Humani kariotip

Humani kariotip (kariotip čoveka) se sastoji od 46 hromozoma koji su karakteristični za ljudsku vrstu i ne menjaju se tokom života čoveka. Pojam humanog kariotipa uvodi se 1960. godine na konferenciji održanoj u Denveru. Prvi podaci o hromozomima čoveka potiču iz 1880. g. iz radova Fleminga i Arnolda. Tri godine posle otkrivanja strukture DNK, odnosno, 1956. g. Tijo i Levan ustanovili su tačan broj hromozoma služeći se kulturom ćelija fetalnih pluća. Iste godine su Ford i Hamerton u spermatocitama čoveka izbrojali 23 para hromozoma. Tako su oba rada potvrdila da se u telesnim ćelijama čoveka nalazi diploidan broj hromozoma koji iznosi 46. Istovremeno, tehnika pripreme hromozomskih preparata i kulture ćelija je uznapredovala što je omogućilo ubrzani razvoj citogenetike.

Napredak se kretao u pravcu razvoja tehnologije što je dovelo do identifikacije pojedinih hromozoma i njihove veze sa određenim bolestima:

• 1956. g. otkriveni su Daunov, Patauov i Edvardsov sindrom
• otkriveno je da su promene u broju polnih hromozoma uzrok Tarnerovog i Klinefelterovog sindroma
• tehnika traka omogućila je otkrivanje strukturnih aberacija hromozoma

Kariogram žene, 46,XX

Kariogram muškarca, 46,XY

Broj hromozoma i podela

Kariotip svake eukariotske ćelije sastoji se od određenog broja hromozoma koji je karakterističan za vrstu i nepromenljiv tokom života jedinke.

Kariotip čoveka sastoji se od 23 para hromozoma (ili 46 hromozoma), od kojih:

• 22 para čine autozomi i
• jedan par su polni hromozomi (gonozomi).

Parovi autozoma u svim ćelijama jednog organizma su simetrični (homologi). Par polnih hromozoma je homolog samo u ćelijama žena, u kojima se sastoji od dva X xromozoma, dok je u ćelijama muškarca asimetričan (nehomolog) i sastoji se od jednog X i jednog Y hromozoma. Parovi autozoma u kariotipu obeležavaju se brojevima od 1 do 22 i to tako što je par najvećih hromozoma označen kao par 1, a ostali parovi redom po veličini (uz manja odstupanja) nose brojeve 2 do 22. Polni hromozomi se označavaju sa X odnosno Y.

Građa i vrste metafaznog hromozoma

Metafazni hromozom se sastoji od dve hromatide, od kojih svaka sadrži po jedan od dva molekula DNK nastalih procesom replikacije. Hromatide su spojene u oblasti centromera koje imaju izgled suženja na hromozomu. Na centromerama se nalazi parna proteinska struktura, kinetohor, koja se formira na početku mitoze i ima ulogu da veže hromozom za deobno vreteno.

Centromera deli hromozom na dva kraka :

• duži krak (q), deo hromozoma ispod centromere i
• kraći krak (p), iznad centromere.

Svaki krak je podeljen na regione, a svaki region je podeljen na subregione (npr. 4p13 znači 4. hromozom 13-og regiona kraćeg kraka).

Prema položaju centromere razlikuju se sledeće vrste hromozoma u humanom kariotipu:

• metacentričan je onaj hromozom čija se centromera nalazi na sredini pa su kraci jednake dužine (p = q);
• submetacentričan , čija je centromera bliža jednom kraju hromozoma, pa je onda r : q = 1 : 1.5-3;
• akrocentričan kod koga se centromera nalazi sasvim blizu jednog kraja hromozoma (p : q = 1 : 7<);
• telocentričan hromozom je onaj kod koga se centromera nalazi na samom kraju hromatide, pa je odnos p : q = 0 : 1;
• subtelocentričan hromozom ima centromeru postavljenu tako da deli hromatidu u odnosu p : q = 1 : 3-7;

Pored centromere, kao primarnog suženja koje imaju svi hromozomi, pojavljuje se i sekundarno suženje u određenim hromozomima (npr. kratki kraci akrocentričnih hromozoma čoveka sadrže ovo suženje).

Prirodni krajevi linearnog molekula DNK nazivaju se telomere. Telomere imaju višestruke funkcije, ali se pojednostavljeno može reći da predstavljaju neku vrstu zaštitne kape hromozoma jer nisu lepljive, ne reaguju sa krajevima drugih hromozoma i nisu osetljive na razarajuće dejstvo enzima egzonukleaza.

Za više podataka pogledati Centromera

Klasifikacija hromozoma humanog kariotipa

Na Denvenskoj konferenciji (1960) je izvršena podela hromozoma na autozome (22 para) i polne hromozome (1 par, XX ili XY), kao i podela prema položaju centromere. Na konferenciji u Čikagu (1966) dogovorena je standardizacija humanog kariotipa: hromozomi se klasifikuju prema veličini i obeležavaju brojevima od 1 - 22 u sedam grupa grupa od A do G, pri čemu X hromozom pripada grupi C, a Y hromozom grupi G:

grupe	autozomi (parovi)	gonozomi	osobine
A	1, 2, 3		1 i 3 metacentrični 2 submetacentričan
B	4, 5		submetacentrični
C	od 6 - 12	X	submetacentrični
D	13, 14, 15		akrocentrični
E	16, 17, 18		16 metacentričan 17 i 18 submetacentrični
F	19, 20		metacentrični
G	21, 22	Y	akrocentrični

Objašnjenje tabele:

• grupa A sadrži parove hromozoma 1, 2 i 3
• grupa B sadrži 4. i 5. par hromozoma;
• grupa C sadrži od 6 - 12. para hromozoma i X hromozom
• grupa D sadrži 13., 14. i 15. par hromozoma;
• u grupi E su 16., 17. i 18. par
• u F grupi su 19. i 20. par
• grupa G obuhvata 21., 22. par i Y hromozom.

Akrocentrični hromozomi u humanom kariotipu su:

• hromozomi grupe D: 13, 14. i 15. par
• hromozomi grupe G: 21, 22. i Y hromozom.

Muškarci imaju neparan broj akrocentričnih hromozoma u telesnim ćelijama, dok žene imaju paran broj (nemaju Y hromozom).

Metacentričnim hromozomima pripadaju:

• 1., 3., 16., 19., 20.

Ostali hromozomi humanog kariotipa su submetacentrični. Kod žena je i ovaj tip hromozoma paran, dok je kod muškaraca neparan (imaju samo jedan H hromozom).

Pravila pisanja kariograma/kariotipa

Na konferenciji održanoj u Parizu 1971. g. ustanovljena su pravila pisanja kariotipa.

1. Kariotip se obeležava tako što se prvo piše ukupan broj hromozoma, a posle zareza hromozomi koji određuju pol:

• kariotip žene je, dakle, 46, XX;
• kariotip muškarca 46, XY.

2. Za pojedinačne hromozome u višku piše se:

• 47, XXX ili 47, XXY, kada su polni hromozomi u pitanju
• 47, XX, + 21, kada je u pitanju neki od autozomnih hromozoma (ovde je dat pr. hromozom br. 21)

3. Kada kariotip sadrži pojedinačni krak u višku piše se npr. 46, XX, 6q+ (u višku je dugi krak hromozoma br. 6)

4. Mozaični kariotip se piše:

• 46, XX/47, XX,+21 ili
• 46,XX/47,XXX/45,X

5. Strukturne promene na hromozomima pišu se npr. 46, XX, del (8) (p13)

Citološke metode identifikacije hromozoma

Veličina hromozoma i položaj centromere su parametri na osnovu kojih je moguće identifikovati hromozome. Međutim, mnogo pouzdanije metode, pogotovo za proučavanje promena u građi hromozoma, jesu citološke metode bojenja.

Najčešće tkivo koje se koristi za analizu hromozoma jesu limfociti periferne krvi koji se odgajaju u kulturi tkiva. Posle izvesnog broja deoba dodaje se jedan biljni alkaloid – kolhicin koji sprečava formiranje deobnog vretena. Time se ćelija zaustavlja u metafazi mitoze kada su hromozomi najuočljiviji. Hromozomi se još dodatno obrađuju, a zatim se boje. Boje koje se za to najčešće koriste su Gimsa i fluorescentna boja. Bojenjem se na svakom hromozomu dobija uočljiv, uvek ponovljiv i specifičan raspored traka (G-trake ako je bojeno Gimzom ili Q-trake ako je druga boja primenjivana).

Kada se hromozomi fotografišu ili nacrtaju, zatim se po ivici iseku i poređaju u parove po veličini dobija se kariogram. Na osnovu kariograma se hromozomi mogu i shematski da prikažu i tada govorimo o idiogramu.

Određivanje kariotipa

Najjednostavnija metoda kojom je moguće odrediti humani kariotip jeste iz limfocita periferne krvi, Morheadova metoda. Potupak zahteva sledeće korake:

• uzimanje uzorka (5 ml) venske krvi;
• odvajanje limfocita, vrši se tako što se krvi doda heparin (sprečava zgrušavanje krvi - antikoagulans), a zatim krv centrifugira dok se limfociti ne izdvoje u vidu prstena iznad nataloženih ostalih krvnih ćelija;
• inkubacija, leukociti se prenose na medijum sa fitohemaglutininom, koji pospešuje mitozu leukocita; kultura se na 37° C inkubira 3 dana; za to vreme limfociti se višestruko podele;
• dodavanje kolhicina ili vinblastina koji zaustavljaju mitozu u metafazi jer sprečava obrazovanje deobnog vretena; u metafazi mitoze se hromozomi najbolje uočavaju;
• dodavanje hipotoničnog rastvora koji izaziva prskanje membrane leukocita i oslobađanje hromozoma;
• fiksacija hromozoma
• pravljenje razmaza na mikroskopskoj pločici
• bojenje hromozoma odgovarajućim rastvorima
• fotografisanje
• slaganje kariograma.

G trake (a) i C trake (b)

Tehnike bojenja hromozoma

Analiza hromozoma metodama bojenja traka omogućava otkrivanje strukturnih i numeričkih aberacija hromozoma koje su velike preko 2 Mbp DNK.

Klasično bojenje hromozoma vrši se upotrebom Gimza boje. tako se može utvrditi:

• broj hromozoma
• veličina hromozoma
• strukturna aberacija hromozoma
• numerička aberacija hromozoma.

Tehnikom G traka, kod koje se hromozomi prvo tretiraju tripsinom (enzim), a zatim boje Gimzom (neflurescentna boja), na hromozomima se mogu uočiti specifično naizmenično raspoređene:

• tamne trake koje odgovaraju heterohromatinskom regionu hromozoma
• svetle zone koje odgovaraju euhromatinu.

R trake na hromozomima su suprotne od onih koje daje tehnika G traka. Upotrebljavaju se ispitivanje:

• heterohromatina
• telomera.

Tehnikom C traka boje se pojedini delovi hromozoma:

• centromere svih hromozoma
• sekundarna suženja hromozoma br. 1, 9 i 16
• konstitutivni heterohromatin Y hromozoma.

Q trake se dobijaju bojenjem pomoću boje kvinakrin i odgovaraju G trakama. Tada se hromozomi posmatraju pod fluorescentnim mikroskopom.

Bojenje srebro-nitratom primenjuje se u tzv. tehnici Ag-NOR i tada se boje sekundarna suženja akrocentričnih autozomnih hromozoma.

Za više podataka pogledati Metode analize hromozoma

Pogledaj Humani kariotip u Virtuelnoj nastavi

Hromozomi čoveka
{1} {2} {3} {4} {5} {6} {7} {8} {9} {10} {11} {12} {13} {14} {15} {16} {17} {18} {19} {20} {21} {22} {X} {Y}

Literatura

• Tucić, N, Matić, Gordana: O genima i ljudima, Centar za primenjenu psihologiju, Beograd, 2002.
• Emeri, A., E., H.: Emerijevi osnovi medicinske genetike, Datastatus, Beograd, 2009.
• Marinković, D, Tucić, N, Kekić, V: Genetika, Naučna knjiga, Beograd
• Tatić, S, Kostić, G, Tatić, B: Humani genom, ZUNS, Beograd, 2002.
• Matić, Gordana: Osnovi molekularne biologije, Zavet, Beograd, 1997.
• Ridli, M: Genom - autobiografija vrste u 23 poglavlja, Plato, Beograd, 2001.
• Prentis S: Biotehnologija, Školska knjiga, Zagreb, 1991.
• Dumanović, J, marinković, D, Denić, M: Genetički rečnik, Beograd, 1985.
• Kosanović, M, Diklić, V: Odabrana poglavlja iz humane genetike, Beograd, 1986.
• Lazarević, M: Ogledi iz medicinske genetike, beograd, 1986.
• Švob, T. i sradnici: Osnovi opće i humane genetike, Školska knjiga, Zagreb, 1990.

Snežana Trifunović, dipl. biolog