Хромосомний аналіз як метод виявлення порушень у структурі каріотипу

Хромосомний аналіз — метод виявлення порушень у структурі каріотипу

Дослідження всіх елементів каріотипу людини відбувається за допомогою методу спеціального забарвлення та вивчення хромосом у світловому мікроскопі. Хромосомний аналіз допомагає визначити розміри та форми хромосом, їхню структуру, а також розташування первинних та вторинних перетяжок і неоднорідних ділянок у них.

Для аналізу порушень каріотипу використовують зразок культури соматичних клітин, що діляться, статеві клітини, клітини крові (передусім лімфоцити), кісткового мозку та фібробластів. Найчастіше це відбувається так: зразок крові на 72 години поміщають у поживне середовище з додаванням речовини, що стимулює поділ клітин (для вивчення потрібні хромосоми на стадії метафази). За 1,5 години до завершення культивування додають колхіцин, що руйнує клітинні веретена поділу. Після завершення клітини переносять у гіпотонічний розчин калій хлориду та натрій цитрату, ядерна оболонка руйнується і хромосоми вивільняються у цитоплазму. Після цього клітини фіксують сумішшю метанолу та оцтової кислоти, і клітинну суспензію наносять на вологі предметні скельця і висушують на повітрі. Далі здійснюють забарвлення препарату.

Зображення хромосом, що можна побачити у мікроскоп, фотографують і вивчають. У сучасних лабораторіях для цього використовують комп’ютерні програми Ikaros, Lucia Karyo, Каріо 3.1 та інші. Зазвичай аналізують не менш 30 зображень. Отримана інформація дозволяє розподілити хромосоми за групами і виявити відхилення.

3. Використання хромосомного аналізу Х.а. застосовують із метою виявлення спадкових та хромосомних хвороб, при безплідді, невиношуванні вагітності, використовують у судовій медицині. Х.а. важливий також при розпізнанні та дослідженні пухлин, які супроводжуються специфічними маркерними абераціями хромосом.

Найчастіше Х.а. проводять у перед- та постнатальний період для виявлення хромосомних та спадкових хвороб. Залежно від терміну вагітності й завдань дослідження матеріалом для аналізу можуть служити клітини амніотичної рідини, хоріону, плаценти і лімфоцити пуповинної крові плоду. У пренатальний період з метою отримання дослідного матеріалу для подальшого Х.а. застосовують кордоцентез (метод отримання кордової (пуповинної) крові плода, який проводиться зазвичай не раніше 18-го тижня вагітності. Через передню черевну стінку вагітної після інфільтраційної анестезії під контролем ультразвукового апарата здійснюють прокол тонкою пункційною голкою, потрапляють у судину пуповини і отримують до 5 мл крові. Процедуру зазвичай поєднують з амніоцентезом (взяття навколоплідних вод).

Найвідомішими сьогодні є такі аномалії:

• синдром Дауна (47 хромосом, зайва хромосома у 21-й парі);

• синдром котячого лементу (делеція короткого плеча 5-ї хромосоми);

• синдром Патау (47 хромосом, зайва хромосома у 13-й парі);

• синдром Клайнфельтера (47 хромосом, зайва статева хромосома XXY);

• синдром Шерешевського-Тернера (45 хромосом, відсутня одна Х-хромосома);

• полісомія за Х-хромосомою (47 хромосом, три статеві хромосоми ХХХ).

I

Хромосомні хвороби це– спадкові хвороби, які обумовлені геномними (зміна числа хромосом) і хромосомними (зміна структури хромосом) мутаціями.

Хромосомні захворювання, як правило, не передаються нащадкам і зустрічаються в сім’ях як одиничні випадки. Вони виникають заново внаслідок мутацій в гаметах одного із здорових батьків або в зиготі на перших стадіях дроблення. Якщо мутація виникла в гаметах – це повна форма хвороби, якщо на стадії дроблення зиготи – мозаїчна форма хвороби.

Хромосомні хвороби, пов’язані із зміною числа хромосом

Основна причина виникнення хромосомних хвороб, пов’язаних із зміною числа хромосом (геномними мутаціями), – нерозходження хромосом у мейозі.

Види геномних мутацій:

–поліплоїдія це– кратне збільшення числа хромосом в клітинах рослин або тварин.

– гаплоїдія це – протилежне поліплоїдії явище, що полягає в кратному зменшенні числа хромосом в потомства порівняно з материнською особиною.

– анеуплоїдія це – явище, при якому клітки організму містять число хромосом, некратне гаплоїдному (ординарному). Серед анеуплоїдів розрізняють гіперформи — організми з набором хромосом, збільшеним на одну або більш, і гіпоформи — із зменшеним на одну або більш набором хромосом.

Хромосомні аномалії зустрічаються в 1 % новонароджених. Вони є причиною 45-50 % множинних вроджених вад розвитку, близько 36 % випадків глибокої розумової відсталості, 50 % аменорей, 10 % безпліддя у чоловіків.

Розрізняють хромосомні хвороби, обумовлені:

1) зміною числа автосом і 2) зміною числа статевих хромосом.

Хромосомні хвороби, обумовлені зміною числа аутосом.

Синдром Дауна (трисомія 21). Клінічну картину синдрому вперше в 1866 р. описав англійський лікар Л. Даун.

У 1959 р. французький учений І.Лежен виявив у каріотипі хворих зайву хромосому 21. Каріотипи хворих – 47, ХХ, 21+ або 47, ХY, 21+. Частота 1:1100, а в деяких регіонах – 1:700-1:800 новонароджених.

Ризик народження дітей з синдромом Дауна зростає з віком матері.На частоту їх народження не впливають статеві, расові, географічні і популяційні відмінності.

Клінічні діагностичні ознаки:

– низький зріст;

– різні ступені розумової відсталості;

– черепно-лицеві аномалії: косий розріз очей, коротка шия, епікант, плоске обличчя, маленький короткий ніс, великий язик, маленькі деформовані вуха;

– м’язова гіпотонія;

– розхитаність суглобів;

– поперечна складка на долонях;

– клинодактилія мізинця.;

– вроджені вади внутрішніх органів (серця).

Знижений імунітет часто є причиною смерті цих дітей.

Синдром Патау (трисомія-13). Каріотип 47, ХХ, 13+ або 47, ХY, 13+. Частота 1:5000 – 1:7000 новонароджених.

Клінічні діагностичні ознаки:

– щілини верхньої губи і піднебіння,

– зменшений об’єм черепа,

– перекошений, низький лоб,

– мікрофтальмія,

– анофтальмія (відсутність одного або обох очних яблук),

– перенісся запале,

– деформовані вушні раковини, полідактилія;

– вроджені вади серця, інших внутрішніх органів.

Більшість дітей вмирає в перші тижні або місяці. Вирішальним у діагностиці є цитогенетичне дослідження.

Синдром Едвардса (трисомія-18). Каріотип 47, ХХ, 18+ або 47, ХY, 18+. Частота 1:5000-1:7000. Співвідношення хлопчиків і дівчаток дорівнює 1:3. Причини переважання хворих дівчаток поки що невідомі.

Клінічні діагностичні ознаки:

– доліхоцефалічний череп, малі рот і нижня щелепа,

– очні щілини вузькі,

– вушні раковини деформовані,

– аномальна стопа (“стопа-качалка”),

– вроджені вади серця, скелетної системи, нирок, статевих органів.

Діти переважно вмирають до 2 місяців. Клінічний і навіть патологоанатомічний діагноз синдрому складні. Тому у всіх випадках показане цитогенетичне дослідження.

Хромосомні хвороби, обумовлені зміною числа статевих хромосом

Синдром Шерешевського-Тернера. Каріотип 45,Х0. У клітинах відсутні тільця статевого хроматину. Частота 1:2000-1:5000. Поряд із справжньою моносомією мо­жуть зустрічатись делеції плеч (довгого або короткого), кільцеві хромосоми. Синдром описали російський клініцист М.А. Шере­шевський (1925) і Г.Тернер (1938).

Клінічні діагностичні ознаки:

– синдром виявляється у жінок;

– низький зріст,

– коротка шия з надлишком шкіри і крилоподібними складками (шия сфінкса),

– низька межа росту волосся на потилиці,

– грудна клітка щитоподібної форми з широко розставленими сосками, дисгенезія гонад.

Синдром трипло-Х. Каріотип 47, ХХХ. Переважна більшість таких жінок мають нормальний фізичний та розумовий розвиток і виявляються випадково при обстеженні. Лише в деяких з них порушена репродуктивна функція. Більшість жінок мають нормальну плодючість, хоча зростає ризик мимовільних викиднів і хромосомних аберацій у нащадків. У клітинах – по два тільця статевого хроматину. При збільшенні числа Х-хромосом наростає ступінь відхилення від норми. У жінок з тетра- і пентасомією описані розумова відсталість, черепно-лицеві дизморфії, аномалії зубів, скелета і статевих органів. Однак жінки навіть з тетрасомією по Х- хромосомі мають нащадків.

Синдром Клайнфельтера. Каріотип 47, ХХY. Частота 1:400. Синдром виявляється лише в осіб чоловічої статі переважно при статевому дозріванні.

Клінічні діагностичні ознаки:

– високий зріст,

– довгі кінцівки,

– євнухоїдизм,

– гінекомастія (збільшення молочних залоз),

– відсутність сперматогенезу,

– недорозвинення статевих залоз.

Тільця статевого хроматину виявляються в 80 % випадків. Інколи хворі з синдромом Клайнфельтера мають 48 і 49 хромосом (48, ХХXY; 49, ХХХХY). Чим більше Х-хромосом у каріотипі, тим вища ймовірність розвитку розумової відсталості.

Синдром дисомії за Y-хромосомою. Каріотип 47, ХYY. Частота 1:1000. Синдром виявляється в осіб чоловічої статі. За своїм розумовим і фізичним розвитком такі чоловіки не відрізняються від нормальних осіб. Помітних відхилень у статевому і гормональному статусі не виявлено. Проте деякі клі­ніцисти вказували на підвищений ступінь агресивності в окремих з них.

Хромосомні хвороби, зумовлені порушенням структури хромосом.

Синдром “Котячого крику”– клінічні прояви даного синдрому полягає в порушенні будови гортані, нявкаючий тембр голосу, розумова відсталість.

Фенотипові прояви синдрому котячого крику. Найбільш характернина ознака – «крик кішки» – обумовлена змінами гортані (звуження, м’якість хрящів, зменшеня надгортанника, незвична складчастість слизової оболонки). Практично у всіх хворих є зміни мозкового черепа та обличчя: місяцеподібне обличчя, мікроцефалія, епікант, антимонголоїдний розріз очей, високе піднебіння, плоска спинка носа. Вушні раковини розмішені низько та деформовані. Крім того, зустрічаються вроджені вади серця та інших внутрішніх органів, опорно-рухового апарату (синдактилія стоп, косолапість). Харакрерна м’язева гіпотонія. Виразність клінічної картини в цілому та окремих ознак змінюються з віком. Так, “котячий крик”, м’язева гіпотонія, місяцеподібне обличчя з віком зникають майже повністю, а мікроцефалія є більш помітною, прогресує розумова відсталість, помітніше проявляється косоокість.

Більшість хворих помирає в перші роки, тільки 10 % досягають 10 річного віку. У всіх випадках хворим та їхнім батькам показане цитогенетичне обстеження, оскільки в одного з батьків можлива реципрокна збалансована транслокація, яка при мейозі може убумовити делецію ділянки 5p- (15,1-15,2).

Хворіти можуть люди чоловічої і жіночої статі.

ПОКАЗАННЯ ДЛЯ ПРОВЕДЕННЯ ОБСТЕЖЕННЯ НА КАРІОТИП

• наявність у жінки в анамнезі 2 і більше мимовільних викиднів;

• безпліддя, особливо первинне;

• завмерла вагітність;

• невдалі спроби перенесення ембріонів в програмах ЕКЗ;

• порушення продукції сперматозоїдів, надмірний вміст патологічних форм сперматозоїдів;

• первинна або вторинна аменорея (відсутність менструацій);

• випадки дитячої смертності на першому році життя або народження в родині мертву дитину;

• народження дитини з вродженими поєднаними вадами;

• затримка розвитку малюка (як фізичного, так і розумового);

• генетичні захворювання у батьків і близьких родичів;

• підозра на генетичну патологію за зовнішніми ознаками (наприклад, специфічна форма черепа, пальців рук, аномалії зовнішніх статевих органів, очей, носа і т.д.)

ПРОЦЕДУРА ПРОВЕДЕННЯ ОБСТЕЖЕННЯ НА КАРІОТИП

Процедура дослідження каріотипу полягає в вирощуванні (культивуванні) лімфоцитів крові і подальшого вивчення хромосомного набору в них за допомогою мікроскопа. Підготовка зразка крові включає кілька етапів, після чого лікар цитогенетик досліджує отримані зразки клітин крові, складаючи хромосомний набір пацієнта.

Дослідження каріотипу дозволяє вивчити структурні особливості хромосом, їх форму і розміри, наявність неоднорідних зон і місць знаходження перетяжок і дати висновок про норму або відхилення від неї.

В разі виявлення будь-яких відхилень пацієнту рекомендовано отримати консультацію лікаря-генетика, який зможе оцінити ступінь можливих відхилень і, при необхідності, визначити тактику подальшого обстеження або корекції наявного стану, а в разі планування вагітності в майбутньому оцінити ризик народження дитини з хромосомною патологією.

ПІДГОТОВКА ДО ПРОВЕДЕННЯ АНАЛІЗУ НА КАРІОТИП

Для обстеження на каріотип відбирається венозна кров. За 2 тижні до проведення здачі крові на аналіз слід виключити вплив таких чинників:

• наявність гострих захворювань або загострення хронічних;

• прийом лікарських препаратів, особливо антибіотиків;

• вживання алкоголю і куріння.

Аналіз не варто здавати на голодний шлунок. Тому перед здачею крові на аналіз рекомендовано вжити легкий сніданок з виключенням смаженої їжі, копченостей, гострих продуктів, маринадів, соусів, солодощів.

Термін виконання аналізу і отримання результату становить 4 тижні.

Хромосомний аналіз у діагностиці безпліддя

Хромосомний тест все частіше використовуються в діагностиці безпліддя. Він дає відповідь на питання про причини невиношування вагітності і тим самим збільшує шанс збереження наступних вагітностей.

Дослідження каріотипу для виявлення вади у батьків

Хромосомні аберації плода часто є випадковістю, що не залежить від батьків. Підраховано, що до 30% жіночих репродуктивних клітин і 10% чоловічих репродуктивних клітин можуть містити пошкоджений генетичний матеріал. До того ж один з батьків може виявитися носієм певних мутацій. Так, тест на каріотип дозволяє підтвердити або виключити, наприклад, синдром Робертсона, синдром Клайнфельтера у чоловіків або синдром Тернера у жінок. Завдяки цьому можна буде оцінити ризик повторення проблем з вагітністю та визначити шанси на її правильний перебіг в майбутньому.

Обстеження каріотипу для виявлення дефекту у плода

Будь-які труднощі зі збереженням вагітності (особливо в першому триместрі) можуть бути пов'язані з генетичними дефектами малюка, особливо коли йдеться про викидень. Щоб це перевірити, варто провести тест на каріотип абортованого матеріалу (за можливості) і каріотип обох батьків (особливо якщо підтверджена хромосомна аберація). Це дозволить виявити можливу причину викидня.

Тест на каріотип корисний у пренатальному періоді і після народження дитини

Тестування каріотипу також часто проводиться у дітей в допологовий і післяпологовий період. Це дозволяє виявити генетичний дефект або підтвердити його після раніше проведеної діагностики. Каріотип дозволяє виявити найбільш поширені хромосомні порушення, відповідальні за синдроми Дауна, Патау або Едвардса. Це дефекти, що виникають в результаті наявності додаткової третьої хромосоми в одній із пар хромосом (що має назву трисомія).