การทำคาริโอไทป์ระยะเมทาเฟสและการสร้างแถบสี

การทำคาริโอไทป์ระยะเมทาเฟสเป็นเทคนิคทางเซลล์พันธุศาสตร์แบบดั้งเดิมที่เซลล์ถูกหยุดในระยะเมทาเฟส โครโมโซมที่ควบแน่นจะถูกย้อมสีเพื่อสร้างรูปแบบแถบสีอ่อนและเข้มที่ทำซ้ำได้ จากนั้นโครโมโซมจะถูกจัดเรียงและตรวจสอบเป็นคาริโอไทป์ การสร้างแถบสีทำให้โครโมโซมแต่ละตัวสามารถระบุได้ และช่วยให้สามารถตรวจพบความผิดปกติเชิงตัวเลขและความผิดปกติเชิงโครงสร้างขนาดใหญ่ทั่วทั้งจีโนมได้ในการทดสอบครั้งเดียว

Definition

การทำคาริโอไทป์ระยะเมทาเฟสด้วยการสร้างแถบสีคือการวิเคราะห์ด้วยกล้องจุลทรรศน์ของโครโมโซมที่ถูกหยุดในระยะเมทาเฟสและย้อมสีเพื่อแสดงรูปแบบแถบสีที่เป็นลักษณะเฉพาะ ซึ่งใช้ในการกำหนดจำนวนโครโมโซมและตรวจจับการจัดเรียงโครงสร้างใหม่ที่มองเห็นได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงวิธีการเตรียมและย้อมสีโครโมโซมระยะเมทาเฟส วิธีการสร้างแถบสีหลัก (โดยเฉพาะ G-banding) คาริโอไทป์ในฐานะการนำเสนอที่เป็นมาตรฐาน และสิ่งที่การทำคาริโอไทป์แบบดั้งเดิมสามารถและไม่สามารถตรวจจับได้ เป็นข้อมูลอ้างอิงทางระเบียบวิธีวิจัยและไม่ได้ให้คำแนะนำในการจัดการทางคลินิก

Core questions

• เซลล์ที่กำลังแบ่งตัวถูกหยุดและประมวลผลอย่างไรเพื่อให้ได้โครโมโซมระยะเมทาเฟสที่สามารถวิเคราะห์ได้?
• อะไรที่ทำให้เกิดรูปแบบแถบสีที่ทำซ้ำได้ และ G-banding ทำงานอย่างไร?
• ขีดจำกัดความละเอียดโดยประมาณของการสร้างแถบสีแบบดั้งเดิมคือเท่าใด?
• ความผิดปกติใดบ้าง (เช่น การย้ายที่แบบสมดุล, ภาวะโพลีพลอยด์) ที่การทำคาริโอไทป์เท่านั้นที่สามารถเปิดเผยได้?

Key concepts

• การหยุดระยะเมทาเฟส (การยับยั้งสปินเดิลไมโทติก)
• รูปแบบแถบสีของโครโมโซม
• G-banding (จีมซา)
• คาริโอไทป์และไอดีโอแกรม
• ความละเอียดระดับแถบสี
• ความผิดปกติเชิงตัวเลขเทียบกับเชิงโครงสร้าง
• การจัดเรียงใหม่ที่สมดุล
• การตรวจจับโมเสก

Mechanisms

เซลล์ที่กำลังแบ่งตัวจะถูกหยุดในระยะเมทาเฟสโดยการยับยั้งการสร้างสปินเดิล จากนั้นจะถูกนำไปสัมผัสกับสารละลายไฮโปโทนิกที่ทำให้เซลล์พองตัวและสารตรึง และหยดลงบนสไลด์เพื่อให้โครโมโซมที่ควบแน่นกระจายตัว การย้อมสีจะสร้างรูปแบบแถบสีสลับกันที่ทำซ้ำได้ ในวิธีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด การบำบัดด้วยทริปซินอย่างอ่อนตามด้วยการย้อมสี Giemsa (G-banding) จะให้แถบสีเข้มและอ่อนที่สะท้อนความแตกต่างในองค์ประกอบของโครมาตินและการควบแน่น จากนั้นโครโมโซมที่มีแถบสีจะถูกจับคู่และจัดเรียงเป็นคาริโอไทป์ ซึ่งโครโมโซมแต่ละตัวจะถูกระบุด้วยขนาด ตำแหน่งเซนโทรเมียร์ และรูปแบบแถบสี เนื่องจากจีโนมทั้งหมดถูกตรวจสอบด้วยกล้องจุลทรรศน์ การทำคาริโอไทป์จึงตรวจจับการเพิ่มขึ้นหรือลดลงของโครโมโซมทั้งหมด การขาดหายและการเพิ่มขึ้นขนาดใหญ่ และโดยเฉพาะอย่างยิ่งการจัดเรียงใหม่ที่สมดุล (เช่น การย้ายที่แบบสลับกันและการผกผัน) และรูปแบบของโมเสกหลายรูปแบบ แม้ว่าความละเอียดจะจำกัดอยู่ที่ความผิดปกติประมาณหลายเมกะเบส

Clinical relevance

การทำคาริโอไทป์ถูกนำมาใช้เป็นเวลานานในการประเมินความผิดปกติของโครโมโซมที่สงสัย การแท้งบุตรซ้ำ และมะเร็งเม็ดเลือด และยังคงเป็นวิธีการอ้างอิงสำหรับการตรวจจับการจัดเรียงใหม่ที่สมดุลและภาวะโพลีพลอยด์ที่วิธีการวิเคราะห์จำนวนสำเนาที่มีความละเอียดสูงกว่าไม่สามารถตรวจพบได้ ข้อมูลนี้อธิบายถึงวิธีการสร้างผลการทำคาริโอไทป์ ไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการตัดสินใจในการวินิจฉัยหรือการรักษาเฉพาะบุคคล

Evidence & guidelines

ผลการทำคาริโอไทป์จะถูกรายงานโดยใช้ระบบสากลสำหรับการตั้งชื่อไซโตจีโนมิกของมนุษย์ (ISCN) ซึ่งให้สัญกรณ์ที่เป็นมาตรฐานสำหรับการอธิบายชุดโครโมโซมปกติและผิดปกติในห้องปฏิบัติการต่างๆ

History

สาขาวิชานี้เป็นไปได้เมื่อ Tjio และ Levan ได้ยืนยันในปี 1956 ว่าเซลล์มนุษย์มีโครโมโซม 46 แท่ง Caspersson และคณะได้นำเสนอการสร้างแถบสีด้วยฟลูออเรสเซนต์ควินาคริในปลายทศวรรษ 1960 ซึ่งแสดงให้เห็นว่าโครโมโซมสามารถแยกแยะความแตกต่างตามความยาวได้ และวิธีการทริปซิน-จีมซาของ Seabright ในปี 1971 ได้ให้เทคนิค G-banding ที่เรียบง่ายและทนทาน ซึ่งทำให้การระบุโครโมโซมมนุษย์แต่ละตัวเป็นเรื่องปกติและเป็นรากฐานของเซลล์พันธุศาสตร์ทางคลินิกมานานหลายทศวรรษ

Key figures

• Joe Hin Tjio
• Albert Levan
• Torbjörn Caspersson
• Lore Zech
• Marina Seabright

Seminal works

• tjio-levan-1956
• caspersson-1968
• seabright-1971

Frequently asked questions

ทำไมเซลล์ต้องอยู่ในระยะเมทาเฟสสำหรับการทำคาริโอไทป์?

โครโมโซมจะควบแน่นสูงสุดและแยกจากกันอย่างชัดเจนในระยะเมทาเฟส ดังนั้นการหยุดเซลล์ในระยะนั้นและกระจายออกไปจะช่วยให้สามารถนับและตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของโครโมโซมแต่ละตัวได้

คาริโอไทป์สามารถตรวจจับอะไรได้บ้างที่ไมโครอะเรย์ไม่สามารถทำได้?

คาริโอไทป์สามารถเปิดเผยการจัดเรียงใหม่ที่สมดุล เช่น การย้ายที่แบบสลับกันและการผกผัน รวมถึงการเปลี่ยนแปลงของภาวะโพลีพลอยด์และรูปแบบของโมเสกหลายรูปแบบ เนื่องจากเป็นการแสดงภาพโครโมโซมทั้งหมด แทนที่จะวัดเฉพาะการเพิ่มขึ้นและการลดลงของจำนวนสำเนาเท่านั้น