Karyotyyppi: kromosomien lukumäärä, rakenne ja merkitys sytogenetiikassa

Karyotyyppi on kromosomien lukumäärä ja ulkonäkö eukaryoottisolun ytimessä. Termiä käytetään myös lajin tai yksittäisen organismin täydellisestä kromosomisarjasta. Se kuvaa kromosomien lukumäärää ja sitä, miltä ne näyttävät valomikroskoopissa. Huomiota kiinnitetään niiden pituuteen, sentromeerien sijaintiin, sukupuolikromosomien mahdollisiin eroihin ja muihin fyysisiin ominaisuuksiin. Karyotyyppien laatiminen ja tutkiminen on osa sytogenetiikkaa (sytologia ja genetiikka).

Yksilön tai lajin somaattisten (ruumiin) solujen kromosomien peruslukumäärää kutsutaan somaattiseksi lukumääräksi, ja sitä kutsutaan nimellä 2n. Näin ollen ihmisellä 2n = 46. Sukusoluissa kromosomiluku on n (ihmisellä n = 23).

Normaaleissa diploideissa eliöissä kromosomeja on siis kaksi kappaletta. Sukupuolikromosomeja voi olla tai ei voi olla. Polyploidisissa soluissa kromosomeja on useita kopioita ja haploidisissa soluissa vain yksi kopio. Kokonaisia kromosomikokonaisuuksia koskevaa tutkimusta kutsutaan joskus karyologiaksi.

Kromosomit kuvataan (mikrovalokuvan uudelleenjärjestelyllä) standardimuodossa, joka tunnetaan nimellä karyogrammi tai idiogrammi: pareittain, koon ja sentromeerin sijainnin mukaan järjestettyinä samankokoisten kromosomien osalta. Tätä voidaan käyttää moniin tarkoituksiin, kuten geneettisen sairauden osoittamiseen, eläimen sukupuolen ja sen diploidiluvun selvittämiseen. Ihmisillä sytologit ovat käyttäneet karyotyyppejä auttamaan tunnistamaan geneettisiä poikkeavuuksia, joita vauvalla saattaa olla ennen syntymää.

Karyotyyppejä voidaan tutkia, jotta saadaan tietoa menneistä evoluutiotapahtumista, kuten polyploidiudesta.

Karyotyypin laatiminen — käytännön vaiheet ja menetelmät

Karyotyypin tutkiminen perustuu yleensä mitoottisesti jakautuvien solujen (usein veressä olevat lymfosyytit tai istukan/amniotinäytteet) pysäyttämiseen metafaasivaiheeseen, jolloin kromosomit ovat parhaiten erottuvia. Tyypilliset vaiheet:

• Solujen viljely ja stimulointi jakautumiseen (esim. verinäytteessä lymfosyytit).
• Jakautumisen pysäyttäminen kolkisiinilla tai vastaavalla aineella, jolloin solut jäävät metafaseihin.
• Hypotoninen käsittely, joka erottaa kromosomit toisistaan.
• Kiinnitys (esim. fixatiivilla) ja levitys mikroskooppialustalle.
• Värjäys ja kuvantaminen — perinteinen G-värjäys (G-banding) on yleisin menetelmä.
• Kuvien järjestely pareiksi ja karyogrammin muodostaminen.

Modernit menetelmät täydentävät perinteistä mikroskopointia:

• G‑banding: antaa tyypilliset vyökuviot, joiden avulla tunnistetaan kromosomit yksilöllisesti.
• FISH (fluoresenssit in situ -hybridisaatio): tunnistaa tiettyjä DNA-alueita värikkäillä merkkiaineilla; käyttö erityisesti mikrodeleetioiden, toistojaksojen ja translokaatioiden havaitsemiseen.
• Array-CGH ja SNP-mikrosirut: havaitsevat pienempiä kopiovaihteluita (CNV) koko genomin laajuisesti, joita valo‑mikroskooppi ei näe.
• High-resolution banding: mahdollistaa pienempien poikkeamien havaitsemisen jakautumisen varhaisemmissa vaiheissa.

Karyotyypin luokitus ja nominaalit

Kromosomit luokitellaan sentromeerin paikannuksen mukaan seuraavasti: metasentrinen, submetasentrinen, akrosentrinen ja telosentrinen (telosentrinen on harvinaisempi monilla eliöillä; ihmisellä ei varsinaisia telosentrisia kromosomeja). Karyotyypissä käytetään kansainvälistä ISCN‑nimistöä (International System for Human Cytogenetic Nomenclature) kuvaamaan kromosomimuutoksia, esimerkiksi:

• 46,XX — normaali naispuolinen karyotyyppi
• 46,XY — normaali miespuolinen karyotyyppi
• 47,XX,+21 — naisella ekstra kromosomi 21 (Downin syndrooma)
• 45,X — Turnerin oireyhtymä (puuttuva toinen sukupuolikromosomi)

Rakenteelliset ja määrälliset poikkeavuudet

Kromosomipoikkeamat jaetaan yleensä määrällisiin (aneuploidiat, polyploidiat) ja rakenteellisiin muutoksiin:

• Aneuploidia: yksittäisen kromosomin ylimäärä (trisomia) tai puutos (monosomia). Esimerkkejä: trisomia 21 (Down), trisomia 18 (Edwards), trisomia 13 (Patau), 47,XXY (Klinefelter).
• Polyploidia: koko kromosomiston kopioiden lisääntyminen (esim. 3n, 4n); yleinen erityisesti kasveilla.
• Deleetio (poisto) — osa kromosomista puuttuu.
• Duplikaatio — osa kromosomista on kahdentunut.
• Inversio — kromosomin osa on kääntynyt ympäri.
• Translokaatio — palan siirtyminen kromosomista toiseen; Robertsonin translokaatio on yleinen akrosentrisilla kromosomeilla.
• Isochromosomi — kromosomin toinen puoli identtinen toiselle, johtaa materiaalin epätasapainoon.

Kliininen merkitys

Karyotypointi on tärkeä diagnostiikkatyökalu sytogenetiikassa ja perinnöllisyysneuvonnassa. Keskeisiä käyttötarkoituksia:

• Ennakkodiagnostiikka raskauden aikana (amniokenteen ja istukanäytteiden karyotyyppi), erityisesti epäiltäessä kromosomipoikkeavuutta.
• Lapsettomuuden ja toistuvien keskenmenojen tutkimus (kantajatilan translokaatioiden etsiminen).
• Sytogenetiikka syövissä: tietyt leukemiat ja lymfoomat liittyvät tunnistettuihin kromosomimuutoksiin (esim. BCR-ABL-fuusio kromosomitranslokaatiossa t(9;22)).
• Perheen perinnöllisten sairauksien selvittäminen ja kantajatestaus.

Esimerkiksi Downin syndrooma on useimmiten trisomia 21 — yhden kromosomin ylimäärä voidaan havaita selvästi karyogrammissa.

Evoluutio ja karyotyyppien vertailu

Karyotyyppien vertailu eri lajien välillä antaa tietoa evoluutiotapahtumista, kuten kromosomien yhdistymisistä tai jakautumisista, Robertsonin translokaatioista ja polyploidisaatiosta. Kromosomimuutokset voivat muokata geenien järjestystä ja johtaa lajiutumiseen tai sopeutumiseen, erityisesti kasveilla, joissa polyploidia on yleistä.

Karyogrammi ja idiogrammi

Karyogrammi on kuva tai sarja kuvia, joissa jokainen kromosomipari on asetettu järjestykseen; idiogrammi on piirretty tai kaavallinen esitys kromosomien vyökuvioista ja mitoista. Idiogrammi auttaa vertailemaan kromosomeja ja merkitsemään poikkeavuudet. Näitä käytetään sekä kliinisessä diagnostiikassa että tutkimuksissa.

Rajoitukset ja yhdistäminen molekyylimenetelmiin

Perinteinen karyotyyppitutkimus havaitsee hyvin suuria muutoksia (yleensä >5–10 Mb), mutta pienemmät muutokset jäävät usein huomaamatta. Siksi nykyaikainen diagnostiikka yhdistää usein karyotypin ja molekyylimenetelmät (FISH, array-CGH, sekvensointi) saadakseen tarkemman kuvan genomista.

Käytännön näytteet ja esimerkit

Yleisimmät näytetyypit:

• Peripheral blood (aikuisten lymfosyytit)
• Amniotic fluid / istukanäytteet (prenataalitutkimukset)
• Kasvaintonäytteet (syöpädiagnostiikka)

Usein mainittuja esimerkkikaryotyyppejä ihmisellä: 46,XX (nainen), 46,XY (mies), 47,XX,+21 (Down), 45,X (Turner), 47,XXY (Klinefelter).

Yhteenveto: Karyotyyppi on perusväline sytogenetiikassa, joka kuvaa kromosomien lukumäärän ja ulkonäön. Se tarjoaa arvokasta tietoa geneettisistä poikkeavuuksista, syövän mekanismeista ja evoluutiosta, ja sitä täydentävät nykyaikaiset molekyylimenetelmät, jotka laajentavat havaittavien muutosten kirjoa.

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mikä on karyotyyppi?

K: Mitä on sytogenetiikka?

K: Mikä on somaattinen lukumäärä?

K: Kuinka monta kopiota on normaaleissa diploidisissa organismeissa?

K: Mitä karyogrammi osoittaa?

K: Miten karyotyypit voivat antaa tietoa menneistä evoluutiotapahtumista?

Hae kirjaimella