratteristiche quali dimensione e pattern di banding, che è evidente grazie all'utilizzo di speciali tecniche di colorazione..
Delle 23 coppie di cromosomi, solo da 1 a 22 sono disposte in ordine di grandezza. Nelle cellule somatiche, cioè nelle cellule non sessuali, si trovano queste 22 coppie e, a seconda del sesso dell'individuo, maschio o femmina, viene aggiunta una coppia di cromosomi X (donne) o la coppia XY (uomini) ..
Le coppie da 1 a 22 sono chiamate cromosomi autosomici e sono le stesse in entrambi i sessi (maschio e femmina), mentre i cromosomi sessuali, X e Y, sono diversi tra loro..
L'utilità principale di un cariotipo è la conoscenza dettagliata del carico cromosomico di una specie e delle caratteristiche di ciascuno dei suoi cromosomi.
Sebbene alcune specie siano polimorfiche e poliploidi in relazione ai loro cromosomi, cioè abbiano forme e numeri variabili di questi durante il loro ciclo vitale, la conoscenza del cariotipo di solito ci permette di dedurre molte informazioni importanti su di loro..
Grazie al cariotipo, è possibile diagnosticare cambiamenti cromosomici "su larga scala" che coinvolgono grandi frammenti di DNA. Negli esseri umani, molte malattie o condizioni mentalmente disabili e altri difetti fisici sono correlati a gravi anomalie cromosomiche..
I cariotipi sono descritti secondo la notazione approvata dal Sistema Internazionale di Nomenclatura Citogenetica Umana (ISCN). Sistema internazionale di nomenclatura citogenetica umana).
In questo sistema, il numero assegnato a ciascun cromosoma ha a che fare con le sue dimensioni e generalmente sono ordinati dal più grande al più piccolo. I cromosomi sono presentati nei cariotipi come coppie di cromatidi fratelli con il braccio piccolo (p) guardando in alto.
I tipi di cariotipi si distinguono per le tecniche utilizzate per ottenerli. Di solito la differenza sta nei tipi di colorazione o "etichettatura" utilizzati per differenziare un cromosoma da un altro..
Ecco un breve riassunto di alcune delle tecniche conosciute fino ad oggi:
In questo, coloranti come Giemsa e orceina vengono utilizzati per colorare i cromosomi in modo uniforme. È stato ampiamente utilizzato fino ai primi anni '70, poiché erano gli unici coloranti conosciuti per l'epoca..
È la tecnica più utilizzata nella citogenetica classica. I cromosomi vengono precedentemente digeriti con tripsina e poi colorati. Il pattern delle bande ottenuto dopo la colorazione è specifico per ogni cromosoma e consente studi dettagliati della sua struttura..
Esistono metodi alternativi alla colorazione di Giemsa, ma danno risultati molto simili, come la banda Q e la banda R inversa (dove le bande scure osservate sono le bande chiare ottenute con la banda G)..
Colora specificamente l'eterocromatina, specialmente quella che si trova nei centromeri. Colora anche del materiale nei bracci corti dei cromosomi acrocentrici e nella regione distale del braccio lungo del cromosoma Y..
Viene utilizzato per identificare il cromosoma X inattivo e prevede l'aggiunta di un analogo nucleotidico (BrdU).
Storicamente è stato utilizzato per identificare regioni di organizzazione nucleolare che contengono molte copie di RNA ribosomiale e che si trovano nelle regioni centromeriche..
È una tecnica di colorazione fluorescente che distingue l'eterocromatina dai cromosomi 1, 9, 15, 16 e dal cromosoma Y nell'uomo. Viene utilizzato soprattutto per distinguere la duplicazione invertita del cromosoma 15.
Riconosciuto come il più grande progresso citogenetico dopo gli anni '90, è una tecnica potente con cui è possibile distinguere le delezioni submicroscopiche. Utilizza sonde fluorescenti che si legano specificamente alle molecole di DNA cromosomico e ci sono molteplici varianti della tecnica.
Utilizza anche sonde fluorescenti per etichettare in modo differenziale il DNA, ma utilizza standard di confronto noti.
Altre tecniche più moderne non riguardano direttamente l'analisi della struttura cromosomica, ma piuttosto lo studio diretto della sequenza del DNA. Questi includono microarrays, sequenziamento e altre tecniche basate sull'amplificazione PCR (reazione a catena della polimerasi)..
Esistono varie tecniche per effettuare lo studio dei cromosomi o del cariotipo. Alcuni sono più sofisticati di altri, poiché consentono di rilevare piccole impercettibili alterazioni con i metodi più comunemente utilizzati..
Le analisi citogenetiche per ottenere il cariotipo vengono comunemente eseguite da cellule presenti nella mucosa orale o nel sangue (utilizzando i linfociti). Nel caso di studi effettuati su neonati, vengono prelevati campioni dal liquido amniotico (tecniche invasive) o da cellule del sangue fetale (tecniche non invasive).
I motivi per cui viene eseguito un cariotipo sono diversi, ma molte volte vengono eseguiti allo scopo di diagnosticare malattie, studi sulla fertilità o per scoprire le cause di aborti ricorrenti o morti e tumori fetali, tra le altre ragioni..
I passaggi per eseguire un test del cariotipo sono i seguenti:
1-Ottenere il campione (qualunque sia la sua fonte).
Separazione di 2 cellule, un passaggio di vitale importanza, soprattutto nei campioni di sangue. In molti casi è necessario separare le cellule in divisione dalle cellule in divisione usando reagenti chimici speciali..
Crescita di 3 cellule. A volte è necessario far crescere le cellule in un mezzo di coltura adatto per ottenerne una maggiore quantità. Questa operazione potrebbe richiedere più di un paio di giorni, a seconda del tipo di campione..
4-Sincronizzazione delle celle. Per osservare i cromosomi condensati in tutte le cellule cresciute contemporaneamente, è necessario "sincronizzarli" mediante trattamenti chimici che arrestano la divisione cellulare quando i cromosomi sono più compatti e, quindi, visibili.
5-Ottenere cromosomi dalle cellule. Per vederli al microscopio, i cromosomi devono essere "estratti" dalle cellule. Questo di solito si ottiene trattandoli con soluzioni che li fanno scoppiare e disintegrarsi, liberando i cromosomi..
6-colorazione. Come evidenziato in precedenza, i cromosomi devono essere colorati con una delle tante tecniche disponibili per poterli osservare al microscopio ed eseguire lo studio corrispondente..
7-Analisi e conteggio. I cromosomi vengono osservati in dettaglio per determinarne l'identità (nel caso di conoscerla in anticipo), le loro caratteristiche morfologiche come la dimensione, la posizione del centromero e il pattern delle bande, il numero di cromosomi nel campione, ecc..
8-Classificazione. Uno dei compiti più ardui dei citogenetici è quello della classificazione dei cromosomi confrontandone le caratteristiche, poiché è necessario determinare quale cromosoma è quale. Questo perché, poiché c'è più di una cellula nel campione, ci sarà più di una coppia dello stesso cromosoma..
Prima di descrivere le diverse alterazioni cromosomiche che possono esistere e le loro conseguenze per la salute umana, è necessario prendere confidenza con la morfologia generale dei cromosomi.
I cromosomi sono strutture dall'aspetto lineare e hanno due "braccia", una piccola (p) e uno più grande (che cosa) separati l'uno dall'altro da una regione nota come centromero, un sito di DNA specializzato coinvolto nell'ancoraggio del fuso mitotico durante la divisione cellulare mitotica.
Il centromero può essere posizionato al centro dei due bracci p Y che cosa, lontano dal centro o vicino a uno dei suoi estremi (metacentrico, submetacentrico o acrocentrico).
Alle estremità dei bracci corti e lunghi, i cromosomi hanno dei “cappucci” noti come telomeri, che sono particolari sequenze di DNA ricche di ripetizioni TTAGGG e che sono responsabili della protezione del DNA e della prevenzione della fusione tra i cromosomi..
All'inizio del ciclo cellulare, i cromosomi sono visti come singoli cromatidi, ma quando la cellula si replica, si formano due cromatidi fratelli che condividono lo stesso materiale genetico. Sono queste coppie cromosomiche che si osservano nelle fotografie dei cariotipi..
I cromosomi hanno diversi gradi di "impaccamento" o "condensazione": l'eterocromatina è la forma più condensata ed è trascrizionalmente inattiva, mentre l'eucromatina corrisponde alle regioni più sciolte ed è trascrizionalmente attiva.
In un cariotipo, ogni cromosoma si distingue, come evidenziato sopra, per le sue dimensioni, la posizione del suo centromero e il motivo a bande quando colorato con tecniche diverse..
Dal punto di vista patologico possono essere specificate alterazioni cromosomiche specifiche che vengono regolarmente osservate nelle popolazioni umane, sebbene altri animali, piante e insetti non ne siano esenti..
Le anomalie spesso hanno a che fare con delezioni e duplicazioni di regioni di un cromosoma o di cromosomi completi.
Questi difetti sono noti come aneuploidie, che sono alterazioni cromosomiche che comportano la perdita o il guadagno di un cromosoma completo o di parti di esso. Le perdite sono note come monosomie e i guadagni sono noti come trisomie e molti di questi sono letali per lo sviluppo dei feti.
Possono anche verificarsi casi di inversioni cromosomiche, in cui l'ordine della sequenza genica cambia a causa di rotture simultanee e riparazioni errate di alcune regioni del cromosoma..
Le traslocazioni sono anche alterazioni cromosomiche che comportano cambiamenti in grandi porzioni di cromosomi che vengono scambiate tra cromosomi non omologhi e possono o non possono essere reciproche..
Esistono anche alterazioni legate al danneggiamento diretto della sequenza di geni contenuti nel DNA cromosomico; e ce ne sono anche alcuni relativi agli effetti dei "segni" genomici che il materiale ereditato da uno dei due genitori può portare con sé..
L'analisi citogenetica delle alterazioni cromosomiche prima e dopo la nascita è essenziale per l'assistenza clinica completa dei neonati, indipendentemente dalla tecnica utilizzata a tale scopo..
La sindrome di Down è una delle patologie più comunemente rilevate dallo studio del cariotipo e ha a che fare con la non disgiunzione del cromosoma 21, motivo per cui è anche nota come trisomia 21.
Alcuni tipi di cancro vengono rilevati dallo studio del cariotipo, poiché sono correlati a cambiamenti cromosomici, in particolare la delezione o la duplicazione di geni direttamente coinvolti nei processi oncogeni.
Alcuni tipi di autismo vengono diagnosticati dall'analisi del cariotipo ed è stato dimostrato che, nell'uomo, la duplicazione del cromosoma 15 è coinvolta in alcune di queste patologie.
Tra le altre patologie associate alle delezioni nel cromosoma 15 c'è la sindrome di Prader-Willi, che causa sintomi come mancanza di tono muscolare e deficit respiratori nei neonati..
La sindrome del "gatto che piange" (dal francese cri-du-chat) comporta la perdita del braccio corto del cromosoma 5 e uno dei metodi più diretti per la sua diagnosi è attraverso lo studio citogenetico del cariotipo.
La traslocazione di parti tra i cromosomi 9 e 11 caratterizza i pazienti affetti da disturbo bipolare, specificamente correlato alla rottura di un gene sul cromosoma 11. Altri difetti su questo cromosoma sono stati osservati anche in vari difetti congeniti.
Secondo uno studio condotto da Weh et al.Nel 1993, oltre il 30% dei pazienti affetti da mieloma multiplo e leucemia plasmacellulare presenta cariotipi con cromosomi le cui strutture sono aberranti o anormali, soprattutto sui cromosomi 1, 11 e 14.
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