کاریوتایپ چیست؟

کاریوتایپ چیست؟

کاریوتایپ (Karyotyping) یک روش آزمایشگاهی است که به پزشک امکان می‌دهد، مجموعه کروموزوم‌‌های هر فرد را معاینه کند. کاریوتایپ (Karyotype) همچنین به مجموعه واقعی کروموزوم‌‌های مورد بررسی هر انسان اشاره دارد. بررسی کروموزوم‌ها از طریق کاریوتیپ به پزشک اجازه می‌دهد تا تشخیص دهد که آیا ناهنجاری یا مشکلات ساختاری در کروموزوم وجود دارد یا خیر.

کروموزوم تقریبا در هر سلول بدن انسان وجود دارد. کروموزوم‌ها حاوی ماده ژنتیکی هستند که از والدین به ارث رسیده‌اند. آن‌ها از DNA تشکیل شده‌اند و نحوه تکامل هر انسانی را تعیین می‌کنند.

کاریوتایپ انسانی
تصویر ۱: تصویر شماتیک از کاریوتایپ انسانی

 

هنگامی‌ که یک سلول تقسیم می‌شود، باید مجموعه کاملی از دستورالعمل‌‌های ژنتیکی را به هر سلول جدیدی که تشکیل می‌شود، منتقل کند. وقتی سلول در روند تقسیم قرار ندارد، کروموزوم‌‌ها به شکلی گسترده و غیرسازمان یافته در هسته سلول جای می‌گیرند. در حین تقسیم، کروموزوم‌های موجود در سلول‌های جدید به صورت خطی و دوتایی در کنار هم قرار می‌گیرند.

در آزمایش کاریوتیپ، این سلول‌های در حال تقسیم مورد بررسی قرار می‌گیرند. در این آزمایش جفت کروموزوم‌‌ها با توجه به اندازه و ظاهر آن‌ها مرتب شده‌اند. این امر به پزشک کمک می‌کند تا به راحتی تشخیص دهد که کدام کروموزوم‌‌ها از بین رفته یا آسیب دیده‌اند.

چرا تست کاریوتایپ انجام می‌شود؟

برای تشخیص ناهنجاری‌‌های کروموزومی یا به عبارتی دیگر برای کمک به تشخیص بیماری‌‌های ژنتیکی و برخی نقایص هنگام تولد و برخی از اختلالات سیستم خون و لنفاوی، افراد مورد آزمون کاریوتایپ قرار می‌گیرند.

چرا آزمون کاریوتایپینگ مفید است؟

تعداد غیرمعمول کروموزوم‌‌ها، کروموزوم‌‌هایی که به صورت نادرست در کنار هم قرار گرفته‌اند یا کروموزوم‌‌های ناقص، همه می‌توانند نشانه‌ای از یک وضعیت یا اختلال ژنتیکی باشند. اختلالات ژنتیکی انواع بسیار متفاوتی دارند، به عنوان دو نمونه از آن‌ها می‌توان به سندرم یا «نشانگان داون» (Down syndrome) و «سندرم ترنر» (Turner syndrome) اشاره کرد.

از آزمایش کاریوتایپ می‌توان برای تشخیص انواع اختلالات ژنتیکی استفاده کرد. به عنوان مثال، خانمی‌ که نارسایی زودرس تخمدان دارد، ممکن است نقص کروموزومی ‌داشته باشد که با انجام کاریوتایپ بتوان آن را تشخیص داد. این آزمایش همچنین برای شناسایی «کروموزوم فیلادلفیا» (Philadelphia Chromosome) مفید است. داشتن کروموزوم فیلادلفیا می‌تواند نشان دهنده لوسمی ‌میلوژن مزمن (CML) باشد.

برای تشخیص ناهنجاری‌‌های ژنتیکی که نشانگر نقایص جدی هنگام تولد است، از جمله «سندرم کلاینفلتر» (Klinefelter Syndrome)، نوزادان را می‌توان قبل از زایمان مورد آزمون کاریوتایپ قرار داد. در سندرم کلاینفلتر، پسری با کروموزوم X اضافی متولد می‌شود.

سندرم کلاین فلتر
تصویر ۲: چگونگی تشکیل جنین با سندرم کلاین فلتر

چه زمانی باید آزمایش کاریوتایپینگ انجام شود؟

هنگامی‌ که آزمایش غربالگری بارداری غیرطبیعی باشد یا هرگاه علائم یک اختلال مرتبط با ناهنجاری کروموزومی‌ مشاهده شود، برای تشخیص ناهنجاری‌‌های کروموزومی ‌در یک فرد و یا تشخیص ناهنجاری خاص در اعضای یک خانواده، آزمایش کاریوتایپ انجام می‌شود. گاهی اوقات وقتی فرد مبتلا به لوسمی، لنفوم، میلوما، میلودیسپلازی یا هر نوع سرطان است و یا اینکه در فردی احتمال ابتلا به یک ناهنجاری کروموزومی ‌اکتسابی بالا است، ‌پزشک درخواست آزمون کاریوتایپ می‌دهد.

آمادگی‌ها برای آزمون و خطرات آن

آماده سازی مورد نیاز برای کاریوتایپ بستگی به روشی دارد که پزشک برای گرفتن نمونه از سلول‌های فرد برای آزمایش استفاده خواهد کرد. نمونه‌‌ها را می‌توان به روش‌‌های مختلفی از جمله موارد زیر تهیه کرد:

  • گرفتن خون با استفاده از روش‌های معمول، نمونه خونی اغلب از وريد خونی در بازو گرفته می‌شود.
  • «بیوپسی» (Biopsy) مغز استخوان که شامل گرفتن نمونه‌ای از بافت اسفنجی استخوان‌‌های به خصوصی در بدن فرد است.
  • «آمنیوسنتز» (Amniocentesis) که شامل گرفتن نمونه‌ای از مایع آمنیوتیک از رحم مادر است.
تست آمینو سنتز
تصویر ۳: نحوه انجام تست آمینوسنتز برای گرفتن نمونه از مایع آمنیوتیک

بعضی اوقات استفاد از روش‌های نمونه‌گیری از فرد با عوارضی همراه است که این عوارض در موارد نادری اتفاق می‌افتد. به عنوان مثال خطر خونریزی و عفونت در هنگام خون گیری یا انجام بیوپسی وجود دارد. روش آمنیوسنتز با خطر بسیار کمی همراه است که این خطرات در موارد معدودی منجر به سقط جنین می‌شود.

اگر فردی تحت درمانی‌های شیمی درمانی قرار داشته باشد، نتایج آزمایش کاریوتایپ او ممکن است، خیلی دقیق قابل مشاهده نباشد، زیرا شیمی درمانی می‌تواند باعث ایجاد مشکلاتی در کروموزوم‌‌های فرد بیمار شود که در تصاویر حاصل از کاریوتایپ او ظاهر می‌شود.

در آزمایش کاریوتایپ چه چیزی مورد بررسی قرار می‌گیرد؟

تجزیه و تحلیل کروموزوم یا کاریوتایپینگ آزمایشی است که به منظور تشخیص ناهنجاری‌‌ها و ارزیابی تعداد و ساختار کروموزوم‌‌های یک فرد انجام می‌شود. کروموزوم‌‌ها ساختار‌هایی شبیه به نخ در هر هسته سلول هستند که اطلاعات ژنتیکی بدن را در خود حمل می‌کنند. هر کروموزوم در بر دارنده هزاران ژن در مکان‌های خاص است. این ژن‌‌ها مسئولیت بروز خصوصیات جسمی‌ و وراثتی شخص را بر عهده دارند و تأثیر عمیقی بر رشد، پیشرفت و عملکرد بدن دارند.

کروموزوم  انسانی
تصویر ۴: کروموزوم  انسانی

انسان‌ها ۴۶ كروموزوم دارند كه ۲۳ جفت هستند. بیست و دو جفت در هر دو جنس (کروموزوم اتوزوم) یافت می‌شوند و یک جفت (کروموزوم جنسی) به صورت XY (در مردان) یا XX (در زنان) وجود دارد. به طور معمول، تمام سلول‌های بدن که دارای هسته هستند، شامل مجموعه‌ای کامل از همان ۴۶ کروموزوم خواهند بود، به جز سلول‌های تولید مثلی (تخمک و اسپرم) که شامل نیمی از مجموعه کروموزوم‌ها، یعنی ۲۳ کروموزوم هستند. این مجموعه کروموزومی سهم ژنتیکی خواهد بود که به نسل بعد منتقل می‌شود. در حالت کلی، نیمی ‌از مجموعه کروموزومی از هر یک از والدین برای تشکیل یک مجموعه جدید از ۴۶ کروموزوم در جنین در حال رشد، با یکدیگر ترکیب می‌شوند.

ناهنجاری‌‌های کروموزومی ‌شامل تغییرات عددی و ساختاری آن‌ها است. برای تغییرات عددی، هر چیزی به غیر از یک مجموعه کامل از ۴۶ کروموزوم، نشان دهنده تغییر در مقدار ژنتیکی موجود است و می‌تواند باعث بروز مشکلات سلامتی و رشدی شود. در تغییرات ساختاری، اهمیت مشکلات و شدت آن‌ها بستگی به کروموزوم تغییر یافته دارد. نوع و میزان مشکل ممکن است در افراد مختلف، حتی اگر ناهنجاری کروموزومی ‌یکسانی وجود داشته باشند، متفاوت باشد.

سلول‌های تخمک و اسپرم
تصویر ۵: سلول‌های تخمک و اسپرم

کاریوتایپ کروموزومی،‌ کروموزوم‌‌های یک فرد را بررسی می‌کند تا اطمینان حاصل شود که تعداد مناسب از آن‌ها در سلول‌ها وجود دارد و مشخص کند که هر کروموزوم در حالت طبیعی خود قرار دارد. برای انجام درست این آزمون و تفسیر نتایج به تجربه و تخصص نیاز است. در حالی که از لحاظ تئوری تقریباً می‌توان از هر سلول برای انجام آزمایش استفاده کرد، اما در عمل معمولاً برای ارزیابی جنین از مایع آمنیوتیک و برای آزمایش افراد در سنین دیگر از لنفوسیت‌‌ها (نوعی گلبول سفید) یک نمونه خون، استفاده می‌شود. از طرف دیگر، سلول‌های سفید خون را می‌توان از مغز استخوان بدست آورد تا تغییرات را در افراد مشکوک به بیماری‌‌های خونی یا لنفوئید (به عنوان مثال، لوسمی، لنفوم، میلوما، آنمی‌  یا کم خونی) مورد بررسی قرار داد.

نحوه انجام آزمون کاریوتایپ

اولین قدم برای کاریوتایپ، گرفتن نمونه‌ای از سلول‌‌های بیمار است. سلول‌های نمونه می‌توانند از بافت مشخصی از بدن دریافت شود. این بافت‌ها می‌توانند شامل موارد زیر باشند:

  • مغز استخوان
  • خون
  • مایع آمنیوتیک
  • جفت

نمونه‌برداری با توجه به اینکه از کدام ناحیه از بدن صورت می‌گیرد، می‌تواند با استفاده از روش‌‌های مختلفی انجام شود. به عنوان مثال، در صورت نیاز به آزمایش مایعات آمنیوتیک، پزشک از آمنیوسنتز برای جمع آوری نمونه استفاده می‌کند.

پس از نمونه‌برداری، نمونه در یک ظرف آزمایشگاهی قرار می‌گیرد که سلول‌‌ها را قادر می‌سازد تا رشد کنند. یک کاربر آزمایشگاه، نمونه‌ای از سلول‌های رشد داده شده را گرفته و آن‌ها را رنگ‌آمیزی می‌کند. این رنگ‌آمیزی برای مشاهده آسان کروموزوم‌ها در زیر میکروسکوپ انجام می‌شود.

کاریوتایپ رنگ آمیزی شده
تصویر ۶: تصویری از کاریوتایپ کروموزومی همراه با رنگ آمیزی قبل از چیدمان

این سلول‌های رنگ آمیزی شده برای ناهنجاری‌‌های احتمالی تحت بررسی‌های میکروسکوپی قرار می‌گیرند. ناهنجاری‌‌ها می‌تواند شامل موارد زیر باشد:

  • وجود کروموزوم‌‌های اضافی
  • نبود برخی از کروموزوم‌‌ها
  • نبود بخش‌‌هایی از یک کروموزوم
  • وجود بخش‌‌های اضافی در یک کروموزوم
  • حذف بخش‌‌هایی از یک کروموزوم و اتصال آن‌ها به کروموزومی دیگر

تکنسین آزمایشگاه می‌تواند شکل، اندازه و تعداد کروموزوم‌‌ها را در نتایج کاریوتایپ مشاهده کند. این اطلاعات در تعیین وجود ناهنجاری‌‌های ژنتیکی از اهمیت بسیاری برخوردار است.

در اینجا به تفصیل به مراحل انجام آزمون کاریوتایپ می‌پردازیم:

  • نمونه برداری از سلول‌های یک فرد و کشت آن‌ها در محیط غنی شده از مواد مغذی برای تحریک تقسیم سلولی در شرایط آزمایشگاهی، اولین مرحله این آزمون است. این کار به منظور انتخاب یک زمان خاص در مرحله رشد سلول‌‌ها هنگامی ‌که کروموزوم‌‌ها در بهترین شکل برای شناسایی قرار دارند، انجام می‌شود.
  • کروموزوم‌‌ها را از هسته سلول‌‌ها جدا کرده، آن‌ها را روی یک اسلاید قرار می‌دهند و با رنگ مخصوص آن‌ها را رنگ آمیزی می‌کنند.
  • گرفتن میکروفوتوگرافی از کروموزوم‌ها
  • مرتب سازی دوباره تصاویر کروموزوم‌‌ها برای مرتب کردن جفت‌‌ها و ترتیب آن‌ها بر حسب اندازه، از بزرگترین تا کوچکترین انجام می‌شود؛ به طوری که کروموزوم‌های ۱ تا ۲۲ و به دنبال آن کروموزوم‌‌های جنسی به عنوان جفت بیست و سوم قرار می‌گیرند.
  • مرتب سازی تصاویر همچنین باعث می‌شوند کروموزوم‌‌ها به صورت عمودی جهت‌یابی شوند. هر کروموزوم شبیه ستونی راه راه است که دو بازو کروموزومی با طول متفاوت دارند (یک بازوی کوتاه p و یک بازوی بلند q)، یک ناحیه متراکم بین بازو‌ها به نام سانترومر و یک سری باند‌‌های روشن و تیره افقی نیز در کروموزوم‌ها قابل مشاهده است. طول بازو‌ها و محل قرارگیری باند‌‌ها به جدا کردن قسمت بالا از قسمت پایین کروموزوم کمک می‌کند.
بازوهای کروموزوم
تصویر ۷: ساختار کروموزومی با بازوهای کوچک و بزرگ
  • پس از اتمام چیدمان عکس کروموزوم، یک متخصص آزمایشگاه جفت‌‌های کروموزومی‌ را ارزیابی کرده و هر ناهنجاری موجود در آن را مشخص می‌کند.

برخی از اختلالات کروموزومی ‌که ممکن است در آزمون کاریوتایپ تشخیص داده شوند، عبارتند از:

  • سندرم داون (تریزومی‌۲۱): این ناهنجاری ناشی از کروموزوم اضافی ۲۱ که ممکن است در تمام یا بیشتر سلول‌های بدن مشاهده می‌شود.
  • سندرم ادواردز (Edwards Syndrome) (تریزومی‌۱۸): این بیماری همراه با عقب ماندگی شدید ذهنی که در اثر وجود کروموزوم اضافی ۱۸ ایجاد می‌شود.
  • سندرم پاتائو (Patau Syndrome) (تریزومی ‌۱۳): ناشی از کروموزوم اضافی ۱۳ است که در سلول‌ها بروز می‌کند.
  • سندرم کلاینفلتر: شایع‌ترین ناهنجاری کروموزومی ‌جنسی در مردان به شمار می‌آید که ناشی از یک کروموزوم X اضافی در سلول‌ها است.
  • سندرم ترنر (Turner Syndrome): ناشی از از دست رفتن یک کروموزوم X است که در زنان ایجاد می‌شود.
  • لوسمی‌ میلوژن مزمن: در اثر جابجایی کلاسیک کروموزومی ۹؛ ۲۲ قابل تشخیص است.

نتایج آزمون به چه معنی است؟

نتیجه آزمایش نرمال هر سلول ۴۶ کروموزوم را نشان می‌دهد. دو مورد از این ۴۶ کروموزوم، کروموزوم‌‌های جنسی هستند که جنسیت فرد مورد آزمایش را تعیین می‌کنند و ۴۴ مورد از آن‌ها شامل کروموزوم‌های بدنی یا اتوزوم هستند. اتوزوم‌ها ارتباطی با تعیین جنسیت فرد مورد آزمایش ندارند. زنان دارای دو کروموزوم X هستند، در حالی که مردها یک کروموزوم X و یک کروموزوم Y دارند.

ناهنجاری‌‌هایی که در یک نمونه آزمایش مشاهده می‌شود، می‌تواند نتیجه هر تعداد سندرم یا اختلال ژنتیکی باشد. برخی از مواقع، در نمونه آزمایشگاهی مشکلی به وجود می‌آید و اختلالی را نشان می‌دهد که ممکن است در بدن بیمار وجود نداشته باشد که در این صورت آزمایش کاریوتایپ ممکن است تکرار شود تا وجود یا نبود اختلال احتمالی مشخص شود.

تفسیر نتایج آزمون باید توسط شخصی که دارای آموزش تخصصی سیتوژنتیک است، انجام شود. برخی یافته‌‌ها نسبتاً ساده هستند، مانند کروموزوم اضافی ۲۱ که نشانگر سندرم داون است، اما برخی دیگر ممکن است بسیار پیچیده باشند.

کاریوتایپ سندروم داون
تصویر ۸: سندروم داون و کاریوتایپ آن

اگرچه علائم معمولی با ناهنجاری‌‌های خاص کروموزومی ‌وجود خواهد داشت، اما اثرات و شدت آن ممکن است از فردی به فرد دیگر متفاوت باشد و اغلب نمی‌توان با اطمینان پیش بینی کرد.

برخی از نمونه‌‌های ناهنجاری‌‌هایی که تجزیه و تحلیل کروموزوم ممکن است نشان دهد، شامل موارد زیر است:

  • تریزومی ‌(Trisomy): ‌این ناهنجاری به دلیل حضور یک کروموزوم اضافی است، یعنی به جای یک جفت کروموزوم ۳ عدد از یک نوع کروموزوم وجود دارند. بیماری‌‌های مرتبط با تریزومی ‌شامل سندرم داون (تریزومی‌کروموزوم ۲۱)، سندرم پاتائو (تریزومی‌۱۳)، سندرم ادوارد (تریزومی‌۱۸) و سندرم کلاینفلتر (یک مرد با کروموزوم X اضافی  به جای XY) هستند.
  • مونوزومی (Monosomy): ‌این اختلال عدم وجود یکی از کروموزوم‌‌ها را نشان می‌دهد. یک نمونه از مونوزومی ‌سندرم ترنر است (یک زن با یک کروموزوم X به جای XX). اکثر اختلالات کروموزومی مونوزومی به تولد فرزند زنده منجر نمی‌شوند.
  • حذف‌‌ها (Deletions): در این حالت برخی از این قطعات کروموزوم یا ماده ژنتیکی در کروموزوم حذف شده و موجود نیستند. بعضی از آن‌ها ممکن است کوچک باشند که به سختی قابل شناسایی هستند.
  • مضاعف شدن (Duplications): در این حالت ماده ژنتیکی اضافی در برخی از کروموزوم‌ها مشاهده می‌شود و ممکن است در هر کروموزوم مانند حضور دو باند افقی در یک مکان خاص به جای یک باند، قابل مشاهده باشد.
جهش مضاعف شدگی
تصویر ۹: جهش مضاعف شدگی یا دوبلیکشن
  • جابجایی‌‌ها (Translocations): با جابجایی‌‌ها، قطعاتی از کروموزوم‌‌ها جدا می‌شوند و به کروموزوم دیگر وصل می‌شوند. اگر یک تغییر به صورت یک به یک باشد و تمام مواد ژنتیکی موجود باشد (اما در جای اشتباهی)، گفته می‌شود که یک جابجایی متعادل صورت گرفته است. اگر این گونه نباشد، آن را جابجایی نامتعادل می‌نامند.
  • بازآرایی مجدد ژنتیکی (Genetic Rearrangement): در بازآرایی ژنتیکی، ماده ژنتیکی که در یک کروموزوم موجود است، از جای اصلی خود جابجا می‌شود. یک فرد ممکن است جهش بازآرایی مجدد ژنتیکی، جهش مضاعف شدگی یا حذفی داشته باشد. تقریباً ایجاد تعداد نامحدودی از ایجاد جهش بازآرایی در ژنوم فرد امکان پذیر است.

مضاعف شدگی‌ها، حذف‌‌ها، جابجایی‌‌ها و بازآرایی‌‌های ژنتیکی می‌توانند باعث ایجاد ناهنجاری‌ها و مشکلات عمده‌ای در سلامت افراد شوند. بستگی به این دارد که چه تعداد از ژن‌‌های موجود در بدن از بین رفته یا چه تعداد نسخه‌‌های ژنی ایجاد شده‌اند.

برخی از بازآرایی‌های ژنتیکی تغییراتی خواهند بود که علائم قابل توجهی ایجاد نمی‌کند. جابجایی متعادل (جایی که دو کروموزوم دارای بخش‌‌هایی جابجا شده از خود هستند، اما همه مواد ژنتیکی در آن کروموزوم موجود است) ممکن است برای افرادی که آن‌ها را در کروموزوم‌های خود دارند، مشکلی ایجاد نکند، اما احتمالا در فرزندان آن‌ها مشکلاتی را به وجود می‌آورد.

بسیاری از بدخیمی‌‌های هماتولوژی و لنفوئید (به عنوان مثال، لوسمی، لنفوم، میلوما، میلودیسپلازی) با ناهنجاری‌‌های کروموزومی ‌همراه هستند که می‌توانند به تشخیص بیماری کمک کنند و یا پیش بینی سیر بالینی بیماری را امکان پذیر کنند.

کاریوتایپ در مردان

همان طور که در بالا اشاره شد، هر فرد از هر یک والدین خود ۲۳ کروموزوم دریافت می‌کند که در مجموع دسته‌های ۴۶ کروموزومی سلول‌های انسان را تشکیل می‌دهند. در مردان کروموزوم‌های جنسی شامل یک کروموزوم X و یک کروموزوم Y است. در شکل زیر کروموزوم‌های جنسی مردان را می‌توان مشاهده کرد.

کاریوتایپ مردان
تصویر ۱۰: کاریوتایپ مردان

کاریوتایپ در زنان

کاریوتایپ در زنان به طور طبیعی دارای ۴۶ کروموزوم است که در آن‌ها یک جفت کروموزوم جنسی وجود دارد. این کروموزوم‌های جنسی در زنان شامل دو کروموزوم X است که در شکل زیر نشان داده شده است.

کاریوتایپ زنان
تصویر ۱۱: کاریوتایپ زنان

برخی اطلاعات دیگر که در مورد آزمایش کاریوتایپ باید بدانید

از آنجا که کروموزوم‌های جنسی (XX یا XY) در طی تجزیه و تحلیل کروموزوم مشخص می‌شوند، این آزمایش همچنین به عنوان یک نتیجه جانبی به طور قطع جنسیت جنین را تعیین می‌کند.

برخی از تغییرات کروموزومی ‌برای شناسایی با کاریوتایپ، بسیار کوچک یا ظریف هستند. برخی از روش‌های آزمایش دیگر مانند تکنیک هیبریداسیون درجا فلورسنت (FISH) یا ریزآرایه ممکن است برای بررسی دقیق‌تر ناهنجاری‌‌های کروموزومی ‌انجام شود.

این امکان وجود دارد که افراد در بدن خود دارای سلول‌های ژنتیکی با مواد ژنتیکی متفاوت باشند. گاهی این اتفاق می‌افتد، زیرا در اوایل رشد جنین در برخی مواقع تغییراتی ایجاد می‌شود که منجر به ایجاد خطوط سلولی کاملاً متفاوت می‌شود و به آن «موزاییسم» (Mosaicism) گفته می‌شود. نمونه‌ای شایع از این موارد سندرم داون است. فرد مبتلا می‌تواند در برخی از سلول‌‌های خود دارای کروموزوم سوم اضافی ۲۱ و در برخی دیگر از سلول‌‌ها، جفت کروموزوم طبیعی داشته باشد.

بستن منو