Cariotipo

Cariotipo

Cariotipo

El cariotipo es un esquema, foto o dibujo de los cromosomas de una célula metafásica ordenados de acuerdo a su morfología (metacénctricos, submetacéntricos,telocéntricos, subtelocéntricos y acrocéntricos) y tamaño, que estan caracterizados y representan a todos los individuos de una especie. El cariotipo es característico de cada especie, al igual que el número de cromosomas; el ser humano tiene 46 cromosomas (23 pares porque somos diploides o 2n) en el núcleo de cada célula,[1] organizados en 22 pares autosómicos y 1 par sexual (hombre XY y mujer XX).Cada brazo ha sido dividido en zonas y cada zona, a su vez, en bandas e incluso las bandas en subbandas, gracias a las técnicas de marcado.

Cariotipo de un linfocito de un humano mujer.

No obstante puede darse el caso, en humanos, de que existan otros patrones en los cariotipos, a lo cual se le conoce como aberración cromosómica.

Mediante el cariotipado se pueden analizar anomalías numéricas y estructurales, cosa que sería muy difícil de observar mediante genética mendeliana.

Contenido

Tinción

El estudio de los cariotipos es posible debido a la tinción. Usualmente un colorante adecuado es apliacdo después que [células] han sido detenidos durante la división celular mediante una solución de colchicina. Para humanos las celulas blancas de la sangre son las usadas más frecuentemente porque ellas son fácilmente inducidas a crecer y dividirse en cultivo de tejidos.[2]

Algunas veces las observaciones pueden ser realizadas cuando las células no se estan dividiendo (interphase). El sexo de un nonato feto puede ser determinado por observación de células en la interfase ( Ver punción amniotica y cuerpo de Barr).

La mayoría (pero no todas) las especies tienen un cariotipo estandar. El ser humano normal contiene 22 pares de cromosomas autosómicos y un par de cromosomas sexuales. El cariotipo normal para la mujer contiene dos cromosoma X denominado 46,XX, y el varón un cromosoma X y uno Y, denorminado 46 XY. Cualquier variación de este cariotipo estandar puede llevar a anormalidades en el desarrollo.

Cariotipo clásico

En el cariotipo clásico se suele utilizar una solución de Giemsa como tinción (específica para los grupos fosfato del ADN) para colorear las bandas de los cromosomas (Bandas-G), menos frecuente es el uso del colorante Quinacridina (se une a las regiones ricas en Adenosina-Timina). Cada cromosoma tiene un patrón característico de banda que ayuda a identificarlos.

Los cromosomas se organizan de forma que el brazo corto de este quede orientado hacia la parte superior y el brazo largo hacia la parte inferior. Algunos cariotipos nombran a los brazos cortos p y a los largos q. Además, las diferentes regiones y subregiones teñidas reciben designaciones numéricas según la posición a la que se encuentren respecto a estos brazos cromosómicos. Por ejemplo, el síndrome de Cri du Chat implica una deleción en el brazo corto del cromosoma 5. Está escrito como 46, XX, 5p-. La región critica para este sindrome es la deleción de 15.2, la cual es escrita como 46,XX,del(5)(p15.2)[3]


NHGRI human male karyotype.png

Cariotipo espectral

El análisis espectral de los cariotipos (o SKY) se trata de una tecnología de citogenética molecular que permite el estudio y visualización de los 23 pares de cromosomas en forma simultánea. Sondas marcadas fluorescentemente son hechas para cada cromosoma al marcar DNA especifico de cada cromosoma con diferentes fluoroforos. Debido a que hay un limitado numero de fluoroforos espectralmente distintos , un metodo de etiquetado combinatorio es usado para generar muchos colores diferentes. La diferencias espectrales generadas por el etiquetado combinatorio son capturadas y analizadas usando un interferómetro agregado a un microscopio de fluorescencia. El programa de procesamiento de imágenes entonces asigna un pseudocolor a cada combinación espectralmente diferente, permitiendo la visualización de cromosomas coloreados.[4]

Esta técnica es usada para identificar aberraciones estructurales cromosomicas en celulas cancerigenas y otras patologías cuando el bandeo con Giemsa u otras técnicas no son lo suficientemente precisas. no son sufucientemente seguras

Este tipo de técnicas mejorará la identificación y diagnóstico de las aberraciones cromosómicas en citogenética prenatal así como en células cancerosas.

Cariotipo digital

El cariotipo digital es una técnica utilizada para cuantificar el número de copias de ADN en una escala genómica. Se trata de secuencias de locus de ADN específicos de todo el genoma que son aisladas y enumeradas. [5]

Este método es también conocido como cariotipado virtual.

Observaciones en cariotipo

  • Los cromosomas sufren grandes variaciones en su tamaño a lo largo del ciclo celular, pasando de estar muy poco compactados (interfase) a estar muy compactados (metafase).
  • Diferencia de posición del centrómero.
  • Las diferencias en el numero básico de cromosomas puede ocurrir debido a desplazamientos sucesivos que quitan todo el material genético de un cromosoma, haciendo que este se pierda.
  • Diferencias de grado y distribución de regiones de heterocromatina.La heterocromatina, es una forma inactiva de ADN condensada localizada sobre todo en la periferia del núcleo que se tiñe fuertemente con las coloraciones, tomando coloración más oscura que la cromatina.

La variación de estos cromosomas es encontrada frecuentemente:

  • Entre sexos
  • Entre gametos y el resto del cuerpo.
  • Entre los miembros de una población.
  • Variación geográfica

Historia

Levitsky fue el primero en dar una definición a cariotipo como el aspecto fenotípico de los cromosomas somáticos, en contraste con su contenido de genes. Este concepto siguió siendo estudiado con los trabajos de Darlington[6] y White.[7] [8] La investigación y el interés por el estudio del cariotipo hizo que se planteara una pregunta : ¿cuántos son los cromosomas que contiene una célula diploide humana?

En 1912, Hans von Winiwarter demostró que el hombre tenia 47 cromosomas en spermatogonia y 48 en oogonia, concluyendo un mecanismo de determinación sexual XX/XO . Años después, en 1922 von Winiwarter no estaba seguro si el número cromosómico del hombre era 46 o 48. Para ello se necesitó un estudio más profundo para poder responder a esta pregunta.

  • Se usaron células en cultivo.
  • Células pretratadas en una solución hipotónica, lo que hace que los cromosomas se extiendan y aumenten de tamaño.
  • Con una solución del colchicina detener el proceso de mitosis en la metafase.

Esto tomó hasta mediados de los años 1950 que fue cuando se dio como generalmente aceptado que el cariotipo de hombre incluye sólo 46 cromosomas. En los grandes monos el cariotipo es de 48 cromosomas por lo que se explicó que el cromosoma 2 de los humanos fue formado por una fusión de cromosomas hereditarios, reduciendo así el número de estos.

Diversidad y evolución del cariotipo

Aunque la replicación del ADN y la transcripción del ADN estan altamente estandarizadas en eucariotas, no puede decirse lo mismo de sus cariotipos, ya que son sumamente variable entre especies en el número de cromosomas y en la organización detallada a pesar de haber sido construidos con las mismas macromoleculas.

Esta variación proporciona la base para una gama de estudios que podría llamarse citología evolutiva.

En algunos casos incluso hay significantes variaciones dentro de las especies. En una revisión del 2000 Godfrey and Masters concluyen: "En nuestra vision, es poco probable que un proceso o el otro, puedan independientemente contar para el amplio rango de estructuras de cariotipo que son observadas.. Pero usadas en conjunto con otros datos filogenéticos, el fisionamiento cariotipico puede ayudar a explicar dramáticas diferencias en los números dipliodes entre especies estrechamente relacionadas, que antes fueron inexplicables.[9]


Cambios durante el desarrollo

A lo largo del tiempo, algunos de los organismos fueron eliminando la presencia de algunos componentes de su núcleo, así como la heterocromatina.

  • La eliminación del cromosoma; En algunas especies (moscas) los cromosomas se van eliminando durante el desarrollo.[10]
  • La disminución de la cromatina; En este proceso (en algunos copépodos) parte de los cromosomas son emitidos hacia fuera en algunas células. Este es un proceso donde el genoma está cuidadosamente organizado, donde se organizan y construyen nuevos telómeros y donde ciertas regiones de la heterocromatina se pierden[11] [12]

En Ascaris suum, todos los precursores de celulas somáticas experimentan disminución de la cromatina. [13]

  • X-inactivación; La inactivación de un cromosoma X se lleva a cabo durante el desarrollo temprano de los mamíferos. En los mamíferos placentarios, la inactivación es al azar entre los dos X, pero en marsupiales es el cromosoma X paterno el que se inactiva.

Hay veces que se dan casos donde algunos cromosomas son anormales por lo que resulta un trastorno para el nuevo descendiente.


Número de cromosomas en cada serie

Un ejemplo de la variabilidad entre especies estrechamente relacionadas es el de muntjac, que fue investigado por Kurt Benirschke y su compañero Doris Wurster donde demostraron que el número diploide del muntjac Chino (Muntiacus reevesi) resultó ser de 46 y todos telocéntricos. Cuando se estudió el cariotipo del muntjac Indio (Muntiacus muntjak) vieron que la hembra tenía 6 y el macho 7 cromosomas.[14]


Cariotipo Muntiacus reevesi China Cariotipo Muntiacus muntjak India

"Ellos simplemente no podian creer lo que habían visto... Ellos se mantuvieron en silencio por dos o tres años porque ellos pensaban que algo había andado mal con su cultivo de tejidos... Pero cuando ellos obtuvieron un par más de especimenes, ellos confirmaron sus hallazgos".[15]

El número de cromosomas en el cariotipo entre especies no relacionadas es enormemente variable.

El record más bajo le pertenece al nematodo Parascaris univalens, donde el número haploide es n = 1; el record más alto podría estar en algún lugar entre los helechos, con el helecho Lengua de Adder Ophioglossum adelante con un promedio de 1262 cromosomas.[16]

El más alto score para animales podría estar entre el esturión de nariz corta Acipenser brevirostrum con solamente 372 cromosomas.[17]

La existencia de cromosomas supernumerarios o B significa que el número de cromosomas puede variar incluso dentro de una misma población. (El cromosoma supernumerario se sitúa en el lugar del cromosoma normal 21. La fórmula de este triple cromosoma puede ser XXY o XYY).

Ploidía: el número de receptores en un cariotipo

La poliploidía ( más de dos conjuntos de cromosomas homólogos en las células) se produce principalmente en las plantas. Ha sido de gran importancia en la evolución de estas según Stebbins.[18] [19] [20] [21] La proporción de las plantas con flores poliploides es de 30-35% y en el caso de las gramíneas un valor mucho más elevado, alrededor del 70%.[22]

La poliploidia en plantas inferiores (helechos y psilotales) también es común. Algunas especies de helechos han alcanzado niveles de poliploidía muy por encima de los niveles más altos conocidos en plantas con flores. La poliploidía en animales es mucho menos común, alcanzando importancia en algunos grupos.[23]

La endopoliploidía se produce cuando los tejidos adultos de las células han dejado de dividirse por mitosis, pero los núcleos contienen más cantidad de cromosomas[24] somáticos originales.

En muchos casos, los núcleos endodiploides contienen decenas de miles de cromosomas ( no pueden contarse con exactitud). Las células no siempre contienen exactamente múltiplos (potencias de dos), razón por la cual el aumento en el número de conjuntos de cromosomas causados por la reproducción no es del todo exacto.

Este proceso, sobre todo estudiado en insectos y algunas plantas superiores) puede ser una estrategia de desarrollo para aumentar la productividad de los tejidos que son muy activos en la biosíntesis.[25]

Este fenómeno ocurre esporádicamente a través del reino eucariota desde protozoo hasta el hombre; Este es diverso y complejo, y sirve a la diferenciación y morfogenesis de muchas formas. [26]

Vea paleopoliploidia para la investigación de duplicación de antiguos cariotipos.

Aneuploidia

El término es principalmente usado cuando el número de cromosomas varía dentro del cruce poblacional de especies. Esto puede también ser usado dentro de un grupo de especies estrechamente relacionado. Clásicos ejemplos en plantas son el género Crepis, donde el número gamético (= haploide) forma las series x = 3, 4, 5, 6, y 7; y Crocus, donde cada número desde x = 3 hasta x = 15 es representado por al menos una especie. Evidencia de varios tipos muestran que las tendencias de evolución han ido en direcciones diferentes, en diferentes grupos.[27]

Más cerca de casa, los grandes monos tienen 24x2 cromosomas, alli donde los humanos tienen 23x2. El Cromosoma 2 humano fue formado por la mezcla de cromosomas ancestrales, reduciendo el número .[28] La Aneuploidía no es considerada normalmente -ploidía sino -somía, tal como la trisomía ó monosomía.

Descripción de cariotipo

Tipos de bandas:

Anomalías cromosómicas

Estas anomalías pueden ser numéricas (presencia de cromosomas adicionales) o estructurales (translocaciones, inversiones a gran escala, supresiones o duplicaciones). Las anomalías numéricas, también conocidas como aneuploidía, hacen referencia a cambios en el número de cromosomas, que pueden dar lugar a enfermedades genéticas. La aneuploidía se puede observar frecuentemente en células cancerosas. En los animales sólo son viables las monosomías y las trisomías, ya que las nulisomías son letales en individuos diploides.

Las anormalidades estructurales a menudo se derivan de errores en la recombinación homóloga. Ambos tipos de anomalías pueden ocurrir en los gametos y, por tanto, estarán presentes en todas las células del cuerpo de una persona afectada, o puede ocurrir durante la mitosis y dar lugar a mosaicos genéticos individuales que tiene normal y anormal algunas células.

Anomalías cromosómicas en humanos:

  • Síndrome de Turner, donde solo hay un cromosoma X (45, X o 45 X0)
  • Síndrome de Klinefelter, se da en el sexo masculino, también conocido como 47 XXY. Es causada por la adición de un cromosoma X.
  • Síndrome de Edwards, causado por una trisomía ( tres copias) del cromosoma 18.
  • Síndrome de Down, causado por la trisomía del cromosoma 21.
  • Síndrome de Patau, causado por la trisomía del cromosoma 13.


También se detectó la existencia de la trisomía 8, 9 y 16, aunque por lo general no sobreviven después de nacer.

Hay algunos trastornos que se derivan de la pérdida de un solo trozo de cromosoma, entre ellas:

  • Cri du Chat ( maullido del gato) donde hay un brazo corto en el cromosoma 5. El nombre viene por el grito que causan los recién nacidos parecido al maullido de un bebé debido a una malformación de la laringe.
  • Síndrome de supresión que se da por la pérdida de una parte del brazo corto del cromosoma 1.
  • Síndrome de Angelman; Un 50% de los casos falta un segmento del brazo largo del cromosoma 15.

Estas anomalías cromosómicas también pueden ocurrir en células cancerosas de un individuo genéticamente normales. Un ejemplo bien documentado es el de Cromosoma Filadelfia o la llamada translocación Filadelfia que es una anormalidad genética asociada a la leucemia mieloide crónica (LMC) Esta anormalidad afecta a los cromosomas 9 y 22. El 95 por ciento de los enfermos de leucemia mieloide crónica presenta esta anormalidad, mientras el resto de los enfermos padecen translocaciones crípticas invisibles a las preparaciones mediante el método de banda G u otras translocaciones que afectan a otro u otros cromosomas de la misma forma que sucede con los cromosomas 9 y 22. Partes de dos cromosomas, el 9 y el 22, intercambian sus posiciones. El resultado es que parte del gen de región de fractura (BCR, Breakpoint Cluster Region, en inglés) del cromosoma 22 (región q11) se fusiona con parte del gen ABL del cromosoma 9 (región q34). El gen ABL toma su nombre de «Abelson», el nombre de un virus causante de leucemias precursor de una proteína similar a la que produce este gen.


Referencias

  1. ↑ White M.J.D. 1973. The chromosomes. 6th ed, Chapman & Hall, London. p28
  2. ↑ Gustashaw K.M. 1991. Chromosome stains. In The ACT Cytogenetics Laboratory Manual 2nd ed, ed. M.J. Barch. The Association of Cytogenetic Technologists, Raven Press, New York.
  3. ↑ Lisa G. Shaffer, Niels Tommerup (ed.). ISCN 2005: An International System for Human Cytogenetic Nomenclature. Switzerland: S. Karger AG. ISBN 3-8055-8019-3.
  4. ↑ E. Schröck, S. du Manoir, T. Veldman, B. Schoell, J. Wienberg, M. A. Ferguson-Smith, Y. Ning, D. H. Ledbetter, I. Bar-Am, D. Soenksen, Y. Garini, T. Ried. Multicolor spectral karyotyping of human chromosomes. Science, 26 July 1996; 273 (5274):494. abstract
  5. ↑ Digital karyotyping - Wang et al., 10.1073/pnas.202610899 - Proceedings of the National Academy of Sciences
  6. ↑ Darlington C.D. 1939. Evolution of genetic systems. Cambridge University Press. 2nd ed, revised and enlarged, 1958. Oliver & Boyd, Edinburgh.
  7. ↑ White M.J.D. 1973. Animal cytology and evolution. 3rd ed, Cambridge University Press.
  8. ↑ White M.J.D. 1973. The chromosomes. 6th ed, Chapman & Hall, London.
  9. ↑ «Kinetochore reproduction theory may explain rapid chromosome evolution».
  10. ↑ Goday C. and Esteban M.R. 2001. Chromosome elimination in sciarid flies. Bioessays 23: 242–250.
  11. ↑ Müller F. Bernard V. & Tobler H. 1996. Chromatin diminution in nematodes. Bioessays 18: 133–138.
  12. ↑ Wyngaard G.A. & Gregory T.R. 2001. Temporal control of DNA replication and the adaptive value of chromatin diminution in copepods. J. Exp. Zool. 291: 310–16.
  13. ↑ Gilbert S.F. 2006. Developmental biology. Sinauer Associates, Stamford CT. 8th ed, Chapter 9
  14. ↑ Wurster D.H. and Benirschke K. 1970. Indian Muntjac, Muntiacus muntjak: a deer with a low diploid number. Science 168, 1364-1366.
  15. ↑ Hsu T.C. 1979. Human and mammalian cytogenetics: an historical perspective. Springer-Verlag N.Y. p73-4
  16. ↑ Khandelwal S. 1990. Chromosome evolution in the genus Ophioglossum L. Botanical Journal of the Linnean Society 102: 205–217.
  17. ↑ Kim, D.S.; Nam, Y.K.; Noh, J.K.; Park, C.H.; Chapman, F.A. (2005). «Karyotype of North American shortnose sturgeon Acipenser brevirostrum with the highest chromosome number in the Acipenseriformes» Ichthyological Research. Vol. 52. n.º 1. pp. 94–97. DOI 10.1007/s10228-004-0257-z.
  18. ↑ Stebbins, G.L. 1940. The significance of polyploidy in plant evolution. The American Naturalist 74, 54–66.
  19. ↑ Stebbins G.L. 1950. Variation and evolution in plants. Columbia University Press.
  20. ↑ Comai L. 2005. The advantages and disadvantages of being polyploid. Nature Reviews, Genetics. 6, 836-46.
  21. ↑ Adams K.L. & Wendel J.F. 2005. Polyploidy and genome evolution in plants. Current Opinion in Plant Biology. 8 135-41.
  22. ↑ Stebbins G.L. 1970. Chromosomal evolution in flowering plants. Arnold, London.
  23. ↑ Gregory T.R. & Mable B.K. 2005. Polyploidy in animals. In The Evolution of the genome Gregory T.R. (ed). Elsevier, San Diego. p427-517
  24. ↑ White M.J.D. 1973. The chromosomes. 6th ed, Chapman & Hall, London. p45
  25. ↑ Edgar B.A. & Orr-Weaver T.L. 2001. Endoreduplication cell cycles: more for less. Cell 105, 297-306.
  26. ↑ Nagl W. 1978. Endopolyploidy and polyteny in differentiation and evolution: towards an understanding of quantitative and qualitative variation of nuclear DNA in ontogeny and phylogeny. Elsevier, New York.
  27. ↑ Stebbins, G. Ledley, Jr. 1972. Chromosomal evolution in higher plants. Nelson, London. p18
  28. ↑ Ijdo J.W. et al 1991. Origin of human chromosome 2: an ancestral telomere-telomere fusion. Proceedings of the National Academy of Sciences 88: 9051–5.

Otras Referencias:
- Citogenetica Básica y Biología de los Cromosomas. Monografia No 20, Programa Regional de Desarrollo Cientifico y Técnológico, Departamento de Asuntos Cientificos, Seecretaria General de la O.E.A.


Véase también

Obtenido de "Cariotipo"

Wikimedia foundation. 2010.

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