5. Cytogenetika

5.1 Chromozómy

5.2 Karyotypy

5.3 Analýza chromozómů

Test - Cytogenetika

Hlavní oblastí zájmu cytogenetiky, která je podoborem genetiky, jsou buněčné organely a struktury přímo související s přenosem genetické informace. Zjednodušeně řečeno se cytogenetika zabývá organizací a chováním genetického materiálu v buňce, konkrétně především chromozómy.

Cytogenetika je vědní disciplína, která vznikla skloubením cytologie (nauky o buňce) a genetiky. Zatímco cytologie se zabývá především studiem buněčné biologie, cytogenetika studuje morfologii a funkci chromozómů. Studiem mikroskopicky pozorovatelných změn počtu či struktury chromozómů lze vyjádřit mnoho klinických příznaků. Tyto změny mohou způsobovat vrozené malformace, mentální retardaci, poruchy reprodukčního systému či nádorová onemocnění. Analýza chromozómů je tedy významnou diagnostickou metodou cytogenetiky. 

5.1 Chromozómy

5.1.1 Chromozómy a jejich stavba

Název chromozóm vznikl z řeckých slov chroma = barva a soma = tělo a dal by se přeložit jako „barevné tělísko“. Jde o specifickou buněčnou strukturu eukaryot, která se nachází v jádře. Funkce chromozómů spočívá v usnadnění rovnoměrného rozdělení genetické informace do dceřiných buněk. Nejlépe pozorovatelné pod mikroskopem jsou v průběhu buněčného dělení, během kterého získávají svůj specifický spirálový tvar.

Počet, velikost a tvar chromozómů v jedné buňce, tedy soubor chromozómů nazývaný karyotyp, je u konkrétního druhu konstantní, proto se tento soubor považuje za jeden z druhových znaků. Např. člověk má chromozómů 23 párů. 

Příklady počtů chromozómů pro konkrétní druhy:

Chromozómy jsou pentlicovité útvary tvořené zpravidla dvěma chromatidami (vlákny DNA) propojenými centromerou (ztenčená oblast mezi chromatidami), koncové části chromatid se nazývají telomery. Chromatidy nemusejí být stejně dlouhé, rozlišují se proto na kratší p rameno a delší q rameno. U některých chromozómů se nachází ještě sekundární zaškrcení, které odděluje jeho koncovou část, to je tzv. satelit.  

Dle uložení centromery se chromozómy dělí na:

• Telocentrické – mají jen 1 rameno (u člověka se nevyskytují)
• Metacentrické – mají přibližně stejně dlouhá ramena
• Submetacentrické – jedno rameno je mírně kratší
• Akrocentrické – jedno rameno je znatelně kratší

5.2 Karyotypy

Karyotyp je soubor všech chromozómů v jádře buňky. Je dán počtem chromozómů, který je pro každý druh víceméně neměnný, proto je karyotyp používán jako druhový znak.

5.2.1 Stanovení karyotypu

Ke stanovení karyotypu je zapotřebí cytogenetického preparátu, který obsahuje buňky v metafázi mitózy. Ten je fixován a obarven a jednotlivé chromozómy jsou identifikovány a seřazeny do dvojic podle velikosti a uložení centromery. Tento karyotyp se poté porovnává s ideálním schématickým zobrazením daného druhu.

Aby bylo stanovení karyotypu úspěšné, je třeba, aby byly splněny 3 podmínky:

• získání buněk z mitoticky aktivních tkání, jako je např. kostní dřeň či plodová voda
• výroba preparátu s buňkami v metafázi
• rozmístění jednotlivých chromozómů v buňce musí být neshlukovité a nepřekrývající

5.2.2 Karyotyp člověka

Karyotyp člověka je složený ze 46 chromozómů, resp. 23 párů chromozómů, přičemž 22 je nepohlavních a 1 pár je tvořen pohlavními chromozómy. Nepohlavní chromozómy se nazývají autozomy a jsou označeny číslicemi, pohlavní chromozómy se nazývají gonozomy a značí se písmeny X a Y.

Pro vyšetření karyotypu je nezbytné zachytit buňky při mitóze, k čemuž se používá kolchicin – prudce jedovatý alkaloid, původně izolovaný z ocúnu. Tento mitotický jed napadá mikrotubuly dělicího vřeténka a narušuje tak správný rozchod chromozómů.

Lidské chromozómy se dělí dle jejich velikosti a tvaru do sedmi skupin:

Zápis cytogenetického nálezu se provádí dle univerzálního a jednotného návodu:

celkový počet chromosomů + "," + kombinace přítomných gonosomů

U člověka vypadá zápis takto:

Muž: 46,XY

Žena: 46,XX

5.3 Analýza chromozómů

5.3.1 Klasická cytogenetická analýza

Tato metoda umožňuje pomocí mikroskopu studovat dělící se buňky a stanovovat odchylky v počtu a struktuře chromozómů. Na základě těchto informací z klasické cytogenetické analýzy se určí karyotyp pacienta. Nevýhodou této analýzy je ovšem skutečnost, že je nutné při ní získat dostatečný počet mitóz s dobře nabarvenými chromozómy v určitém stupni spiralizace.

5.3.2 FISH (fluorescenční in situ hybridizace)

Fluorescenční in situ hybridizace (fluorescent in situ hybridisation) je molekulárně cytogenetická velmi citlivá metoda analýzy, umožňuje vizualizaci konkrétních genů nebo oblastní chromozómů pomocí fluorescenčně značených sond, a to jak na mitózách, tak i v interfázních jádrech. Oproti klasické cytogenetické analýze prokáže i malé odchylky ve struktuře chromozómu.

5.3.3 mFISH (mnohobarevná fluorescenční in situ hybridizace)

Metoda mFISH (multicolor FISH) se začala používat po zavedení nových fluorochromů a výsledkem je skutečnost, že je možné hodnotit více chromozómů současně. Obraz se postupně snímá přes 6 různých optických filtrů s úzkým spektrem a pomocí programu je obraz analyzován po pixelech. Pro každý bod je nalezen nejlépe barevně odpovídající chromozóm.

5.3.4 SKY (spektrální karyotypování)

Tato metoda umožňuje podobně jako u mFISH barevně identifikovat více chromozómů současně, ovšem spektrální karyotypování identifikuje všechny chromozómy současně. K snímání signálů fluorochromů je používán spektrometr.

5.3.5 CGH (komparativní genomová hybridizace)

Komparativní genomová hybridizace vychází z principů metody FISH. Detekuje počet kopií jednotlivých sekvencí mezi dvěma různými genomy. CGH je nejvíce používaná při analýze chromozomálních odchylek v nádorových buňkách.

Otestujte si své znalosti: 

Cytogenetika - test