Ocariotipo (do gregokaryon = gran, semente, núcleo) é o número e aparencia doscromosomas no núcleo dunhacélula eucariótica. O termo tamén se usa para designar o conxunto de cromosomas dunha especie, ou un determinado individuo.[1][2][3]
Os cariotipos describen o número de cromosomas e a forma, tamaño e características morfolóxicas de cada un vistas aomicroscopio. É especialmente importante o tamaño, a posición docentrómero, padrón de bandas, diferenzas entre oscromosomas sexuais, e outras características físicas como a existencia de constricións secundarias, satélites etc.[4] A preparación e estudo dos cariotipos forma parte dacitoxenética.
O estudo dun conxunto completo de cromosomas ás veces chámasecarioloxía. Os cromosomas móstranse (reordenando as figuras dunha micrografía) nun formato estándar chamadocariograma ouidiograma: en pares, ordenados por tamaño e pola posición do centrómero nos cromosomas do mesmo tamaño.
O número básico de cromosomas nascélulas somáticas dun individuo ou especie denomínasenúmero somático e desígnase como2n. Nos humanos, por exemplo, 2n = 46. Nas células da liña xerminal (células sexuais) o número cromosómico én (nos humanos: n = 23).[2]p28
Nos organismosdiploides normais, hai dúas copias dos cromosomas autosómicos ouautosomas (os cromosomas de cada par denomínansecromosomas homólogos). Pode haber ou noncromosomas sexuais. As célulaspoliploides teñen múltiples copias de cada cromosoma. As célulashaploides teñen unha soa copia de cada cromosoma.
O estudo dos cariotipos é moi importante enBioloxía celular eXenética, e tamén en estudosevolutivos eMedicina. Os cariotipos poden utilizarse para moitos propósitos; como o estudo deaberracións cromosómicas, funcións celulares, relaciónstaxonómicas, e obtención de información sobre eventos evolutivos do pasado.
O estudo dos cariotipos faise posible por tinguidura. Xeralmente, unha tinguidura adecuada é oGiemsa,[5] despois de que a célula parou a súadivisión ao ser tratada cunha solución decolchicina. Para o caso humano, as células que se usan máis frecuentemente son osleucocitos porque poden ser facilmente inducidos a se dividir e crecer en cultivos de tecidos.[6] Algunhas observacións poden facerse en células que non están en división (interfase), como por exemplo para determinar o sexo dun feto a partir de células extraídas poramniocentese, nas que se comproba a existencia decorpo de Barr.
Xeralmente, obsérvanse e compáranse seis diferentes características dos cariotipos:[7]
Xeralmente atópanse variacións entre:
O cariotipo humano normal contén 22 pares de cromosomas autosómicos (autosomas) e un par decromosomas sexuais. Os cariotipos normais das mulleres conteñen douscromosomas X e escríbense 46,XX; os homes teñen un X unY e escríbense 46,XY. Calquera variación do cariotipo estándar pode orixinar anormalidades no desenvolvemento do individuo.
Aínda que areplicación e atranscrición doADN está moi estandarizada noseucariotas, non ocorre o mesmo cos cariotipos, que son moi variables. Hai variación interespecífica no número de cromosomas, e nos detalles da súa organización, malia estaren construídos coas mesmas macromoléculas. Estas variacións son examinadas nos estudos de citoloxía evolutiva.
Nalgúns casos mesmo hai variacións significativas dentro dunha especie. Nunha revisión, Godfrey e Masters conclúen:
Aínda que se sabe moito dos cariotipos a nivel descritivo, e está claro que os cambios na organización do cariotipo tiveron efectos no curso da evolución de moitas especies, non está tan clara a súa significación xeral.
En vez da habitualrepresión xenética, algúns organismos experimentaron unha eliminación a grande escala daheterocromatina, ou outros tipos de axuste visible dos cariotipos.
Un exemplo espectacular de variabilidade entre especies moi emparentadas é o cérvidoMuntiacus. O número diploide da especie chinesaMuntiacus reevesi é 46, e todos os cromosomas sontelocéntricos. Pero a especie india emparentadaMuntiacus muntjak ten un cariotipo nas femias de só 6 cromosomas e nos machos de 7.[17]
O número de cromosomas do cariotipo de especies relativamente non emparentadas é moi variable. O récord de menos cromosomas teno onematodoParascaris univalens, no que o númerohaploide é n = 1; e o récord máis alto teno ofentoOphioglossum, que ten unha media de 1262 cromosomas.[18] Nos animais atopamos os valores máis altos noesturiónAcipenser brevirostrum con 372 cromosomas.[19] A existencia de cromosomas supernumerarios oucromosomas B significa que o número de cromosomas pode variar mesmo entre unha poboación que se pode aparear; e osaneuploides son outro exemplo, aínda que neste caso non poden considerarse membros normais da poboación.
O número fundamental dun cariotipo é o número de brazos cromosómicos maiores visibles por conxunto de cromosomas.[20][21] Deste modo, cando o número fundamental ≤ 2n, a diferenza depende do número de cromosomas presentes considerados dun só brazo (acrocéntricos outelocéntricos). Os humanos temos un número fundamental = 82,[22] debido á presenza de cinco pares de cromosomas acrocéntricos (13,14,15,21 e22).
Aploidía é o número de conxuntos completos de cromosomas (dotacións) que ten unha célula. As células cun conxunto completo sonhaploides, e as que teñen dous sondiploides. Nas haploides todos os cromosomas son distintos (hai un de cada), e nas diploides cada cromosoma está repetido (hai pares de cromosomas) e os cromosomas de cada par denomínanse cromosomas homólogos.
Aaneuploidía é unha condición cromosómica na cal o número de cromosomas das células non é o número típico da especie, xa que hai copias de máis ou de menos de cromosomas concretos (non de toda a dotación, xa que o número do resto de cromosomas é o normal). Isto orixinaanormalidades cromosómicas como un cromosoma extra ou un ou máis cromosomas ausentes, o cal xeralmente causa anormalidades no desenvolvemento. Son exemplos asíndrome de Down (uncromosoma 21 de máis) e asíndrome de Turner (uncromosoma X de menos).
A aneuploidía pode tamén ocorrer dentro dun grupo de especies emparentadas. Os exemplos clásicos son as plantas do xéneroCrepis, nos que o número gamético (haploide) de cromosomas aparece nas distintas especies na serie x = 3, 4, 5, 6, e 7; e no xéneroCrocus todos os números entre x = 3 a x = 15 están representados en polo menos algunha das especies do grupo. Diversas evidencias mostran que as tendencias evolutivas seguiron diferentes direccións en diferentes grupos.[33]
Algunhas especies animais son polimórficas debido a fusións ou disociacións de cromosomas.[34] Cando isto ocorre, o número de cromosomas é variable dun individuo a outro. Exemplos que foron moi investigados son o doescaravelloChilocorus stigma, algúnsmántidos do xéneroAmeles, e amusaraña común europeaSorex araneus. Hai algunhas evidencias claras no caso domoluscoThais lapillus (do grupo dos corniños) das costas británicas, de que os morfos de dous cromosomas están adaptados a diferenteshábitats.[35]
O estudo detallado dobandeado cromosómico nos insectos concromosomas politénicos pode revelar as relacións entre as especies máis emparentadas: o clásico exemplo é o estudo do bandeado cromosómico das moscasdrosofílidas hawaianas feito porHampton Carson.
Nos seus aproximadamente 17.000 km2, asillas Hawai teñen a colección máis diversa de moscas drosofílidas do mundo, que viven desde nos bosque tropicais hawaianos ata nos prados de tipo subalpino da parte alta das illas. Existen alí unhas 800 especies destas moscas, que xeralmente se clasifican en dous xéneros,Drosophila eScaptomyza, da familiaDrosophilidae.
O bandeado politénico do grupopicture wing, que é o máis estudado, permitiulle a Carson construír aárbore evolutiva destas especies moito antes de que fose posible aplicar as técnicas de análise doxenoma. En certa medida, os arranxos xénicos son visibles no padrón de bandas de cada cromosoma. Osrearranxos cromosómicos, especialmente asinversións cromosómicas, poden indicar que especies están máis emparentadas.
As inversións trazadas en forma de árbore (e independentemente doutras informacións), mostran un claro "fluxo" de especies desde as illas máis vellas ás máis modernas. Hai tamén casos de colonización á inversa cara ás illas antigas, e saltos de illas, pero estes son moito menos frecuentes. Utilizandodatación radiométrica K-Ar, comprobouse que as illas actuais teñen unha antigüidade de 0,4 millóns de anos (ma) (Mauna Kea) ata 10ma (illa Necker no noroeste do arquipélago). A illa máis antiga do arquipélago que aínda sobresae do mar é o atol Kure, que ten 30 ma. O arquipélago, que se orixinou polo movemento daplaca do Pacífico sobre unpunto quente do manto, leva existindo desde moito antes doCretáceo, pero foron destruíndose illas e formándose novas. As illas primixenias están agora baixo o mar e son montes submarinos (guyots), que forman a cadea mergullada dosmontes Emperador.[36]
Todas as especies deDrosophila eScaptomyza nativas de Hawai aparentemente descenden dunha única especie ancestral que colonizou as illas, probablemente hai 20 millóns de anos. A subseguinteradiación adaptativa foi estimulada pola ausencia de competencia e pola ampla variedade denichos ecolóxicos dispoñibles. Aínda que é posible que unha soa femia fecundada colonice unha illa, é máis probable que fose un grupo de individuos da mesma especie.[37][38][39][40]
Hai outros animais e plantas do arquipélago de Hawai que sufriron radiacións adaptativas similares, aínda que non tan espectaculares.[41][42]
Acitoxenética emprega varias técnicas para visualizar os diferentes aspectos dos cromosomas:[6]
Na representación "clásica" dos cariotipos, úsase unha tinguidura xeralmente o bandeado G conGiemsa, ou menos frecuentemente conquinacrina para tinguir as bandas dos cromosomas. O Giemsa é específico para os gruposfosfato dosnucleótidos doADN. A quinacrina únese ás rexións ricas enadenina-timina. Cada cromosoma ten un padrón de bandeado característico que axuda a identificalos; ambos os cromosomas dun mesmo par de homólogos teñen o mesmo padrón de bandeado.
Os cariotipos dispóñense colocando os cromosomas de modo que o brazo curto quede na parte de arriba, e o brazo longo abaixo. Algúns cariotipos designan os brazos curtos comop e os longos comoq. Ademais, as rexións e subrexións con diferente tinguidura reciben designacións numéricas deste a posiciónproximal ádistal no brazo do cromosoma. Por exemplo, asíndrome cri du chat implica unhadeleción na rexión 15.2 do brazo curto docromosoma 5, e escríbese 46,XX,del(5)(p15.2).[43]
O cariotipado espectral é unha técnica citoxenética molecular utilizada para visualizar simultaneamente todos os pares cromosómicos dun organismo en diferentes cores. Fanse sondas para cada cromosoma marcadasfluorescentemente que marcan secuencias específicas de ADN de cada cromosoma con diferentesfluoróforos. Como hai un número limitado de fluoróforos espectralmente diferentes, utilízase un método combinatorio de marcado para xerar moitas cores diferentes. As diferenzas espectrais así xeradas son captadas e analizadas usando uninterferómetro unido a unmicroscopio de fluorescencia. Un programa informático de procesamento de imaxes asigna despois unha falsa cor a cada diferente combinación espectral, permitindo a visualización dos cromosomas en diferentes cores.[44]Esta técnica utilízase para identificar aberracións cromosómicas estruturais nas células cancerosas e outras doenzas cando o bandeado Giemsa ou outras técnicas non teñen precisión dabondo.
Ocariotipado dixital é unha técnica usada para cuantificar o número de copias de ADN a escala xenómica. Íllanse e numéranse curtas secuencias de ADN deloci específicos de todo o xenoma.[45] Este método coñécese tamén como cariotipado virtual.
As anormalidades cromosómicas poden ser numéricas, como a presenza de cromosomas extra ou a ausencia dun cromosoma, ou estruturais como noscromosomas derivados,translocacións,inversións, delecións a grande escala ou duplicacións. As anormalidades numéricas, tamén chamadasaneuploidías, a miúdo ocorren como resultado danon-disxunción na formación dosgametos durante ameiose; outras anormalidades numéricas comúns son astrisomías, nas cales están presentes tres copias dun determinado cromosoma en troques das habituais dúas copias. As anomalías estruturais xeralmente están causadas por erros narecombinación xenética entre homólogos. Ambos os tipos de anormalidades poden aparecer nos gametos e, por tanto, estarán presentes en todas as células da persoa afectada, ou poden ocorrer durante amitose e daren lugar a un individuo que é unmosaico xenético, que ten algunhas células normais e outras anormais.
Entre as anormalidades cromosómicas que poden orixinar enfermidades nos humanos están:
Algúns trastornos orixínanse pola perda de só unha parte dun cromosoma. Entre elas están:
As anormalidades cromosómicas poden tamén ocorrer nas células cancerosas dun individuo xeneticamente normal. Un exemplo ben documentado é ocromosoma Filadelfia, unha mutación por translocación xeralmente asociada coaleucemia mielóxena crónica e menos frecuentemente coaleucemia linfoblástica aguda.
Os cromosomas foron observados por primeira vez en células de plantas porKarl Wilhelm von Nägeli en 1842. O seu comportamento nas células animais depíntega describiunoWalther Flemming, o descubridor damitose, en 1882. O nome cromosoma propúxoo o anatomista alemán,von Waldeyer en 1888.
Os seguintes avances tiveron lugar despois do desenvolvemento daXenética a comezos doséculo XX, cando se viu que o conxunto de cromosomas (o cariotipo) levaba os xenes do individuo. Levitsky parece ser o primeiro en definir o cariotipo como a aparenciafenotípica dos cromosomas somáticos, diferenciándoo do seu contido xenético.[46][47] A seguinte evolución do concepto de cariotipo pode seguirse nos traballos de Darlington[48] eWhite.[2][9]
Levou moitos anos de investigación establecer a cuestión máis básica: cantos cromosomas contén unha célula humana diploide.[49] En 1912,Hans von Winiwarter informou que eran 47 cromosomas nasespermatogonias e 48 nasovogonias, e concluíu que nos humanos existía un sistema de determinación do sexo X0 (XX femias e X0 machos).[50]Painter en 1922 non estaba seguro se o número diploide dos cromosomas humanos era 46 ou 48, e inicialmente inclinábase por 46.[51] Mudou de opinión despois e pasou a pensar que eran 48, e afirmou que a determinación de sexos nos humanos facíase polo sistema XY (XX femias e XY machos).[52] Considerando as rudimentarias técnicas da época estes resultados son bastante notables. Hoxe sabemos que algúns invertebrados teñen unsistema de determinación do sexo X0.
Houbo que agardar á aparición de novas técnicas para resolver definitivamente o problema. Entre os métodos que se empezaron a usar están:
Ata 1950 non se aceptou de forma xeral que o cariotipo humano constaba só de 46 cromosomas.[53][54] Un descubrimento evolutivo interesante foi que os grandes simios teñen 48 cromosomas, e que ocromosoma 2 humano se formou pola unión de dous cromosomas ancestrais dos nosos antepasados, reducindo o seu número total a 46.
 | Wikimedia Commons ten máis contidos multimedia na categoría: Cariotipo |
