CARIOTIP: PER A QUÈ SERVEIX, TIPUS, COM ES REALITZA, ALTERACIONS - BIOLOGIA - 2025

El cariotip és una fotografia de conjunt complet de cromosomes metafàsics que detalla aspectes de l'nombre i de l'estructura dels mateixos. La branca de les ciències mèdiques i biològiques que s'encarrega de l'estudi dels cromosomes i les malalties relacionades amb aquests es coneix com citogenètica.

Els cromosomes són les estructures en les quals s'organitzen els gens continguts en les molècules d'àcid desoxiribonucleic (ADN). En els eucariotes estan compostos per cromatina, un complex de proteïnes histones i ADN que està empaquetat dins el nucli de totes les cèl·lules.

Cariotip humà obtingut amb tints flurescentes (Font: Plociam ~ commonswiki via Wikimedia Commons

Les cèl·lules de tot ésser viu a la Terra posseeixen un nombre particular de cromosomes. Els bacteris, per exemple, tenen un de sol de forma circular, mentre els humans posseeixen 46 organitzats en 23 parells; i algunes espècies d'aus posseeixen fins a 80 cromosomes.

A diferència dels éssers humans, les cèl·lules vegetals, en general, posseeixen més de dos jocs de cromosomes homòlegs (iguals). Aquest fenomen es coneix com poliploïdia.

Totes les instruccions necessàries per al creixement i el desenvolupament dels éssers vius, unicel·lulars o pluricel·lulars, estan contingudes en les molècules d'ADN que estan enrotllades en els cromosomes. D'aquí sorgeix la importància de el coneixement de la seva estructura i de les seves característiques en una espècie o en qualsevol dels seus individus.

El terme cariotip va ser emprat per primera vegada durant la dècada de 1920 per Delaunay i Levitsky per designar la suma de les propietats físiques característiques dels cromosomes: nombre, mida i peculiaritats estructurals d'aquests.

Des de llavors, és utilitzat amb la mateixa finalitat en el context de la ciència moderna; i l'estudi de la mateixa acompanya molts processos de el diagnòstic clínic de diverses malalties en l'home.

cariotip humà

Es coneix com cariotip humà a el conjunt dels 46 cromosomes (23 parells) que conformen el genoma humà i que s'ordenen gràficament d'acord a característiques com grandària i patró de bandeig, que es fa evident gràcies a l'ús de tècniques especials de tinció.

Representació esquemàtica de l'cariotip humà (Font: Mikael Häggström via Wikimedia Commons)

Dels 23 parells de cromosomes, només de l'1 a l'22 s'ordenen per ordre de mida. En les cèl·lules somàtiques, és a dir, en les cèl·lules no sexuals, es troben aquests 22 parells i, depenent de l'sexe de l'individu, ja sigui home o dona, s'afegeix un parell de cromosomes X (dones) o el parell XY (homes).

Els parells de l'1 a l'22 s'anomenen cromosomes autosòmics i són els mateixos en els dos sexes (masculí i femení), mentre que els cromosomes sexuals, el X i el Y, són diferents entre si.

Per a què serveix el cariotip?

La utilitat principal d'un cariotip és el coneixement detallat de la càrrega cromosòmica d'una espècie i de les característiques de cada un dels seus cromosomes.

Encara que algunes espècies siguin polimòrfiques i poliploides en relació als seus cromosomes, és a dir, que posseeixen formes i nombre variables d'aquests al llarg del seu cicle de vida, el coneixement de l'cariotip usualment permet inferir molta informació important sobre elles.

Gràcies a l'cariotip poden diagnosticar els canvis cromosòmics a "gran escala" que involucren grans fragments d'ADN. En els humans, moltes malalties o condicions de discapacitat mental i altres defectes físics estan relacionades amb severes alteracions cromosòmiques.

Tipus de cariotips

Els cariotips es descriuen d'acord amb la notació avalada pel Sistema Internacional de Nomenclatura Citogenètica Humana (ISCN, de l'anglès International System of Human Cytogenetic Nomenclature).

En aquest sistema el número que s'assigna a cada cromosoma té a veure amb la seva mida, i en general s'ordenen de major a menor. Els cromosomes es presenten en els cariotips com parelles de cromàtides germanes amb el braç petit (p) mirant cap amunt.

Els tipus de cariotips es distingeixen per les tècniques que s'empren per obtenir-los. En general la diferència rau en els tipus de tinció o "etiquetatge" utilitzats per diferenciar un cromosoma d'un altre.

A continuació un breu resum d'algunes de les tècniques conegudes fins a l'actualitat:

tinció sòlida

En aquesta s'utilitzen tints com Giemsa i orceïna per tenyir els cromosomes uniformement. Va ser molt emprada correntment fins a principis de 1970, ja que eren els únics tints coneguts per l'època.

Bandeig G o tinció Giemsa

És la tècnica més emprada en la citogenètica clàssica. Els cromosomes són digerits prèviament amb tripsina i després són tenyits. El patró de bandes obtingut després de la tinció és específic per a cada cromosoma i permet realitzar estudis detallats sobre la seva estructura.

Existeixen mètodes alternatius a la tinció Giemsa, però que llancen resultats molt similars, com són el bandeig Q i el bandeig revers R (on les bandes fosques que s'observen són les bandes clares que s'obtenen amb el bandeig G).

Bandeig C constitutiu

Tenyeix específicament l'heterocromatina, especialment la que es troba en els centròmers. També tenyeix algun material en els braços curts dels cromosomes acrocèntrics i la regió distal de el braç llarg de l'cromosoma Y.

Bandeig de replicació

S'empra per identificar el cromosoma X inactiu i implica l'addició d'un anàleg de nucleòtids (BrdU).

Tinció de plata

S'ha emprat històricament per identificar les regions d'organització nucleolar que contenen moltes còpies d'ARN ribosomal i que es troben a les regions centromèriques.

Tinció Distamicina A / DAPI

És una tècnica de tinció fluorescent que distingeix l'heterocromatina dels cromosomes 1, 9, 15, 16 i de l'cromosoma I en els humans. S'empra especialment per a distingir la duplicació invertida de l'cromosoma 15.

Hibridació fluorescent in situ (FISH)

Reconeguda per ser el major avanç citogenètic després dels anys 90, és una poderosa tècnica mitjançant la qual es poden distingir delecions submicroscòpiques. Fa servir sondes fluorescents que s'uneixen específicament a les molècules d'ADN cromosòmic, i hi ha múltiples variants de la tècnica.

Hibridació genòmica comparativa (CGH)

També fa servir sondes fluorescents per etiquetar diferencialment l'ADN, però utilitza patrons de comparació coneguts.

altres tècniques

Altres tècniques més modernes no impliquen directament l'anàlisi de l'estructura cromosòmica, sinó més aviat l'estudi directe de la seqüència de l'ADN. Entre aquestes hi ha els microarranjaments, la seqüenciació i altres tècniques basades en amplificació per PCR (reacció en cadena de la polimerasa).

Com es realitza un cariotip?

Hi ha diverses tècniques per realitzar l'estudi dels cromosomes o el cariotip. Unes són més sofisticades que altres, ja que permeten detectar petites alteracions imperceptibles pels mètodes més comunament emprats.

Les anàlisis de citogenètica per obtenir el cariotip es realitzen comunament a partir de les cèl·lules presents en la mucosa bucal o en la sang (emprant els limfòcits). En el cas dels estudis realitzats en nounats, d'aquests es prenen mostres de el fluid amniòtic (tècniques invasives) oa partir de les cèl·lules sanguínies fetals (tècniques no invasives).

Les raons per les quals es realitza un cariotip són diverses, però moltes vegades es fan amb propòsits de diagnòstic de malalties, estudis de fertilitat, o per esbrinar les causes d'avortaments recurrents o morts fetals i càncers, entre altres motius.

Els passos per fer una prova de cariotip són els següents:

1-Obtenció de la mostra (sigui quina sigui la font d'aquesta).

2-Separació de les cèl·lules, pas de vital importància especialment en les mostres sanguínies. En molts casos és necessari separar les cèl·lules dividides de les cèl·lules en divisió emprant reactius químics especials.

3-Creixement de les cèl·lules. A vegades és necessari fer créixer les cèl·lules en un medi de cultiu adequat per obtenir una major quantitat d'aquestes. Això pot portar més d'un parell de dies, depenent de el tipus de mostra.

4-Sincronització de les cèl·lules. Per observar els cromosomes condensats en totes les cèl·lules cultivades a el mateix temps cal "sincronitzar-" mitjançant tractaments químics que aturen la divisió cel·lular quan els cromosomes estan més compactes i, per tant, visibles.

5-Obtenció dels cromosomes a partir de les cèl·lules. Per veure'ls a l'microscopi, els cromosomes han de ser "trets" de les cèl·lules. Això s'aconsegueix usualment amb el tractament d'aquestes amb solucions que fan que esclatin i es desintegrin, deixant lliures als cromosomes.

6-Tinció. Com es va ressaltar anteriorment, els cromosomes han de ser tenyits per una de moltes tècniques disponibles en nom de poder observar-los sota el microscopi i realitzar l'estudi corresponent.

7-Anàlisi i recompte. Els cromosomes són observats detalladament per determinar la seva identitat (en el cas de conèixer-la amb anticipació), les seves característiques morfològiques com mida, posició de l'centròmer i patró de bandeig, el nombre de cromosomes en la mostra, etc.

8-Classificació. Una de les tasques més àrdues dels citogenetistes és la de la classificació dels cromosomes mitjançant la comparació de les seves característiques, ja que cal determinar quin cromosoma és quin. Això es deu al fet que, com hi ha més d'una cèl·lula en la mostra, hi haurà més d'un parell de el mateix cromosoma.

alteracions cromosòmiques

Abans de descriure les diferents alteracions cromosòmiques que poden existir i les seves conseqüències per a la salut humana, cal familiaritzar-se amb la morfologia general dels cromosomes.

morfologia cromosòmica

Els cromosomes són estructures d'aparença lineal i posseeixen dos "braços", un petit (p) i un altre més gran (q) que estan separats entre si per una regió coneguda com centròmer, un lloc especialitzat d'ADN que participa en l'ancoratge de l'fus mitòtic durant la divisió cel·lular mitòtica.

El centròmer pot ubicar-se al centre dels dos braços piq, lluny de el centre o proper a algun dels seus extrems (metacéntrico, submetacéntrico o acrocéntrico).

En els extrems dels braços curts i llargs els cromosomes tenen unes "caputxes" conegudes com telòmers, que són seqüències d'ADN particulars riques en repetits TTAGGG i que s'encarreguen de protegir l'ADN i prevenir la fusió entre cromosomes.

A l'inici de l'cicle cel·lular, els cromosomes s'observen com cromàtides individuals, però a mesura que la cèl·lula es replica es formen dues cromàtides germanes que comparteixen el mateix material genètic. Són aquestes parelles cromosòmiques les que s'observen en les fotografies dels cariotips.

Els cromosomes posseeixen diferents graus de "empaquetament" o "condensació": l'heterocromatina és la forma més condensada i és transcripcionalment inactiva, mentre que l'eucromatina correspon a les regions més laxes i és transcripcionalment activa.

En un cariotip cada cromosoma es distingeix, com s'ha ressaltat anteriorment, per la seva grandària, per la posició del seu centròmer i pel patró de bandeig quan es tenyeixen amb diferents tècniques.

anormalitats cromosòmiques

Des del punt de vista patològic es poden especificar alteracions cromosòmiques puntuals que són regularment observades en les poblacions humanes, encara que altres animals, plantes, i insectes no estan exempts d'aquestes.

Les anomalies tenen a veure, moltes vegades, amb delecions i duplicacions de regions d'un cromosoma o de cromosomes complets.

Aquests defectes es coneixen com aneuploïdies, que són les alteracions cromosòmiques que impliquen la pèrdua o el guany d'un cromosoma complet o de parts d'aquest. Les pèrdues es coneixen com monosomías i els guanys com trisomies, i moltes d'aquestes són letals per als fetus en formació.

Poden donar-se casos també d'inversions cromosòmiques, on l'ordre de la seqüència de gens canvia per ruptures i reparacions errònies simultànies d'alguna regió de l'cromosoma.

Les translocacions també són alteracions cromosòmiques que impliquen canvis de grans porcions de cromosomes que s'intercanvien entre cromosomes no homòlegs i poden o no ser recíproques.

També hi ha alteracions que es relacionen amb danys directes en la seqüència dels gens continguts en l'ADN cromosòmic; i fins i tot hi ha algunes relatives als efectes de les "marques" genòmiques que pot portar amb si el material heretat d'algun dels dos progenitors.

Malalties humanes detectades amb cariotips

L'anàlisi citogenètica de les alteracions cromosòmiques abans i després del naixement és essencial per a la cura clínic integral dels infants, independentment de la tècnica que s'utilitzi per a tal fi.

La síndrome de Down és una de les patologies més comunament detectades a partir de l'estudi de l'cariotip, i té a veure amb la no-disjunció de l'cromosoma 21, per la qual cosa també es coneix com trisomia 21.

Cariotip d'un ésser humà amb trisomia de l'cromosoma 21 (Font: US Department of Energy Human Genome Program. Via Wikimedia Commons)

Alguns tipus de càncer es detecten mitjançant l'estudi de l'cariotip, en vista que es relacionen amb canvis cromosòmics, especialment amb la deleció o duplicació de gens involucrats directament amb els processos oncogènics.

Certs tipus d'autisme són diagnosticats a partir de l'anàlisi de l'cariotip i s'ha demostrat que, en els humans, la duplicació de l'cromosoma 15 està implicada en algunes d'aquestes patologies.

Entre altres patologies associades amb delecions en el cromosoma 15 es troba la síndrome de Prader-Willi, que provoca símptomes com la manca de to muscular i deficiències respiratòries en infants.

La síndrome del "plor de gat" (de l'francès cri-du-xat) implica la pèrdua de el braç curt de l'cromosoma 5 i un dels mètodes més directes per al seu diagnòstic és a través de l'estudi citogenètic de l'cariotip.

La translocació de parts entre els cromosomes 9 i 11 caracteritza els pacients que pateixen de trastorn bipolar, relacionat específicament amb la interrupció d'un gen en el cromosoma 11. Altres defectes en aquest cromosoma també s'han observat en diverses falles de naixement.

Segons un estudi realitzat per Weh i col·laboradors en 1993, més de l'30% dels pacients que pateixen de mieloma múltiple i de leucèmia en les cèl·lules plasmàtiques presenten cariotips amb cromosomes les estructures són aberrants o anormals, especialment en els cromosomes 1, 11 i 14.

referències

1. Alberts, B., Dennis, B., Hopkin, K., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M.,… Walter, P. (2004). Essential Cell Biology. Abingdon: Garland Science, Taylor & Francis Group.
2. Battaglia, I. (1994). Nucleosome and nucleotype: a terminological criticism. Caryologia, 47 (3-4), 37-41.
3. Elsheikh, M., Wass, JAH, & Conway, G. (2001). Autoimmune Thyroid syndrome in women with Turner s syndrome -the association with karyotype. Clinical Endocrinology, 223-226.
4. Fergus, K. (2018). VeryWell Health. Retrieved from www.verywellhealth.com/how-to-how-is-a-karyotype-test-done-1120402
5. Gardner, R., & Amor, D. (2018). Gardner and Sutherland s Chromosome abnormalities and Genetic Counseling (5th ed.). New York: Oxford University Press.
6. Griffiths, A., Wessler, S., Lewontin, R., Gelbart, W., Suzuki, D., & Miller, J. (2005). An Introduction to Genetic Analysis (8th ed.). Freeman, WH & Company.
7. Rodden, T. (2010). Genetics For Dummies (2nd ed.). Indianapolis: Wiley Publishing, Inc.
8. Schrock, I., Manoir, S., Veldman, T., Schoell, B., Wienberg, J., Ning, I.,… Ried, T. (1996). Multicolor Spectral Karyotyping of Human Chromosomes. Science, 273, 494-498.
9. Wang, T., Maierhofer, C., Speicher, MR, Lengauer, C., Vogelstein, B., Kinzler, KW, & Velculescu, VE (2002). Digital karyotyping. PNAS, 99 (25), 16.156-16.161.