Кариотип человека и его исследование¶
Кариотип человека — это полный набор хромосом соматической клетки организма человека, характеризующийся определённым числом, размером, формой и структурой хромосом. Кариотип является видоспецифичным признаком: для Homo sapiens нормальный диплоидный набор составляет 46 хромосом (23 пары), из которых 22 пары являются аутосомами и одна пара — половыми хромосомами (XX у женщин, XY у мужчин).
¶История исследования
Изучение кариотипа человека началось в конце XIX века, однако точный подсчёт числа хромосом долгое время оставался затруднительным из-за несовершенства микроскопической техники. В 1912 году немецкий цитолог Ганс фон Винивартер ошибочно определил диплоидное число как 47, и эта ошибка сохранялась в научной литературе более трёх десятилетий.
Решающий прорыв произошёл в 1956 году, когда шведские цитогенетики Джо Хин Тьо и Альберт Леван, применив новую методику обработки клеток гипотоническим раствором, достоверно установили, что кариотип человека содержит 46 хромосом. В 1959 году были открыты первые хромосомные аномалии человека: трисомия по 21-й хромосоме (синдром Дауна), синдром Тёрнера (45,X) и синдром Клайнфельтера (47,XXY). В 1960-х годах развитие методов дифференциального окрашивания хромосом позволило идентифицировать каждую пару по уникальной последовательности светлых и тёмных полос.
¶Методы исследования
¶Классическая цитогенетика
Основным методом исследования кариотипа является цитогенетический анализ, который проводится на культуре клеток периферической крови (обычно лимфоцитах), стимулированных к делению фитогемагглютинином. Клетки фиксируются на стадии метафазы митоза, когда хромосомы максимально конденсированы. Для идентификации хромосом применяются методы дифференциального окрашивания:
- G-окрашивание (GTG) — наиболее распространённый метод, дающий характерную полосатую структуру каждой хромосомы;
- Q-окрашивание — флуоресцентный метод, позволяющий выявлять гетерохроматиновые участки;
- C-окрашивание — окрашивание центромерных и конститутивных гетерохроматиновых районов;
- NOR-окрашивание — выявление ядрышковых организаторов.
¶Молекулярно-цитогенетические методы
Современные исследования кариотипа дополняются молекулярными методами:
- FISH (флуоресцентная гибридизация in situ) — позволяет выявлять специфические последовательности ДНК на хромосомах с помощью флуоресцентно меченых зондов;
- Сравнительная геномная гибридизация (aCGH) — метод микроматричного анализа для выявления субмикроскопических делеций и дупликаций;
- Хромосомный микроматричный анализ (ХМА) — высокоразрешающий метод, обнаруживающий изменения числа копий ДНК;
- Секвенирование нового поколения (NGS) — позволяет выявлять анеуплоидии и структурные перестройки на молекулярном уровне.
¶Номенклатура и стандарты
Международная система цитогенетической номенклатуры человека (ISCN) регламентирует стандартизированное описание кариотипа. Каждая хромосома характеризуется положением центромеры (метацентрическая, субметацентрическая, акроцентрическая), длиной плеч (короткое p и длинное q) и распределением полос при дифференциальном окрашивании.
Запись нормального кариотипа выглядит следующим образом: 46,XY (мужской) или 46,XX (женский). При наличии аномалий указывается их характер, например: 47,XY,+21 (трисомия по 21-й хромосоме) или 46,XX,del(5p) (делеция короткого плеча 5-й хромосомы).
¶Клиническое значение
Исследование кариотипа является важным инструментом в медицинской генетике. Основные показания для проведения анализа:
- диагностика хромосомных болезней (синдромы Дауна, Патау, Эдвардса, Шерешевского — Тёрнера, Клайнфельтера);
- обследование супружеских пар с невынашиванием беременности;
- выявление причин бесплодия и нарушений полового развития;
- пренатальная диагностика (аминоцентез, биопсия ворсин хориона, кордоцентез);
- онкогематология — выявление приобретённых хромосомных аберраций при лейкозах (например, филадельфийской хромосомы);
- преимплантационное генетическое тестирование в программах ЭКО.
Частота хромосомных аномалий среди новорождённых составляет примерно 0,5–1 %. Большинство числовых аномалий (анеуплоидий) несовместимы с жизнью и приводят к гибели эмбриона на ранних сроках беременности.
¶Современные тенденции
В настоящее время классический кариотипический анализ постепенно дополняется и в ряде случаев заменяется молекулярными технологиями, обладающими более высоким разрешением. Однако цитогенетическое исследование остаётся «золотым стандартом» для выявления сбалансированных транслокаций и других структурных перестроек, которые не обнаруживаются молекулярными методами. В России исследование кариотипа проводится в медико-генетических центрах и лабораториях, аккредитованных на проведение цитогенетических исследований.
¶Источники
- ISCN 2020: An International System for Human Cytogenomic Nomenclature (2020).
- Гинтер Е. К. Медицинская генетика: учебник. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2015.
- Шевченко В. А., Топорнина Н. А., Стволинская Н. С. Генетика человека. — М.: ВЛАДОС, 2004.
- Tjio J. H., Levan A. The chromosome number of man // Hereditas, 1956.