โครงสร้างโครโมโซมและคาริโอไทป์

โครโมโซมคือโมเลกุล DNA เดี่ยวที่ต่อเนื่องกัน ซึ่งพันอยู่กับโปรตีนจนกลายเป็นโครงสร้างที่กะทัดรัดและจัดเรียงตามความยาว ส่วนคาริโอไทป์คือชุดโครโมโซมทั้งหมดของแต่ละบุคคลที่จัดเรียงตามลำดับมาตรฐาน ทั้งสองสิ่งนี้รวมกันเป็นภาษาพื้นฐานในการอธิบายทางเซลล์พันธุศาสตร์: โครโมโซมหนึ่งตัวสร้างขึ้นอย่างไร และชุดโครโมโซมทั้งหมดจัดเรียงและตั้งชื่ออย่างไร

Definition

โครงสร้างโครโมโซมหมายถึงการจัดเรียง DNA-โปรตีนที่อัดแน่นของโครโมโซมเดี่ยว รวมถึงแขน, เซนโทรเมียร์, และแถบสีที่เป็นลักษณะเฉพาะ; คาริโอไทป์คือการแสดงผลที่สมบูรณ์และเป็นระเบียบ รวมถึงคำอธิบายที่เป็นมาตรฐานของชุดโครโมโซมของแต่ละบุคคล

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมโครงสร้างทางกายภาพของโครโมโซม — การบรรจุ DNA-โปรตีน, แขนสั้น (p) และแขนยาว (q), เซนโทรเมียร์ที่เป็นจุดสังเกต, และรูปแบบแถบสีที่ทำให้สามารถระบุโครโมโซมได้ — รวมถึงคาริโอไทป์ที่เป็นการแสดงผลโครโมโซมทั้งหมดที่จัดเรียงอย่างเป็นระเบียบและเป็นมาตรฐาน นอกจากนี้ยังกล่าวถึงวิธีการมองเห็นและอธิบายโครโมโซมภายใต้ระบบการตั้งชื่อสากล โดยถือเป็นข้อมูลอ้างอิงพื้นฐานมากกว่าจะเป็นระเบียบวิธีวินิจฉัย

Core questions

• DNA ของโครโมโซมหนึ่งตัวจัดเรียงตามความยาวได้อย่างไร?
• ลักษณะใดบ้าง (แขน, เซนโทรเมียร์, แถบสี) ที่ทำให้โครโมโซมสามารถระบุได้?
• ชุดโครโมโซมที่สมบูรณ์จัดเรียงเป็นคาริโอไทป์ได้อย่างไร?
• โครโมโซมและลักษณะต่างๆ ถูกตั้งชื่อตามระบบการตั้งชื่อมาตรฐานอย่างไร?

Key concepts

• DNA สายคู่เป็นสารตั้งต้นของโครโมโซม
• โครมาตินและการบรรจุในลำดับที่สูงขึ้น
• แขนสั้น (p) และแขนยาว (q)
• เซนโทรเมียร์เป็นจุดสังเกตโครงสร้าง
• รูปแบบแถบสีของโครโมโซม
• คาริโอไทป์และไอดีโอแกรมโครโมโซม
• ระบบการตั้งชื่อมาตรฐาน ISCN

Mechanisms

โครโมโซมแต่ละตัวคือ DNA สายคู่เดี่ยว (Watson & Crick, 1953) ที่พันรอบฮิสโตนกลายเป็นนิวคลีโอโซม และถูกควบแน่นเป็นโครมาตินที่มีลำดับสูงขึ้นเรื่อยๆ จนถึงการอัดแน่นสูงสุดในระยะเมตาเฟส ซึ่งเป็นช่วงที่สามารถมองเห็นโครโมโซมได้ง่ายที่สุด เซนโทรเมียร์แบ่งโครโมโซมออกเป็นแขนสั้น (p) และแขนยาว (q) การย้อมสีทำให้เกิดรูปแบบแถบสีอ่อนและเข้มที่ทำซ้ำได้ ซึ่งช่วยให้สามารถจดจำโครโมโซมแต่ละคู่ได้ การจัดเรียงโครโมโซมคู่ที่ย้อมสีแล้วตามลำดับมาตรฐานจะทำให้ได้คาริโอไทป์ ซึ่งเทคนิคเซลล์พันธุศาสตร์ระดับโมเลกุลได้พัฒนาให้มีความละเอียดมากขึ้นเรื่อยๆ (Speicher & Carter, 2005) โครโมโซมแต่ละตัว, แถบสี, และตำแหน่งจะถูกตั้งชื่อตามระบบการตั้งชื่อเซลล์พันธุศาสตร์จีโนมมนุษย์สากล (ISCN 2020)

Clinical relevance

คาริโอไทป์ปกติเป็นข้อมูลอ้างอิงที่ใช้ในการระบุและรายงานการเปลี่ยนแปลงจำนวนและโครงสร้างของโครโมโซมในการปฏิบัติงานทางเซลล์พันธุศาสตร์ ข้อมูลนี้อธิบายโครงสร้างปกติและหลักการในการตั้งชื่อ; เป็นข้อมูลพื้นฐานทางการศึกษาและไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการตัดสินใจในการวินิจฉัยหรือการรักษาเฉพาะบุคคล

Evidence & guidelines

การอธิบายคาริโอไทป์เป็นไปตามระบบการตั้งชื่อเซลล์พันธุศาสตร์จีโนมมนุษย์สากล (ISCN) ซึ่งเป็นมาตรฐานที่ยอมรับสำหรับการตั้งชื่อโครโมโซม, แถบสี, และความผิดปกติ; วิธีการทางเซลล์พันธุศาสตร์ระดับโมเลกุลได้ขยายขอบเขตของการทำคาริโอไทป์แบบคลาสสิกที่อิงตามแถบสี (Speicher & Carter, 2005; ISCN 2020)

History

เมื่อมีการกำหนดจำนวนโครโมโซมของมนุษย์และโครงสร้างเกลียวคู่ของ DNA (Watson & Crick, 1953) การพัฒนาเทคนิคการย้อมแถบสีในช่วงปลายศตวรรษที่ 20 ทำให้สามารถระบุโครโมโซมแต่ละตัวได้และทำให้การทำคาริโอไทป์แบบมาตรฐานเป็นไปได้ จากนั้นวิธีการทางโมเลกุลก็ทำให้เส้นแบ่งระหว่างเซลล์พันธุศาสตร์แบบคลาสสิกและชีววิทยาระดับโมเลกุลพร่าเลือนลง โดยเพิ่มความละเอียดที่เกินกว่าที่การย้อมแถบสีเพียงอย่างเดียวจะให้ได้ (Speicher & Carter, 2005)

Key figures

• James Watson
• Francis Crick
• Michael R. Speicher
• Nigel P. Carter

Seminal works

• watson-crick-1953
• speicher-carter-2005

Frequently asked questions

ความแตกต่างระหว่างแขน p และแขน q ของโครโมโซมคืออะไร?

เซนโทรเมียร์แบ่งโครโมโซมแต่ละตัวออกเป็นสองแขน: แขนที่สั้นกว่าเรียกว่า p (มาจากคำว่า petit) และแขนที่ยาวกว่าเรียกว่า q; ความยาวสัมพัทธ์ของแขนทั้งสองช่วยในการระบุและจำแนกโครโมโซม

คาริโอไทป์แสดงอะไร?

คาริโอไทป์แสดงชุดโครโมโซมทั้งหมดของแต่ละบุคคลที่จัดเรียงตามลำดับมาตรฐานตามขนาดและรูปแบบแถบสี ซึ่งช่วยให้สามารถอธิบายจำนวนและโครงสร้างโดยรวมของโครโมโซมได้ด้วยระบบการตั้งชื่อมาตรฐาน