CARIÓTIPO: PARA QUE SERVE, TIPOS, COMO SE FAZ, ALTERAÇÕES - BIOLOGIA - 2024

O cariótipo é uma fotografia do conjunto completo de cromossomos metafásicos que detalha aspectos de seu número e estrutura. O ramo das ciências médicas e biológicas que lida com o estudo dos cromossomos e doenças relacionadas é conhecido como citogenética.

Os cromossomos são as estruturas nas quais os genes contidos nas moléculas de ácido desoxirribonucléico (DNA) são organizados. Nos eucariotos, eles são compostos de cromatina, um complexo de proteínas histonas e DNA que é empacotado dentro do núcleo de todas as células.

Cariótipo humano obtido com corantes fluorescentes (Fonte: Plociam ~ commonswiki via Wikimedia Commons

As células de todos os seres vivos da Terra têm um determinado número de cromossomos. As bactérias, por exemplo, possuem apenas uma circular, enquanto os humanos possuem 46 organizadas em 23 pares; e algumas espécies de pássaros têm até 80 cromossomos.

Ao contrário dos humanos, as células vegetais geralmente têm mais de dois conjuntos homólogos (idênticos) de cromossomos. Esse fenômeno é conhecido como poliploidia.

Todas as instruções necessárias para o crescimento e desenvolvimento dos seres vivos, unicelulares ou multicelulares, estão contidas nas moléculas de DNA que estão enroladas nos cromossomos. Daí a importância de conhecer sua estrutura e características em uma espécie ou em qualquer um de seus indivíduos.

O termo cariótipo foi usado pela primeira vez durante a década de 1920 por Delaunay e Levitsky para designar a soma das propriedades físicas características dos cromossomos: seu número, tamanho e peculiaridades estruturais.

Desde então, ele é usado para o mesmo propósito no contexto da ciência moderna; e o estudo disso acompanha muitos processos de diagnóstico clínico de várias doenças no homem.

Cariótipo humano

O conjunto de 46 cromossomos (23 pares) que compõe o genoma humano é conhecido como cariótipo humano e que se organizam graficamente de acordo com características como tamanho e padrão de bandas, o que fica evidente graças ao uso de técnicas especiais de coloração.

Representação esquemática do cariótipo humano (Fonte: Mikael Häggström via Wikimedia Commons)

Dos 23 pares de cromossomos, apenas 1 a 22 estão organizados em ordem de tamanho. Nas células somáticas, ou seja, nas células não sexuais, esses 22 pares são encontrados e, dependendo do sexo do indivíduo, se masculino ou feminino, adiciona-se um par de cromossomos X (mulheres) ou o par XY (homens)..

Os pares de 1 a 22 são chamados de cromossomos autossômicos e são iguais em ambos os sexos (masculino e feminino), enquanto os cromossomos sexuais, X e Y, são diferentes um do outro.

Para que serve o cariótipo?

A principal utilidade de um cariótipo é o conhecimento detalhado da carga cromossômica de uma espécie e as características de cada um de seus cromossomos.

Embora algumas espécies sejam polimórficas e poliplóides em relação aos seus cromossomos, ou seja, tenham formas e números variáveis ​​ao longo de seu ciclo de vida, o conhecimento do cariótipo geralmente permite inferir muitas informações importantes sobre elas.

Graças ao cariótipo, alterações cromossômicas em “grande escala” envolvendo grandes pedaços de DNA podem ser diagnosticadas. Em humanos, muitas doenças ou condições deficientes mentais e outros defeitos físicos estão relacionados a graves anormalidades cromossômicas.

Tipos de cariótipos

Os cariótipos são descritos de acordo com a notação endossada pelo International System of Human Cytogenetic Nomenclature (ISCN).

Nesse sistema, o número atribuído a cada cromossomo tem a ver com seu tamanho e geralmente são ordenados do maior para o menor. Os cromossomos são apresentados nos cariótipos como pares de cromátides irmãs com o braço pequeno (p) voltado para cima.

Os tipos de cariótipos são diferenciados pelas técnicas utilizadas para obtê-los. Normalmente, a diferença está nos tipos de coloração ou "marcação" usados ​​para diferenciar um cromossomo de outro.

Aqui está um breve resumo de algumas das técnicas conhecidas até o momento:

Coloração sólida

Neste, corantes como Giemsa e orceína são usados ​​para manchar os cromossomos uniformemente. Foi amplamente utilizado até o início dos anos 1970, uma vez que eram os únicos corantes conhecidos na época.

G-band ou coloração Giemsa

É a técnica mais utilizada na citogenética clássica. Os cromossomos são previamente digeridos com tripsina e então corados. O padrão de bandas obtido após a coloração é específico para cada cromossomo e permite estudos detalhados de sua estrutura.

Existem métodos alternativos para a coloração de Giemsa, mas eles produzem resultados muito semelhantes, como banda Q e banda R reversa (onde as bandas escuras observadas são as bandas claras obtidas com banda G).

Banda C Constitutiva

Ele cora especificamente a heterocromatina, especialmente aquela encontrada nos centrômeros. Ele também mancha algum material nos braços curtos dos cromossomos acrocêntricos e na região distal do braço longo do cromossomo Y.

Faixa de replicação

É usado para identificar o cromossomo X inativo e envolve a adição de um análogo de nucleotídeo (BrdU).

Mancha prateada

Tem sido usado historicamente para identificar regiões de organização nucleolar que contêm muitas cópias de RNA ribossômico e são encontradas nas regiões centroméricas.

Coloração com distamicina A / DAPI

É uma técnica de coloração fluorescente que distingue a heterocromatina dos cromossomos 1, 9, 15, 16 e do cromossomo Y em humanos. É usado especialmente para distinguir a duplicação invertida do cromossomo 15.

Hibridização fluorescente in situ (FISH)

Reconhecida como o maior avanço citogenético após a década de 1990, é uma técnica poderosa pela qual as deleções submicroscópicas podem ser distinguidas. Ele emprega sondas fluorescentes que se ligam especificamente a moléculas de DNA cromossômico, e há várias variantes da técnica.

Hibridização genômica comparativa (CGH)

Ele também usa sondas fluorescentes para marcar diferencialmente o DNA, mas usa padrões de comparação conhecidos.

Outras técnicas

Outras técnicas mais modernas não envolvem diretamente a análise da estrutura cromossômica, mas sim o estudo direto da sequência de DNA. Isso inclui microarrays, sequenciamento e outras técnicas baseadas na amplificação por PCR (reação em cadeia da polimerase).

Como um cariótipo é realizado?

Existem várias técnicas para realizar o estudo dos cromossomos ou cariótipo. Alguns são mais sofisticados que outros, pois permitem a detecção de pequenas alterações imperceptíveis pelos métodos mais comumente utilizados.

As análises citogenéticas para obter o cariótipo são comumente realizadas a partir de células presentes na mucosa oral ou no sangue (usando linfócitos). No caso de estudos realizados em recém-nascidos, as amostras são retiradas do líquido amniótico (técnicas invasivas) ou de células do sangue fetal (técnicas não invasivas).

Os motivos para a realização do cariótipo são diversos, mas muitas vezes são feitos com o propósito de diagnosticar doenças, estudos de fertilidade ou descobrir as causas de abortos recorrentes ou mortes fetais e cânceres, entre outros motivos.

As etapas para realizar um teste de cariótipo são as seguintes:

1-Obtenção da amostra (seja qual for a sua origem).

2-Separação de células, uma etapa de vital importância, especialmente em amostras de sangue. Em muitos casos, é necessário separar células em divisão de células em divisão usando reagentes químicos especiais.

Crescimento de 3 células. Às vezes é necessário cultivar as células em meio de cultura adequado para obter uma quantidade maior delas. Isso pode levar mais de alguns dias, dependendo do tipo de amostra.

4-Sincronização de células. Para observar os cromossomos condensados ​​em todas as células cultivadas ao mesmo tempo, é necessário “sincronizá-los” por meio de tratamentos químicos que interrompam a divisão celular quando os cromossomos estiverem mais compactos e, portanto, visíveis.

5-Obtenção de cromossomos de células. Para vê-los ao microscópio, os cromossomos devem ser "puxados" para fora das células. Isso geralmente é obtido tratando-os com soluções que os fazem explodir e se desintegrar, liberando os cromossomos.

6-Coloração. Conforme destacado acima, os cromossomos devem ser corados por uma das muitas técnicas disponíveis para serem capazes de observá-los ao microscópio e realizar o estudo correspondente.

7-Análise e contagem. Os cromossomos são observados em detalhes para determinar sua identidade (no caso de conhecê-lo com antecedência), suas características morfológicas como tamanho, posição do centrômero e padrão de bandas, o número de cromossomos na amostra, etc.

8-Classificação. Uma das tarefas mais árduas do citogeneticista é a de classificar os cromossomos por meio da comparação de suas características, pois é preciso determinar qual cromossomo é qual. Isso porque, como há mais de uma célula na amostra, haverá mais de um par do mesmo cromossomo.

Anormalidades cromossômicas

Antes de descrever as diferentes alterações cromossômicas que podem existir e suas consequências para a saúde humana, é necessário familiarizar-se com a morfologia geral dos cromossomos.

Morfologia cromossômica

Cromossomos são estruturas que parecem lineares e possuem dois “braços”, um pequeno (p) e um maior (q), separados um do outro por uma região conhecida como centrômero, um sítio especializado de DNA que participa da ancoragem do fuso. mitótico durante a divisão celular mitótica.

O centrômero pode estar localizado no centro dos dois braços p e q, longe do centro ou próximo a uma de suas extremidades (metacêntrico, submetacêntrico ou acrocêntrico).

Nas extremidades dos braços curto e longo, os cromossomos possuem “capas” conhecidas como telômeros, que são sequências particulares de DNA ricas em repetições de TTAGGG e que são responsáveis ​​por proteger o DNA e prevenir a fusão entre os cromossomos.

No início do ciclo celular, os cromossomos são vistos como cromátides individuais, mas à medida que a célula se replica, duas cromátides irmãs se formam, compartilhando o mesmo material genético. São esses pares cromossômicos que são vistos nas fotos do cariótipo.

Os cromossomos têm diferentes graus de "empacotamento" ou "condensação": a heterocromatina é a forma mais condensada e é transcricionalmente inativa, enquanto a eucromatina corresponde às regiões mais soltas e é transcricionalmente ativa.

Em um cariótipo, cada cromossomo é diferenciado, conforme destacado anteriormente, por seu tamanho, a posição de seu centrômero e o padrão de bandas quando corado com diferentes técnicas.

Anormalidades cromossômicas

Do ponto de vista patológico, podem ser especificadas alterações cromossômicas específicas que são regularmente observadas em populações humanas, embora outros animais, plantas e insetos não estejam isentos delas.

As anormalidades geralmente têm a ver com exclusões e duplicações de regiões de um cromossomo ou cromossomos inteiros.

Esses defeitos são conhecidos como aneuploidias, que são alterações cromossômicas que envolvem a perda ou ganho de um cromossomo completo ou de partes dele. As perdas são conhecidas como monossomias e os ganhos são conhecidos como trissomias, e muitas delas são letais para os fetos em desenvolvimento.

Também pode haver casos de inversões cromossômicas, em que a ordem da sequência do gene muda devido a quebras simultâneas e reparos errôneos de alguma região do cromossomo.

As translocações também são alterações cromossômicas que envolvem mudanças em grandes porções de cromossomos que são trocadas entre cromossomos não homólogos e podem ou não ser recíprocas.

Existem também alterações que estão relacionadas a danos diretos à sequência de genes contidos no DNA cromossômico; e há até mesmo algumas relacionadas aos efeitos de "marcas" genômicas que o material herdado de um dos pais pode trazer consigo.

Doenças humanas detectadas com cariótipos

A análise citogenética das alterações cromossômicas antes e depois do nascimento é essencial para o cuidado clínico integral do lactente, independentemente da técnica utilizada para esse fim.

A síndrome de Down é uma das patologias mais comumente detectadas no estudo do cariótipo e está relacionada à não disjunção do cromossomo 21, por isso também é conhecida como trissomia 21.

Cariótipo de um ser humano com trissomia no cromossomo 21 (Fonte: Programa do Genoma Humano do Departamento de Energia dos EUA. Via Wikimedia Commons)

Alguns tipos de câncer são detectados pelo estudo do cariótipo, pois estão relacionados a alterações cromossômicas, principalmente a deleção ou duplicação de genes diretamente envolvidos com processos oncogênicos.

Certos tipos de autismo são diagnosticados a partir da análise do cariótipo, e a duplicação do cromossomo 15 demonstrou estar envolvida em algumas dessas condições em humanos.

Entre outras patologias associadas a deleções no cromossomo 15 está a síndrome de Prader-Willi, que causa sintomas como falta de tônus ​​muscular e deficiências respiratórias em bebês.

A síndrome do “gato chorando” (do francês cri-du-chat) implica a perda do braço curto do cromossomo 5 e um dos métodos mais diretos para o seu diagnóstico é através do estudo citogenético do cariótipo.

A translocação de partes entre os cromossomos 9 e 11 caracteriza pacientes que sofrem de transtorno bipolar, especificamente relacionado à interrupção de um gene no cromossomo 11. Outros defeitos neste cromossomo também foram observados em vários defeitos de nascimento.

Segundo estudo realizado por Weh et al., Em 1993, mais de 30% dos pacientes com mieloma múltiplo e leucemia de células plasmáticas apresentam cariótipos com cromossomos cujas estruturas são aberrantes ou anormais, principalmente nos cromossomos 1, 11 e 14.

Referências

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