Všechny živé organismy obsahují určitý soubor genetického materiálu v jádrech buněk. V eukaryotických buňkách je reprezentován chromozomy. Pro usnadnění účetnictví a vědeckého výzkumu je karyotyp systematizován pomocí různých metod. Pojďme se seznámit s metodami řazení genetického materiálu na příkladu lidských chromozomů.
Klasifikace lidských chromozomů
Karyotyp je sada chromozomů (diploidní), která se nachází v jakékoli somatické buňce těla. Je charakteristická pro daný organismus a je stejná ve všech buňkách, kromě pohlavních buněk.
Chromozomy v karyotypu jsou:
- autozomy se mezi jednotlivci různého pohlaví neliší;
- sexuální (heterochromozomy), liší se strukturou u jedinců různého pohlaví.
Buňky lidského těla obsahují 46 řetězců DNA, z toho 22 párů autozomů a jeden - pohlaví. Toto je diploidní 2n sada genetického materiálu. Pár heterochromozomů u žen je označen XX, u mužů - XY, označení karyotypu, resp.44+XX a 44+XY.
V zárodečných buňkách (gametach) je haploidní nebo jedna 1n sada DNA. Vejce obsahují 22 autozomů a jeden chromozom X, spermie obsahují 22 autozomů a jeden z heterochromozomů, X nebo Y.
Proč potřebujeme identifikaci a klasifikaci chromozomů
Denverský a pařížský systém klasifikace dědičného materiálu, široce používaný ve vědecké komunitě, je navržen tak, aby sjednotil a zobecnil představy o karyotypu. Pro správnou prezentaci a interpretaci výsledků výzkumu v oblasti genetiky, karyosystematiky a šlechtění je zapotřebí společný přístup.
Schematicky je karyotyp znázorněn pomocí ideogramu - sekvence systematizovaných a uspořádaných v sestupném pořadí podle velikosti chromozomů. Ideogram odráží nejen velikost spirálovité DNA, ale také některé morfologické charakteristiky a také rysy jejich primární struktury (oblasti hetero- a euchromatinu).
Analýzou těchto grafů je stanovena míra vztahu mezi různými systematickými skupinami organismů.
Karyotyp může obsahovat páry autozomů, které jsou téměř identické velikosti, což ztěžuje jejich správné umístění a číslování. Zvažme, jaké parametry bere v úvahu denverská a pařížská klasifikace lidských chromozomů.
Výsledky konference v Denveru, 1960
V uvedeném roce se ve městě Denver v USA konala konference o lidských chromozomech. Na něm jsou různé přístupy k systematizaci chromozomů (podle velikosti, polohycentromery, oblasti s různým stupněm spiralizace atd.) byly spojeny do jediného systému.
Rozhodnutím konference byla tzv. Denverská klasifikace lidských chromozomů. Tento systém se řídí principy:
- Všechny lidské autozomy jsou očíslovány v pořadí od 1 do 22, jak se jejich délka snižuje, pohlavním chromatidám jsou přiřazena označení X a Y.
- Karyotypové chromozomy jsou rozděleny do 7 skupin, přičemž se bere v úvahu poloha centromer, přítomnost satelitů a sekundární zúžení na chromatidách.
- Pro zjednodušení klasifikace se používá centromerický index, který se vypočítá vydělením délky krátkého raménka celou délkou chromozomu a vyjadřuje se v procentech.
Denverská klasifikace chromozomů je všeobecně uznávána ve světové vědecké komunitě.
Skupiny chromozomů a jejich charakteristiky
Denverská klasifikace chromozomů zahrnuje sedm skupin, ve kterých jsou autozomy uspořádány v číselném pořadí, ale nerovnoměrně v počtu. To je způsobeno vlastnostmi, podle kterých jsou rozděleny do skupin. Více o tom v tabulce.
| Skupina chromozomů | Čísla párů chromozomů | Vlastnosti struktury chromozomů ve skupině |
| A | 1-3 | Dlouhé chromozomy, dobře od sebe odlišitelné. V 1. a 3. páru je poloha zúžení metacentrická, ve 2. páru - submetacentrická. |
| B | 4 a 5 | Chromozomy jsou kratší než předchozí skupina, primární zúžení je umístěno submetacentricky (blízko středu). |
| C |
6-12 X-chromozom |
Středně velké chromozomy, všechna nestejná ramena jsou submetacentrická, těžko individualizovatelná. Velikost a tvar je totožný s autozomy skupiny, replikuje se později než ostatní. |
| D | 13-15 | Chromozomy ve skupině střední velikosti s téměř okrajovou polohou primární konstrikce (akrocentrické), mají satelity. |
| E | 16-18 | Krátké chromozomy, v 16. páru jsou stejná ramena metacentrická, v 17. a 18. - submetacentrická. |
| F | 19 a 20 | Krátké metacentrické, téměř k nerozeznání od sebe. |
| G |
21 a 22 chromozom Y |
Krátké chromozomy se satelity, akrocentrické. Mají drobné rozdíly ve struktuře a velikosti. Poněkud delší než ostatní chromozomy ve skupině, se sekundární konstrikcí na dlouhé paži. |
Jak můžete vidět, denverská klasifikace chromozomů je založena na analýze morfologie bez jakékoli manipulace s DNA.
Pařížská klasifikace lidských chromozomů
Tato klasifikace je zavedena od roku 1971 a je založena na technikách diferenciálního barveníchromatin. V důsledku rutinního barvení získávají všechny chromatidy svůj vlastní vzor světlých a tmavých pruhů, takže je lze snadno identifikovat ve skupinách.
Při zpracování chromozomů s různými barvivy se odhalí samostatné segmenty:
- Q-segmenty chromozomů fluoreskují jako výsledek aplikace barviva chinakrinní hořčice.
- G-segmenty se objevují po Giemsově barvení (shodují se s Q-segmenty).
- Obarvení R-segmentu předchází řízená tepelná denaturace.
Zavádějí se další označení, která označují umístění genů na chromozomech:
- Dlouhé rameno chromozomu je označeno malým písmenem q, krátké rameno je označeno malým písmenem p.
- Uvnitř ramene se rozlišují až 4 oblasti, které jsou očíslovány od centromery po telomerický konec.
- Číslování pásů v rámci okresů jde také ve směru od centromery.
Pokud je pozice genu v chromozomu známa přesně, jeho souřadnice je pásmový index. Když je lokalizace genu méně jistá, je označen jako gen v dlouhé nebo krátké paži.
Pro přesné mapování chromozomů, studium mutageneze a hybridizace je jakákoliv technika nepostradatelná. Denverská klasifikace chromozomů a pařížská v tomto případě jsou neoddělitelně spojeny a vzájemně se doplňují.
