النمط النووي: ما الغرض منه ، الأنواع ، كيف يتم ذلك ، التعديلات - مادة الاحياء - 2025

و النمط النووي هو صورة لمجموعة كاملة من الصبغيات الطورية أن تفاصيل جوانب عددهم وهيكل. يُعرف فرع العلوم الطبية والبيولوجية الذي يتعامل مع دراسة الكروموسومات والأمراض ذات الصلة بالوراثة الخلوية.

الكروموسومات هي الهياكل التي يتم فيها تنظيم الجينات الموجودة في جزيئات الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA). في حقيقيات النوى ، تتكون من الكروماتين ، وهو مركب من بروتينات الهيستون والحمض النووي المعبأ داخل نواة جميع الخلايا.

النمط النووي البشري الذي تم الحصول عليه باستخدام الأصباغ الفلورية (المصدر: Plociam ~ commonswiki عبر Wikimedia Commons

تحتوي خلايا كل كائن حي على الأرض على عدد معين من الكروموسومات. البكتيريا ، على سبيل المثال ، لها دائرية واحدة فقط ، بينما لدى البشر 46 منظمة في 23 زوجًا ؛ وبعض أنواع الطيور تحتوي على ما يصل إلى 80 كروموسومًا.

على عكس البشر ، تحتوي الخلايا النباتية عمومًا على أكثر من مجموعتين متماثلتين من الكروموسومات. تُعرف هذه الظاهرة باسم تعدد الصبغيات.

جميع التعليمات اللازمة لنمو وتطور الكائنات الحية ، أحادية الخلية أو متعددة الخلايا ، موجودة في جزيئات الحمض النووي الملفوفة على الكروموسومات. ومن هنا تأتي أهمية معرفة هيكلها وخصائصها في نوع أو في أي فرد من أفراده.

تم استخدام مصطلح النمط النووي لأول مرة خلال عشرينيات القرن الماضي بواسطة Delaunay و Levitsky لتعيين مجموع الخصائص الفيزيائية المميزة للكروموسومات: عددها وحجمها وخصائصها الهيكلية.

منذ ذلك الحين ، يتم استخدامه لنفس الغرض في سياق العلم الحديث ؛ ودراستها ترافق العديد من عمليات التشخيص السريري للأمراض المختلفة في الإنسان.

النمط النووي البشري

تُعرف المجموعة المكونة من 46 كروموسومًا (23 زوجًا) التي تشكل الجينوم البشري والتي يتم ترتيبها بيانياً وفقًا لخصائص مثل الحجم ونمط النطاقات باسم النمط النووي البشري ، وهو أمر واضح بفضل استخدام تقنيات التلوين الخاصة.

تمثيل تخطيطي للنمط النووي البشري (المصدر: Mikael Häggström عبر ويكيميديا ​​كومنز)

من بين 23 زوجًا من الكروموسومات ، يتم ترتيب من 1 إلى 22 فقط حسب الحجم. في الخلايا الجسدية ، أي في الخلايا غير الجنسية ، توجد هذه الأزواج البالغ عددها 22 زوجًا ، واعتمادًا على جنس الفرد ، سواء أكان ذكرًا أم أنثى ، تتم إضافة زوج من الكروموسومات X (نساء) أو زوج XY (رجال)..

تسمى الأزواج من 1 إلى 22 كروموسومات جسمية وهي نفسها في كلا الجنسين (ذكر وأنثى) ، بينما تختلف الكروموسومات الجنسية ، X و Y ، عن بعضها البعض.

ما هو النمط النووي ل؟

الفائدة الرئيسية للنمط النووي هي المعرفة التفصيلية للحمل الكروموسومي للأنواع وخصائص كل من الكروموسومات الخاصة به.

على الرغم من أن بعض الأنواع متعددة الأشكال ومتعددة الصيغ الصبغية فيما يتعلق بالكروموسومات الخاصة بها ، أي أن لها أشكالًا وأعدادًا متغيرة من هذه الأنواع طوال دورة حياتها ، إلا أن المعرفة بالنمط النووي تتيح لنا عادةً استنتاج الكثير من المعلومات المهمة عنها.

بفضل النمط النووي ، يمكن تشخيص التغيرات الكروموسومية على "نطاق واسع" والتي تتضمن قطعًا كبيرة من الحمض النووي. في البشر ، ترتبط العديد من الأمراض أو الحالات المعوقة عقليًا والعيوب الجسدية الأخرى بتشوهات الكروموسومات الشديدة.

أنواع الأنماط النووية

يتم وصف الأنماط النووية وفقًا للترميز المعتمد من قبل النظام الدولي للتسميات الوراثية الخلوية البشرية (ISCN).

في هذا النظام ، العدد المخصص لكل كروموسوم له علاقة بحجمه ، وعادة ما يتم ترتيبهم من الأكبر إلى الأصغر. يتم تقديم الكروموسومات في الأنماط النووية كأزواج من الكروماتيدات الشقيقة مع وجود الذراع الصغيرة (ع) باتجاه الأعلى.

تتميز أنواع الأنماط النووية بالتقنيات المستخدمة للحصول عليها. يكمن الاختلاف عادةً في أنواع التلوين أو "التوسيم" المستخدمة لتمييز كروموسوم عن آخر.

فيما يلي ملخص موجز لبعض التقنيات المعروفة حتى الآن:

تلطيخ صلب

في هذا ، تستخدم الأصباغ مثل Giemsa و Orcein لتلطيخ الكروموسومات بالتساوي. كان يستخدم على نطاق واسع حتى أوائل السبعينيات ، حيث كانت الأصباغ الوحيدة المعروفة في ذلك الوقت.

صبغة جي باند أو جيمسا

إنها التقنية الأكثر استخدامًا في علم الوراثة الخلوية الكلاسيكي. سبق هضم الكروموسومات بالتريبسين ثم تلطخها. نمط العصابات التي تم الحصول عليها بعد التلوين خاص بكل كروموسوم ويسمح بدراسات مفصلة عن بنيته.

هناك طرق بديلة لتلوين Giemsa ، لكنها تعطي نتائج متشابهة جدًا ، مثل نطاقات Q ونطاقات R العكسية (حيث تكون العصابات المظلمة الملاحظة هي النطاقات الخفيفة التي تم الحصول عليها باستخدام النطاق G).

التأسيسية C- الفرقة

إنها تلطخ على وجه التحديد الكروماتين المغاير ، خاصة تلك الموجودة في السنتروميرات. كما أنها تلطخ بعض المواد في الأذرع القصيرة للكروموسومات acrocentric والمنطقة البعيدة للذراع الطويل للكروموسوم Y.

نطاقات النسخ المتماثل

يتم استخدامه لتحديد كروموسوم X غير النشط ويتضمن إضافة نظير نيوكليوتيد (BrdU).

صبغة الفضة

تم استخدامه تاريخيًا لتحديد مناطق التنظيم النووي التي تحتوي على العديد من نسخ الحمض النووي الريبي الريبوسومي وتوجد في المناطق المركزية.

تلطيخ Distamycin A / DAPI

إنها تقنية تلطيخ الفلورسنت التي تميز الكروماتين المغاير عن الكروموسومات 1 و 9 و 15 و 16 وعن الكروموسوم Y في البشر. يتم استخدامه بشكل خاص لتمييز الازدواجية المقلوبة للكروموسوم 15.

تهجين الفلورسنت في الموقع (FISH)

يُعرف بأنه أكبر تقدم جيني خلوي بعد التسعينيات ، وهو تقنية قوية يمكن من خلالها التمييز بين عمليات الحذف تحت المجهرية. وهي تستخدم مجسات الفلورسنت التي ترتبط على وجه التحديد بجزيئات DNA الصبغية ، وهناك العديد من المتغيرات لهذه التقنية.

التهجين الجيني المقارن (CGH)

كما أنها تستخدم مجسات الفلورسنت لتسمية الحمض النووي التفاضلي ، ولكنها تستخدم معايير المقارنة المعروفة.

تقنيات أخرى

لا تشتمل التقنيات الحديثة الأخرى بشكل مباشر على تحليل التركيب الكروموسومي ، بل تشمل الدراسة المباشرة لتسلسل الحمض النووي. وتشمل هذه المصفوفات الدقيقة ، والتسلسل ، وتقنيات أخرى تعتمد على تضخيم تفاعل البوليميراز المتسلسل.

كيف يتم تنفيذ النمط النووي؟

هناك تقنيات مختلفة لإجراء دراسة الكروموسومات أو النمط النووي. بعضها أكثر تعقيدًا من البعض الآخر ، لأنها تسمح باكتشاف التعديلات الصغيرة غير المحسوسة بالطرق الأكثر استخدامًا.

عادةً ما يتم إجراء التحليلات الوراثية الخلوية للحصول على النمط النووي من الخلايا الموجودة في الغشاء المخاطي للفم أو في الدم (باستخدام الخلايا الليمفاوية). في حالة الدراسات التي أجريت على حديثي الولادة ، يتم أخذ عينات من السائل الأمنيوسي (تقنيات الغازية) أو من خلايا دم الجنين (تقنيات غير جراحية).

تتنوع أسباب إجراء النمط النووي ، ولكن في كثير من الأحيان يتم إجراؤها لأغراض تشخيص الأمراض أو دراسات الخصوبة أو لمعرفة أسباب الإجهاض المتكرر أو وفيات الجنين والسرطانات ، من بين أسباب أخرى.

فيما يلي خطوات إجراء اختبار النمط النووي:

1-الحصول على العينة (مهما كان مصدرها).

2-فصل الخلايا وهي خطوة حيوية وحيوية خاصة في عينات الدم. في كثير من الحالات ، من الضروري فصل الخلايا المنقسمة عن الخلايا المنقسمة باستخدام كواشف كيميائية خاصة.

3-نمو الخلايا. في بعض الأحيان يكون من الضروري زراعة الخلايا في وسط زراعة مناسب للحصول على كمية أكبر منها. قد يستغرق هذا أكثر من يومين ، حسب نوع العينة.

4-تزامن الخلايا. لمراقبة الكروموسومات المكثفة في جميع الخلايا المستنبتة في نفس الوقت ، من الضروري "مزامنتها" عن طريق المعالجات الكيميائية التي توقف انقسام الخلية عندما تكون الكروموسومات أكثر إحكاما وبالتالي مرئية.

5- الحصول على الكروموسومات من الخلايا. لرؤيتها تحت المجهر ، يجب "سحب" الكروموسومات من الخلايا. يتم تحقيق ذلك عادة عن طريق معالجة هذه الحلول التي تسبب انفجارها وتفككها وتحرير الكروموسومات.

6- تلطيخ. كما هو موضح أعلاه ، يجب أن تكون الصبغيات ملطخة بأحد التقنيات العديدة المتاحة حتى تتمكن من ملاحظتها تحت المجهر وإجراء الدراسة المقابلة.

7- التحليل والعد. تتم ملاحظة الكروموسومات بالتفصيل لتحديد هويتها (في حالة معرفتها مسبقًا) ، وخصائصها المورفولوجية مثل الحجم ، وموضع السنترومير ونمط النطاقات ، وعدد الكروموسومات في العينة ، إلخ.

8-التصنيف. واحدة من أصعب المهام التي يقوم بها علماء الوراثة الخلوية هي تصنيف الكروموسومات من خلال مقارنة خصائصها ، حيث أنه من الضروري تحديد الكروموسوم. هذا لأنه نظرًا لوجود أكثر من خلية واحدة في العينة ، سيكون هناك أكثر من زوج واحد من نفس الكروموسوم.

شذوذ الكروموسومات

قبل وصف التغيرات الكروموسومية المختلفة التي قد توجد وعواقبها على صحة الإنسان ، من الضروري التعرف على الشكل العام للكروموسومات.

مورفولوجيا الكروموسوم

الكروموسومات هي تراكيب تظهر بشكل خطي ولها "ذراعين" ، أحدهما صغير (ص) وأكبر (ف) مفصولان عن بعضهما البعض بمنطقة تعرف باسم السنترومير ، وهو موقع متخصص من الحمض النووي يشارك في تثبيت المغزل. الانقسامية أثناء انقسام الخلايا الانقسامية.

يمكن أن يكون السنترومير موجودًا في وسط الذراعين ص و ف ، بعيدًا عن المركز أو بالقرب من أحد نهايتيهما (متري أو تحت المركز أو أكروسنتريك).

في نهايات الأذرع القصيرة والطويلة ، تحتوي الكروموسومات على "أغطية" تعرف باسم التيلوميرات ، وهي عبارة عن تسلسلات DNA خاصة غنية بتكرارات TTAGGG وهي مسؤولة عن حماية الحمض النووي ومنع الاندماج بين الكروموسومات.

في بداية دورة الخلية ، يُنظر إلى الكروموسومات على أنها كروماتيدات فردية ، ولكن عندما تتكاثر الخلية ، يتشكل كروماتيدان شقيقان يشتركان في نفس المادة الوراثية. هذه أزواج الكروموسومات التي تظهر في صور النمط النووي.

الكروموسومات لها درجات مختلفة من "التعبئة" أو "التكثيف": الهيتروكروماتين هو الشكل الأكثر تكثيفًا وغير نشط نسبيًا ، في حين أن الكروماتين الحقيقي يتوافق مع المناطق الأكثر تراخيًا وهو نشط نسبيًا.

في النمط النووي ، يتم تمييز كل كروموسوم ، كما تم تحديده سابقًا ، من خلال حجمه ، وموضع مركزه المركزي ، ونمط النطاقات عند تلوينه بتقنيات مختلفة.

شذوذ الكروموسومات

من وجهة النظر المرضية ، يمكن تحديد تغييرات كروموسومية معينة يتم ملاحظتها بانتظام في البشر ، على الرغم من أن الحيوانات والنباتات والحشرات الأخرى لا تستثنى من ذلك.

غالبًا ما يكون للشذوذ علاقة بحذف وتكرار مناطق الكروموسوم أو الكروموسومات بأكملها.

تُعرف هذه العيوب باسم اختلال الصيغة الصبغية ، وهي تغييرات صبغية تنطوي على فقدان أو اكتساب كروموسوم كامل أو أجزاء منه. تُعرف الخسائر باسم monosomies وتعرف المكاسب باسم trisomies ، والعديد منها قاتل للأجنة النامية.

يمكن أن تكون هناك أيضًا حالات انقلابات صبغية ، حيث يتغير ترتيب تسلسل الجينات بسبب الانقطاعات المتزامنة والإصلاحات الخاطئة لبعض مناطق الكروموسوم.

عمليات النقل هي أيضًا تعديلات صبغية تتضمن تغييرات في أجزاء كبيرة من الكروموسومات التي يتم تبادلها بين الكروموسومات غير المتجانسة وقد تكون أو لا تكون متبادلة.

هناك أيضًا تعديلات تتعلق بالتلف المباشر لتسلسل الجينات الموجودة في الحمض النووي الصبغي ؛ وهناك حتى بعض الأمور المتعلقة بتأثير "العلامات" الجينومية التي قد تحملها المادة الموروثة من أحد الوالدين.

الأمراض البشرية المكتشفة مع الأنماط النووية

يعد التحليل الوراثي الخلوي للتغييرات الصبغية قبل الولادة وبعدها ضروريًا للرعاية السريرية الشاملة للرضع ، بغض النظر عن التقنية المستخدمة لهذا الغرض.

تعد متلازمة داون واحدة من أكثر الأمراض التي تم اكتشافها شيوعًا من دراسة النمط النووي ، وتتعلق بعدم انفصال الكروموسوم 21 ، وهذا هو السبب في أنها تُعرف أيضًا باسم التثلث الصبغي 21.

النمط النووي للإنسان المصاب بالتثلث الصبغي على الكروموسوم 21 (المصدر: برنامج الجينوم البشري التابع لوزارة الطاقة الأمريكية. عبر ويكيميديا ​​كومنز)

يتم الكشف عن بعض أنواع السرطان من خلال دراسة النمط النووي ، لأنها مرتبطة بالتغيرات الصبغية ، وخاصة حذف أو ازدواج الجينات المرتبطة مباشرة بعمليات الأورام.

يتم تشخيص أنواع معينة من التوحد من خلال تحليل النمط النووي ، وقد ثبت أن تكرار الكروموسوم 15 متورط في بعض هذه الحالات لدى البشر.

من بين الأمراض الأخرى المرتبطة بحذف الكروموسوم 15 متلازمة برادر ويلي ، التي تسبب أعراضًا مثل نقص توتر العضلات وأمراض الجهاز التنفسي عند الرضع.

تشير متلازمة "القطة الباكية" (من cri-du-chat الفرنسية) إلى فقدان الذراع القصيرة للكروموسوم 5 وإحدى الطرق المباشرة لتشخيصه هي من خلال دراسة الوراثة الخلوية للنمط النووي.

إن انتقال الأجزاء بين الكروموسومات 9 و 11 يميز المرضى الذين يعانون من الاضطراب ثنائي القطب ، خاصة فيما يتعلق باضطراب الجين على الكروموسوم 11. وقد لوحظت عيوب أخرى في هذا الكروموسوم في العديد من العيوب الخلقية.

وفقًا لدراسة أجراها Weh وآخرون في عام 1993 ، فإن أكثر من 30 ٪ من المرضى الذين يعانون من المايلوما المتعددة وسرطان الدم في خلايا البلازما لديهم أنماط نواة مع كروموسومات تكون هياكلها شاذة أو غير طبيعية ، خاصة على الكروموسومات 1 و 11 و 14.

المراجع

1. ألبرتس ، ب ، دينيس ، ب ، هوبكن ، ك ، جونسون ، أ ، لويس ، جيه ، راف ، إم ،… والتر ، ب. (2004). بيولوجيا الخلية الأساسية. أبينجدون: جارلاند ساينس ، مجموعة تايلور وفرانسيس.
2. باتاغليا ، إي. (1994). Nucleosome و nucleotype: نقد اصطلاحي. Caryologia، 47 (3-4) ، 37-41.
3. الشيخ ، محمد ، واس ، جاه ، وكونواي ، ج. (2001). متلازمة الغدة الدرقية المناعية الذاتية عند النساء المصابات بمتلازمة تيرنر - ارتباطها بالنمط النووي. طب الغدد الصماء ، 223-226.
4. فيرغوس ، ك. (2018). صحة جيدة جدا. تم الاسترجاع من www.verywellhealth.com/how-to-how-is-a-karyotype-test-done-1120402
5. جاردنر ، ر. ، وعمور ، د. (2018). تشوهات كروموسوم غاردنر وساذرلاند والاستشارة الوراثية (الطبعة الخامسة). نيويورك: مطبعة جامعة أكسفورد.
6. Griffiths، A.، Wessler، S.، Lewontin، R.، Gelbart، W.، Suzuki، D.، & Miller، J. (2005). مقدمة في التحليل الجيني (الطبعة الثامنة). فريمان ، دبليو إتش وشركاه.
7. رودن ، ت. (2010). علم الوراثة للدمى (الطبعة الثانية). إنديانابوليس: Wiley Publishing ، Inc.
8. Schrock، E.، Manoir، S.، Veldman، T.، Schoell، B.، Wienberg، J.، Ning، Y.،… Ried، T. (1996). التنميط النووي الطيفي متعدد الألوان للكروموسومات البشرية. علم ، 273 ، 494-498.
9. وانج ، ت. ، مايرهوفر ، سي ، سبايشر ، إم آر ، لينجاور ، سي ، فوجلشتاين ، بي ، كينزلر ، كيه دبليو ، وفيلكوليسكو ، في إي (2002). التنميط النووي الرقمي. PNAS، 99 (25) ، 16156-16161.