Informática: Cariotipos

Asignatura de Análisis Genético
(3º curso, Grado en Biología)
Practica 1: EL CARIOTIPO HUMANO
Cariotipo normal y de individuos con alteraciones
cromosómicas
Objetivo y material
El objetivo de esta práctica es el estudio del cariotipo humano. Se pretende que
el alumno aprenda a elaborar cariogramas y a distinguir el cariotipo normal de
cariotipos que reflejan alteraciones cromosómicas, obtenidos de individuos que
presenten diferentes síndromes. Para ello se utilizará una aplicación web en el
que se muestran los cromosomas metafásicos teñidos pertenecientes a diversos
individuos. El alumno deberá ordenar el cariograma y determinar si existen
anomalías cromosómicas en cada individuo:
http://www.biologia.arizona.edu/human/act/karyotyping/karyotyping2.html
El cariotipo es el complemento cromosómico particular de un individuo y viene
definido por el número y morfología de los cromosomas en la metafase mitótica.
En la especie humana, la dotación cromosómica es de 2n = 46 (22 pares de
autosomas y un par de cromosomas sexuales). Utilizando técnicas de tinción
estándar los cromosomas aparecen uniformemente teñidos en metafase y se
clasifican en 7 grupos de la A a la G atendiendo a su longitud relativa y a la
posición del centrómero que define su morfología. Los autosomas se numeran
del 1 al 22 ordenados por tamaños decrecientes y por la posición del
centrómero. Los cromosomas sexuales X e Y constituyen un par aparte,
independientemente del resto (por su tamaño, el cromosoma X se incluiría en el
grupo C, y el Y, en el grupo G). De esta forma el cariotipo humano queda
constituido así:
Grupo
Pares cromosómicos
Características
A
1, 2 y 3
Cr. muy grandes casi metacéntricos (1
y
3
metacéntricos,
pero
2
submetacéntrico)
B
4y5
Cr. grandes y submetacéntricos, con
dos brazos muy diferentes en
tamaño
C
6, 7, 8, 9, 10, 11 y 12
Cr. medianos submetacéntricos
D
13, 14 y 15
Cr. medianos
satélites
acrocéntricos
con
1
E
16, 17 y 18
Cr. pequeños, metacéntrico el 16 y
submetacéntricos 17, 18
F
19 y 20
Cr. pequeños y metacéntricos
G
21 y 22
Cr. pequeños y acrocéntricos, con
satélites.
X, Y
El cr. X es parecido al 6. El Y, al grupo
G, pero sin satélites.
(Todos los cromosomas autosómicos están ordenados en orden decreciente de
tamaño, excepto el cromosoma 21 que ahora se sabe que es más pequeño que el
22)
Sin embargo, atendiendo solamente a estos parámetros no es posible identificar
inequívocamente cada par de cromosomas. Para ello es necesario utilizar
diferentes técnicas de bandeo cromosómico. Los distintos patrones de bandas
que se consiguen son constantes y específicos de cada técnica y determinan la
distribución de regiones cromosómicas que se revelan positiva o negativamente
según el método utilizado.
Clasificación de los cromosomas
Citogenética clínica
En 1956, Tijo y Levan determinaran el complemento cromosómico diploide del
hombre (2n = 46). En 1959 Lejeune describió la primera cromosomopatía o
enfermedad originada por una alteración cromosómica, el síndrome de Down
producido por una trisomía del cromosoma 21. Desde entonces, la Citogenética
Humana ha ido desarrollándose como una ciencia médica.
Hay dos tipos fundamentales de cromosomopatías:
- Variaciones cromosómicas estructurales: afectan a la estructura del cromosoma
en cuanto a la ordenación lineal de los genes. Aquí se incluyen deleciones,
duplicaciones, inversiones y translocaciones.
- Variaciones cromosómicas numéricas: afectan al número de cromosomas.
Incluyen las poliploidías (triploidía: 3n; tetraploidía: 4n) y los diversos tipos de
aneuploidía (trisomías: 2n+1; monosomías: 2n-1).
Por otra parte, las anomalías cromosómicas pueden afectar a los autosomas o a
los cromosomas sexuales.
Las alteraciones cromosómicas más frecuentes en humanos son:
A) Anomalías autosómicas:
Síndrome de Down, por trisomía del cromosoma 21, translocación 21/21 o
translocación 14/21.
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Síndrome de Patau, por trisomía del par 13.
Síndrome de Edwards, por trisomía del par 18.
Síndrome Cri du Chat, por deleción parcial del brazo corto del cromosoma 5 (5p).
Síndrome de DiGeorge, por deleción parcial del brazo largo del cromosoma 22
(22q11).
Cromosoma Filadelfia, formado por una translocación entre los cromosomas 9 y
22.
B) Anomalías de los cromosomas sexuales:
Síndrome de Klinefelter, por una constitución XXY, XXXY, XXXXY.
Síndrome XYY, cromosoma Y extra en varones.
Síndrome de Turner, constitución X0.
Síndrome XXX, cromosoma X extra en mujeres.
Actualmente se ha llegado a profundizar bastante en el conocimiento del
cariotipo humano y se sabe que es relativamente frecuente la aparición de
anomalías cromosómicas. Por ejemplo, cerca de un 25% de los abortos ocurridos
antes de la octava semana de gestación tienen cariotipos anormales y un 0,5% de
los recién nacidos presentan aneuploidías.
Estas alteraciones no sólo pueden producir anomalías en el propio individuo
portador sino que, por tratarse de anomalías genéticas, pueden transmitirse a la
descendencia en el caso de que afecten a las células germinales. La detección
anticipada de anomalías cromosómicas permite dictaminar las posibilidades de
que la descendencia de una pareja portadora de una de ellas pueda presentarla o
no. Para ello es preciso conocer el cariotipo de cada progenitor, lo que permite
emitir un diagnóstico de su posible descendencia, con lo que el individuo será
consciente de sus posibilidades.
El estudio del cariotipo tiene también su aplicación en el diagnóstico prenatal. Es
posible determinar la constitución cromosómica del feto antes de su nacimiento
pudiendo así observarse si presenta alguna anomalía cromosómica detectable.
Hoy en día, el diagnóstico prenatal se practica a posteriori del inicio de la
gestación y los resultados positivos suelen plantear conflictos éticos y
emocionales. Aún así, en muchos casos este tipo de diagnóstico es el único
posible, como cuando la anomalía cromosómica se produce en las células
germinales de uno de los progenitores.
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Protocolo
Ir a la web indicada.
La aplicación web nos mostrará 3 ejercicios correspondientes al cariotipo de 3
pacientes (A,B,C) que tenemos que responder.
Paciente A: es un feto casi completamente desarrollado de una mujer de
cuarenta años. Los cromosomas fueron obtenidos de células epiteliales
adquiridas por amniocentesis.
Paciente B: es un hombre de 28 años que está tratando de identificar la causa de
su infertilidad.
Paciente C: se murió a poco de su nacimiento con muchas anomalías incluyendo
polidactilia y la presencia de un labio leporino.
Al pinchar sobre el hiperlink “completa el cariotipo para el paciente __” nos
llevará a una pantalla donde se presentarán los cromosomas ya ordenados sobre
la plantilla a la que tendremos que ir añadiendo los cromosomas que nos van
apareciendo. Ojo, en una prueba de cariotipo realmente en la fotografía que se
obtiene los cromosomas están desordenados, por lo que habría que ir
recortándolos y ordenándolos. Sin embargo, este ejercicio nos facilita bastante la
tarea de ordenarlos por parejas en base a la forma ( el brazo largo de cada
cromosoma lo han puesto siempre mirando hacia abajo) y las bandas. Fijarse que
los autosomas se disponen en orden decreciente de tamaños mientras que los
cromosomas sexuales deben ir por separado.
Como les decía, en cada ejercicio la muestra aún dispone de algunos cromosomas
que no están pareados y que debemos situar con su pareja. Para resolverlo, se
nos va preguntando a qué pareja le corresponde cada cromosoma desapareado
de entre varias parejas que están incompletas (marcadas en azul).
Proceder de la siguiente manera:
Colocar los cromosomas pinchando con el ratón sobre la pareja donde creemos
que debe ir, se irán colocando sobre la casilla correspondiente. Habrá que
ordenarlos por parejas según su tamaño, la posición del centrómero y el patrón
de las bandas.
Si aciertas, procederás al cromosoma siguiente. Si no lo haces, una página
explicará porque el cromosoma que escogiste no es el par del cromosoma
desconocido y puedes elegir de nuevo.
En los tres casos habrá más de 46 cromosomas, buscar a qué grupo pertenece el
sobrante (a elegir entre alternativas identificadas), colocarlo allí y señalar el
síndrome a que da lugar esta anomalía.
Cuando hayamos terminado, pinchando en “Verify” el programa nos indicará si
los cromosomas están colocados correctamente. Sobre los que no aparezca la
marca roja, es que están mal colocados.
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Por último, hay que hacer el diagnóstico del cariotipo obtenido.
Pinchando en “diagnosis” saldrán varias opciones; se elegirá la que se estime
oportuna, y el programa nos dirá si hemos acertado. Si el diagnóstico no es
correcto, vuelve a observar el cariograma detenidamente. Si lo es, puedes pasar a
la siguiente muestra.
Ahora contando el número de cromosomas y sus tipos, debes anotar el cariotipo
de cada muestra siguiendo la formula:
Notación = Nº total de cromosomas observados, par sexual (y aneuploidía
si existiese), +/- cromosomas anormales
Según esto, la anotación cariotípica del Paciente A es: _______________________________
Según esto, la anotación cariotípica del Paciente B es: _______________________________
Según esto, la anotación cariotípica del Paciente C es: _______________________________
Además, debes realizar un diagnostico en base a esa anotación cariotípica a elegir
entre las alternativas:
Diagnóstico
Normal # de cromosomas
Síndrome de Klinefelter
Síndrome de Down
Síndrome de Trisomía 13
Anormalidad del Cromosoma
los problemas del paciente no resultan de un número insólito de
cromosomas.
uno o más extra de los cromosomas de sexo (ej., XXY)
Trisomía 21, un cromosoma 21 extra
un cromosoma 13 extra
Según esto, el diagnóstico del Paciente A es: ______________________________________
Según esto, el diagnóstico del Paciente B es: ______________________________________
Según esto, el diagnóstico del Paciente C es: ______________________________________
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