Каріотип

Для процедури визначення каріотипу можуть бути використані будь-які популяції клітин, які діляться, для визначення людського каріотипу використовується або одноядерні лейкоцити, витягнуті з проби крові, поділ яких провокується додаванням мітогенів, або культури клітин, що активно діляться в нормі (фібробласти шкіри, клітини кісткового мозку). Збагачення популяції клітинної культури проводиться зупинкою поділу клітин на стадії метафази мітозу додаванням колхіцину — алкалоїду, що блокує утворення мікротрубочок і «розтягування» хромосом до полюсів поділу клітини і перешкоджає тим самим завершенню мітозу.

Отримані клітини в стадії метафази фіксують, фарбують і фотографують під мікроскопом; з набору отриманих фотографій формують систематизований каріотип — нумерований набір пар гомологічних хромосом (аутосом). Зображення хромосом при цьому орієнтують вертикально короткими плечима вгору, їх нумерують у порядку зменшення розміру, пару статевих хромосом поміщають у кінець набору.

Історично перші недеталізовані каріотипи, що дозволяли проводити класифікацію за морфологією хромосом, отримували фарбуванням за Романовським — Гімзою, однак подальша деталізація структури хромосом у каріотипах стала можливою з появою методик диференціального фарбування хромосом.

Для отримання класичного каріотипу використовують фарбування хромосом різними барвниками або їх сумішами: через відмінність у зв'язуванні барвника з різними ділянками хромосом фарбування відбувається нерівномірно і утворюється характерна смугаста структура (комплекс поперечних міток, англ. Banding), що відображає лінійну неоднорідність хромосоми і є специфічною для гомологічних пар хромосом та їх ділянок (за винятком поліморфних районів, в яких локалізовані різні алельні варіанти генів). Вперше спосіб фарбування хромосом, що дозволяє отримати такі високодеталізовані зображення, був розроблений шведським цитологом Касперсоном (Q-забарвлення).[1] Використовують й інші барвники, такі методики отримали загальну назву диференціального фарбування хромосом:

• Q-фарбування — фарбування за Касперсоном акрихін-іпритом з дослідженням під флуоресцентним мікроскопом. Найчастіше застосовується для дослідження Y-хромосом (швидке визначення генетичної статі, виявлення транслокацій між X-і Y-хромосомами або між Y-хромосомою й аутосомами, скринінг мозаїцизму за участю Y-хромосом)
• G-фарбування — модифіковане фарбування за Романовським-Гімзою. Чутливість вище, ніж у Q-фарбування, тому використовується як стандартний метод цитогенетичного аналізу. Застосовується при виявленні невеликих аберацій і маркерних хромосом (сегментованих інакше, ніж нормальні гомологічні хромосоми)
• R-фарбування  — використовується акридиново-помаранчевого та подібних до нього барвників, при цьому забарвлюються ділянки хромосом, нечутливі до G-фарбування. Використовується для виявлення деталей гомологічних G- або Q-негативних ділянок сестринських хроматид або гомологічних хромосом.
• C-забарвлення — застосовується для аналізу центромерних районів хромосом, що містять конститутивний гетерохроматин, та варіабельної дистальної частини Y-хромосоми.
• T-фарбування — застосовують для аналізу теломерних районів хромосом.[2]

Останнім часом використовують методику спектрального каріотипування (флюоресцентна гібридизація in situ,англ. Fluorescence in situ hybridization, FISH), яка полягає у фарбуванні хромосом набором флюоресцентних барвників, що зв'язуються зі специфічними областями хромосом.[3] Внаслідок такого фарбування гомологічні пари хромосом набувають ідентичні спектральні характеристики, що не тільки істотно полегшує виявлення таких пар, а й полегшує виявлення міжхромосомних транслокацій, тобто переміщень ділянок між хромосомами — транслоковані ділянки мають спектр, що відрізняється від спектру решти хромосоми.

Порівняння комплексів поперечних міток в класичному каріотипі або ділянок зі специфічними спектральними характеристиками дозволяє визначити як гомологічні хромосоми, так і окремі їхні ділянки, що, в свою чергу, дозволяє детально визначити хромосомні аберації — внутрішньо- і міжхромосомні перебудови, що супроводжуються порушенням порядку фрагментів хромосом (делеції, дуплікації, інверсії, транслокації). Такий аналіз має велике значення в медичній практиці, дозволяючи діагностувати ряд хромосомних захворювань, викликаних як грубими порушеннями каріотипів (порушення числа хромосом), так і порушенням хромосомної структури або множинністю клітинних каріотипів в організмі (мозаїцизм).

Для систематизації цитогенетичних описів була розроблена Міжнародна цитогенетична номенклатура (International System for Cytogenetic Nomenclature, ISCN), заснована на диференціальному фарбуванні хромосом, яка дозволяє детально описувати окремі хромосоми та їхні ділянки.

Запис має наступний формат: [Номер хромосоми] [плече] [номер ділянки]. [Номер смуги]

довге плече хромосоми позначають буквою q, коротке — буквою p, хромосомні аберації позначаються додатковими символами.

Таким чином, 2-я смуга 15-ї дільниці короткого плеча 5-ї хромосоми записується як 5p15.2.

Для каріотипу використовується запис у системі ISCN 1995,[4] що має наступний формат:

• [Кількість хромосом],
• [статеві хромосоми],
• [особливості].

Для позначення статевих хромосом у різних видів використовуються різні символи (літери), які залежать від специфіки визначення статі таксона (різні системи статевих хромосом). Так, у більшості ссавців жіночий каріотип гомогаметний, а чоловічий гетерогаметний, відповідно, запис статевих хромосом самиці XX, самця — XY. У птахів, навпаки, самиці гетерогаметні, а самці гомогаметні, тобто запис статевих хромосом самиці ZW, самця — ZZ.

Як приклад можна навести такі каріотипи:

• нормальний (видовий) каріотип домашнього кота: 38, XY
• індивідуальний каріотип коня із «зайвою» X-хромосомою (трисомія по X-хромосомі): 65, XXX
• індивідуальний каріотип домашньої свині з делецією (втратою ділянки) довгого плеча (q) 10-ї хромосоми: 38, XX, 10q-
• індивідуальний каріотип чоловіка з транслокацією 21-х ділянок короткого (p) і довгого плечей (q) 1-й і 3-й хромосом і ділок 22-ї дільниці довгого плеча (q) 9-ї хромосоми (наведено на Рис. 3): 46, XY, t (1; 3) (p21; q21), del (9) (q22)

Оскільки нормальні каріотипи є видоспецифічними, то розробляються і підтримуються стандартні опису каріотипів різних видів тварин і рослин, в першу чергу домашніх та лабораторних тварин і рослин.

• 47, XXY; 48, XXXY; Синдром Клайнфельтера — полісомія по X-хромосомі у чоловіків;
• 45X0; 45X0/46XX; 45, X/46, XY, 46 а, X iso (Xq) Синдром Шерешевського — Тернера — моносомія по X хромосомі, в тому числі й мозаїцизм;
• 47, XXX; 48, ХХХХ, 49, ХХХХХ полісоміі по X хромосомі, найчастіше — трисомія X;
• 47, ХХ, 21 +; 47, XY, 21 + Синдром Дауна — трисомія по 21-й хромосомі;
• 47, ХХ, 18 +; 47, XY, 18 + Синдром Едвардса — трисомія по 18-й хромосомі;
• 47, ХХ, 13 +; 47, XY, 13 + Синдром Патау — трисомія по 13-й хромосомі;
• 46, XX, 5р- Синдром котячого крику — делеція короткого плеча 5-ї хромосоми;
• 46 XX або ХУ, 15Р-. Синдром Прадера-Віллі — аномалія 15 хромосоми.