citogenética básica y cariotipo
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Citogenética Básica
Estas páginas son traducción de Cytogenetics Information Site
El autor del contenido original es Dave McDonald y las imágenes de ejemplo fueron
cedidas por Dynagene Cytogenetics Laboratory (Seattle, WA, U.S.A.)
Traducción al español de Angel Herráez (Univ. de Alcalá)
página actualizada en junio de 2002
http://www2.uah.es/biomodel/citogene/dynacare/geninfo.htm#ejemplos
Lo Básico
Idiograma del Cromosoma 1
Metacéntrico
(Cromosoma 1)
Idiograma del Cromosoma 9
Submetacéntrico
(Cromosoma 9)
Idiograma del Cromosoma 14
Acrocéntrico
(Cromosoma 14)
¿Qué son los Cromosomas?
La citogenética es el estudio de los cromosomas y las enfermedades relacionadas,
causadas por un número y/o estructura anormales de los cromosomas. Los
cromosomas son estructuras complejas localizadas en el núcleo de las células,
compuestos por DNA, histonas y otras proteínas, RNA y polisacáridos. Son
básicamente los "paquetes" que contienen el DNA. Normalmente los cromosomas no
se pueden ver con un microscopio óptico, pero durante la división celular se
condensan lo suficiente como para poder ser fácilmente analizados a 1.000 aumentos.
Para recoger células con sus cromosomas en este estado condensado se las expone
a un inhibidor de la mitosis, que bloquea la formación del huso mitótico y detiene la
división celular en la etapa de metafase.
Se pueden usar distintos tejidos para obtener preparaciones de cromosomas; por
ejemplo, sangre periférica, medula ósea, fluido amniótico y productos de la
concepción. Aunque las técnicas específicas difieren según el tejido usado, el método
básico para obtener preparaciones de cromosomas es así:
* Recolección de la muestra y preparación inicial.
* Cultivo celular.
* Adición de un inhibidor de la mitosis para detener las células en metafase.
* Recogida de las células. Este paso es muy importante para obtener preparaciones
de alta calidad. Implica exponer las células a una disolución hipotónica, seguida de
una serie de disoluciones fijadoras. Esto hace que las células se expandan, de modo
que los cromosomas se extiendan y puedan examinarse individualmente.
* Tinción de las preparaciones cromosómicas para detectar los posibles cambios
numéricos y estructurales.
Morfología del Cromosoma
Bajo el microscopio, los cromosomas se ven como estructuras delgadas y alargadas.
Tienen un brazo corto y otro largo separados por un estrechamiento o constricción
primaria, llamada centrómero. El brazo corto se designa como p y el largo como q. El
centrómero es el punto de unión del huso mitótico y es parte integral del cromosoma.
Es esencial para el movimiento y segregación normales del cromosoma durante la
división celular. Los cromosomas metafásicos humanos presentan tres formas básicas
y se pueden clasificar de acuerdo con la longitud de los brazos corto y largo, así como
por la posición del centrómero. Los cromosomas metacéntricos tienen los brazos corto
y largo de aproximadamente la misma longitud, con el centrómero en el punto medio.
Los cromosomas submetacéntricos tienen los brazos corto y largo de longitudes
desiguales, con el centrómero más próximo a uno de los extremos. Los cromosomas
acrocéntricos tienen el centrómero my cerca de un extremo, con un brazo corto muy
pequeño. Con frecuencia tienen constricciones secundarias en los brazos cortos,
conectando trozos muy pequeños del DNA, llamados tallos y satélites, al centrómero.
Los tallos contienen genes que codifican el RNA ribosómico.
Los diagramas de la izquierda, llamados idiogramas*, de los cromosomas 1, 9 y 14 con
bandas G son ejemplos típicos, respectivamente, de cromosomas metacéntricos,
submetacéntricos y acrocéntricos. El idiograma es básicamente un "mapa
cromosómico" que muestra la relación entre los brazos corto y largo, el centrómero
(cen) y, en el caso de cromosomas acrocéntricos, los tallos (st, de stalk) y satélites
(sa). También se ilustran los patrones de bandas específicos. Cada banda se numera
para ayudar en la descripción de reorganizaciones.
Análisis Cromosómico
Prácticamente todos los análisis citogenéticos de rutina se realizan sobre
preparaciones cromosómicas que se han tratado y teñido para producir un patrón de
bandas específico de cada cromosoma. Esto permite la detección de cambios sutiles
en la estructura de los cromosomas. El tratamiento de tinción más común se llama
bandeo G. Se dispone de otras técnicas de tinción que ayudan a identificar anomalías
específicas. Una vez que se han obtenido las preparaciones de cromosomas
metafásicos teñidos, pueden examinarse al microscopio. Típicamente, se observan y
cuentan de 15 a 20 células, con un análisis completo de al menos 5 de ellas. Durante
un análisis completo, cada cromosoma se compara críticamente banda por banda con
su homólogo. Es necesario examinar tantas células para poder detectar un
mosaicismo, con significado clínico (ver más abajo).
Tras el análisis al microscopio, se toman imágenes de las células en metafase que
tengan mejor calidad, bien mediante fotografía o por digitalización de imagen
computerizada. Cada cromosoma puede entonces disponerse en pares de acuerdo
con su tamaño y patrón de bandas, formando un cariotipo. El cariotipo permite al
citogenetista examinar aún más en detalle cada cromosoma en busca de cambios
estructurales. Se hace entonces una descripción por escrito del cariotipo, definiendo el
análisis cromosómico.
*Los idiogramas son gentileza de Tim Knight (Fred Hutchinson Cancer Research
Center, Seattle, WA., U.S.A.)
Anomalías Cromosómicas
Cromosomas Normales
Las células somáticas humanas normales tienen 46 cromosomas: 22 pares de
cromosomas homólogos o autosomas (los cromosomas 1 a 22) y dos cromosomas
sexuales. A esto se le llama el número diploide. Las mujeres tienen dos cromosomas X
(46,XX) mientras que los varones tienen un X y un Y (46,XY). Las células germinales
(óvulo y espermatozoide) tienen 23 cromosomas: una copia de cada autosoma más un
solo cromosoma sexual. A esto se le llama el número haploide. Se hereda de cada
progenitor un cromosoma de cada par autosómico y un cromosoma sexual. Las
madres sólo pueden aportar un cromosoma X a sus hijos e hijas, mientras que los
padres pueden aportar bien un X (a sus hijos) o bien un Y (a sus hijas).
* Cariotipos normales de 550 y 650 bandas
Anomalías Cromosómicas
Aunque las anomalías cromosómicas pueden ser muy complejas, hay dos tipos
básicos: numéricas y estructurales. Ambos tipos pueden darse simultáneamente.
Las anomalías numéricas implican la pérdida y/o ganancia de uno o varios
cromosomas completos y puede incluir tanto a autosomas como a cromosomas
sexuales. Generalmente, la pérdida de cromosomas tiene mayor repercusión en un
individuo que la ganancia, aunque ésta también puede tener consecuencias serias.
Las células que han perdido un cromosoma presentan monosomía para ese
cromosoma, mientras que aquéllas con un cromosoma extra muestran trisomía para el
cromosoma implicado. Casi todas las monosomías autosómicas llevan a la muerte
poco después de la concepción y sólo unas pocas trisomías permiten llegar al
nacimiento. La anomalía autosómica numérica más común es el Síndrome de Down o
trisomía 21. Los individuos con trisomía en los cromosomas 13 y 18 pueden también
sobrevivir hasta el nacimiento, pero están más seriamente afectados que aquéllos con
síndrome de Down. Curiosamente, los individuos con una condición llamada triploidía,
en la cual hay una copia extra de todos los cromosomas (69 en total), pueden
ocasionalmente sobrevivir hasta el nacimiento, aunque normalmente mueren durante
el periodo neonatal.
Otra regla general es que la pérdida o ganancia de un autosoma tiene consecuencias
más graves que la de un cromosoma sexual. La anomalía de cromosomas sexuales
más común es la monosomía del cromosoma X (45,X), o Síndrome de Turner. Otro
ejemplo bastante común es el Síndrome de Klinefelter (47,XXY). Aunque hay
variaciones considerables dentro de cada síndrome, los individuos afectados a
menudo llevan vidas bastante normales.
En ocasiones, un individuo porta un cromosoma extra que no se puede identificar por
su patrón de bandas; a éstos se les llama cromosomas marcadores. La introducción
de las técnicas FISH ha sido de gran ayuda en la identificación de estos cromosomas
marcadores.
Las anomalías estructurales implican cambios en la estructura de uno o varios
cromosomas. Pueden ser increíblemente complejas, pero para el propósito de esta
discusión nos centraremos en tres de los tipos más comunes:
* Las deleciones implican la pérdida de material de un solo cromosoma. Los efectos
son típicamente graves, puesto que hay pérdida de material genético.
* Las inversiones tienen lugar cuando se dan dos cortes dentro de un mismo
cromosoma y el segmento intermedio gira 180° (se invierte) y se vuelve a unir,
formando un cromosoma que estructuralmente tiene la secuencia cambiada.
Normalmente no hay riesgo de problemas para el individuo si la inversión es de origen
familiar (es decir, se ha heredado de uno de los progenitores). Hay un riesgo algo
mayor si es una mutación de novo (nueva), debido posiblemente a la interrupción de
una secuencia clave de un gen. Aunque el portador de una inversión puede ser
completamente normal, tiene un riesgo ligeramente mayor de producir un embrión con
un desequilibrio cromosómico. Esto se debe a que un cromosoma invertido tiene
dificultad en emparejarse con su homólogo normal durante la meiosis, lo que puede
producir gametos que contengan derivados cromosómicos desequilibrados si ocurre
un entrecruzamiento desigual.
* Las translocaciones implican el intercambio de material entre dos o más
cromosomas. Si una translocación es recíproca (equilibrada) el riesgo de problemas
para el individuo es similar al de las inversiones: normalmente nulo si es familiar y
ligeramente mayor si es de novo. Surgen problemas con las translocaciones cuando a
partir de un progenitor equilibrado se forman gametos que no contienen ambos
productos de la translocación. Cuando tal gameto se combina con un gameto normal
del otro progenitor, el resultado es un embrión desequilibrado que es parcialmente
monosómico para un cromosoma y parcialmente trisómico para el otro.
Las anomalías numéricas y estructurales se pueden dividir a su vez en dos categorías
principales: constitutivas, aquéllas con las que se nace, y adquiridas, las que surgen
como cambios secundarios a otras enfermedades, tales como el cáncer.
A veces se encuentran personas que tienen tanto líneas celulares normales como
anormales. A estos individuos se los denomina mosaicos y en la inmensa mayoría de
los casos la línea celular anormal tiene una anomalía cromosómica numérica. Los
mosaicos estructurales son extremadamente infrecuentes. El grado en el cual un
individuo resulta afectado clínicamente depende habitualmente del porcentaje de
células anormales. Un análisis citogenético de rutina incluye típicamente el examen de
al menos 15 o 20 células, con el fin de descartar cualquier mosaicismo clínicamente
significativo.
Éstas son sólo algunas de las anomalías más comunes que se encuentran en un
laboratorio de citogenética. Puesto que el número de posibilidades anormales es casi
infinito, se debe preparar al citogenetista para detectar e interpretar virtalmente
cualquier anomalía cromosómica que pueda tener lugar.
Ejemplos de Anomalías Cromosómicas
Pulse en cualquiera de los enlaces siguientes para ver ejemplos de anomalías
cromosómicas numéricas y estructurales detectadas en nuestro laboratorio:
* Ejemplo 1: Síndrome de Down, una anomalía numérica frecuente.
* Ejemplo 2: Inversión en el cromosoma 10.
* Ejemplo 3: Deleción del cromosoma 16.
* Ejemplo 4: Translocación entre los cromosomas 2 y 15.
* Ejemplo 5: Translocación entre los cromosomas 5 y 8.
* Ejemplo 6: Inversión sutil en el cromosoma 3.
* Ejemplo 7: Deleción intersticial en el cromosoma 7.
* Ejemplo 8: Translocación desequilibrada entre los cromosomas 13 y 14.
Este cariotipo es un ejemplo del Síndrome de Down, la anomalía numérica más
frecuente en recién nacidos. Se caracteriza por un cromosoma 21 extra y el cariotipo
se escribe así: 47,XX,+21. La clave de la descripción de cariotipo es:
* 47: el número total de cromosomas (46 es lo normal).
* XX: los cromosomas sexuales (femeninos).
* +21: indica que el cromosoma extra es un 21.
Este cariotipo es un ejemplo de inversión, una de las reorganizaciones estructurales
más frecuentes. En este caso, un segmento del brazo q, o brazo largo, del cromosoma
10 de la derecha está invertido. Puesto que ambas rupturas han ocurrido en el brazo
largo y el centrómero no está implicado, se habla de una inversión paracéntrica. Si
hubiera habido rupturas separadas tanto en el brazo largo como en el corto, el
centrómero estaría también invertido y se hablaría de una inversión pericéntrica. El
cariotipo se escribe como 46,XY,inv(10)(q11.23q26.3). La clave para la descripción del
cariotipo es:
* 46: el número total de cromosomas.
* XY: los cromosomas sexuales (masculinos).
* inv(10): inversión en el cromosoma 10.
* (q11.23q26.3): puntos de corte del segmento invertido.
El idiograma siguiente ilustra detalladamente esta inversión. Para ver una animación
del proceso pulse aquí .
idiograma inversión 10
Este cariotipo es un ejemplo de deleción simple en un cromosoma. En este caso se ha
perdido un segmento del brazo q, o brazo largo, del cromosoma 16 de la derecha. En
este ejemplo particular hay dos cortes visibles microscópicamente dentro del brazo
largo, que forman una deleción intersticial. Si hubiera un corte, ocasionando la pérdida
de un extremo del cromosoma, se llamaría deleción terminal. El cariotipo se escribe
así: 46,XX,del(16)(q13q22). La clave de la descripción del cariotipo es:
* 46: el número total de cromosomas.
* XX: los cromosomas sexuales (femeninos).
* del(16): deleción en el cromosoma 16.
* (q13q22): puntos de corte del segmento delecionado (o perdido).
El idiograma siguiente ilustra en detalle esta deleción intersticial.
idiograma deleción 16
Este cariotipo es un ejemplo de una translocación equilibrada entre dos cromosomas.
En este caso, un segmento largo del brazo p, o brazo corto, del cromosoma 2 de la
derecha se ha intercambiado con el brazo q prácticamente completo, o brazo largo, del
cromosoma 15 de la derecha. Debido a que el tamaño de los fragmentos
intercambiados es casi igual, esta reorganización estructural en particular sería casi
imposible de detectar sin técnicas de bandeo. El cariotipo se escribe como
46,XY,t(2;15)(p11.2;q11.2). La clave para la descripción del cariotipo es:
* 46: el número total de cromosomas.
* XY: los cromosomas sexuales (masculinos).
* t(2;15): translocación entre los cromosomas 2 y 15.
* (p11.2;q11.2): los puntos de corte en los cromosomas 2 (p11.2), y 15 (q11.2),
respectivamente.
El siguiente idiograma ilustra en detalle esta translocación.
Hibridación in situ Fluorescente
(FISH : Fluorescent In Situ Hybridization)
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cedidas por Dynagene Cytogenetics Laboratory (Seattle, WA, U.S.A.)
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La FISH es una nueva tecnología que utiliza sondas de DNA marcadas con
fluorescencia para detectar o confirmar anomalías génicas o cromosómicas que
generalmente están más allá del poder de resolución de la citogenética de rutina.
Primero, la muestra de DNA (cromosomas metafásicos o núcleos en interfase) se
desnaturaliza, proceso que separa las hebras complementarias de la estructura en
doble hélice del DNA. A la muestra desnaturalizada se le añade entonces la sonda de
interés, marcada con fluorescencia, que se hibridará al DNA de la muestra en el sitio
diana, en el proceso denominado templado, donde se vuelve a formar una doble
hélice. La señal de la sonda se observa mediante un microscopio de fluorescencia y la
muestra de DNA se clasifica según la presencia o ausencia de la señal.
FISH de Metafase
La FISH puede usarse sobre células en metafase para detectar microdeleciones
específicas más allá de la resolución de la citogenética de rutina o para identificar
material extra de origen desconocido. Puede también ser de ayuda en casos donde es
difícil determinar mediante la citogenética de rutina si un cromosoma tiene una
deleción simple o está implicado en una reorganización sutil o compleja. Además, la
FISH de metafase puede detectar algunos de los reordenamientos específicos que se
observan en ciertos cánceres.
El número de síndromes de microdeleción diagnosticados por FISH está aumentando
con rapidez. La sensibilidad de estos ensayos es en todos los casos mejor que la de la
citogenética de rutina, pero depende del síndrome en concreto. En algunos, la sonda
es específica para el gen defectuoso, como en el Síndrome de Williams, donde se ha
encontrado una deleción en el gen de la elastina en el 96% de los pacientes con
diagnóstico confirmado. En otros síndromes como el de Prader-Willi/Angelman, la
etiología es heterogénea y las microdeleciones sólo forman una parte de los casos
(60%).
Síndromes de Microdeleción Actualmente Diagnosticables mediante FISH
* Síndrome del maullido (cri-du-chat)
* Síndrome de Kallman
* Síndrome de Miller-Dieker
* Síndrome de Williams
* Síndrome de Smith-Magenis
* Síndrome de Wolf-Hirschhorn
* Deficiencia de esteroide-sulfatasa
* Síndrome de Prader-Willi/Angelman
* Síndrome DiGeorge/Velo-Cardio-Facial/CATCH 22/Shprintzen
FISH de Interfase
La FISH se puede usar sobre células en interfase para determinar el número de copias
de uno o varios cromosomas, así como para detectar algunas reorganizaciones
específicas que son características de ciertos cánceres. La ventaja principal de la FISH
de interfase es que se puede realizar muy rápidamente si es preciso, normalmente en
24 horas, porque no requiere crecimiento de las células.
Un buen ejemplo es el ensayo de Prueba de Aneuploidía, que se realiza sobre células
del fluido amniótico cuando hay una fuerte indicación clínica de una de las trisomías
más comunes. Se desnaturalizan los núcleos de la muestra, se hibridan con sondas
específicas para los cromosomas 13, 18, 21, X e Y, y los resultados se obtienen
comúnmente en 24 horas. La prueba de aneuploidía suele incluir también una
citogenética de rutina para confirmar los resultados o detectar cualquier anomalía no
detectada por la FISH de interfase.
Pulse en los enlaces siguientes para ver algunos ejemplos de FISH detectados en
nuestro laboratorio:
Éste es un ejemplo de una célula en metafase que se ha hibridado con la sonda para
el síndrome DiGeorge/Velo-Cardio-Facial/CATCH 22/Shprintzen, causado por una
microdeleción en el cromosoma 22. En este caso particular, la sonda es una mezcla
bicolor de dos sondas distintas para el cromosoma 22. La señal verde es un control
interno situado en 22q13. Permite identificar rápidamente los dos cromosomas 22. La
señal roja está situada en la región DiGeorge, en 22q11.2. Puesto que ambos
cromosomas 22 tienen la señal roja, en esta célula no hay microdeleción en la región
DiGeorge y este paciente no tendría el síndrome DiGeorge.
Sonda de pintado del cromosoma 4
Esta metafase se ha hibridado con una sonda "de pintado" para el cromosoma 4, que
hace que el cromosoma completo emita fluorescencia. Uno de los cromosomas 4 de
este paciente era anormal, pero era difícil determinar con la citogenética de rutina si
tenía una pequeña deleción terminal en 4q o si era el resultado de una reordenación
más compleja. Puesto que ambos cromosomas 4 son fluorescentes en toda su
longitud y no hay matrial fluorescente en ningún otro cromosoma, esto sugiere que la
anomalía es una deleción terminal pequeña. La metafase siguiente es del mismo
paciente y confirma este diagnóstico.
Sonda de Cromosoma 4qter
Esta metafase del mismo paciente anterior se ha hibridado con una sonda para la
parte terminal del cromosoma 4q. Puesto que sólo hay una señal verde, se confirma
que en uno de los cromosomas 4 falta material del extremo terminal del brazo q. Este
caso es un buen ejemplo de cómo la citogenética de rutina y la FISH pueden usarse
conjuntamente para diagnosticar con exactitud anomalías cromosómicas sutiles.
Sonda para esteroide-sulfatasa
Éste es un ejemplo de una célula en metafase que se ha hibridado con una sonda para
la Deficiencia de esteroide-sulfatasa, causada por una microdeleción en el cromosoma
X. En este caso particular, la sonda es una mezcla de dos sondas independientes para
el cromosoma X, ambas con color rojo. La señal "X cen" de la sonda es un control
interno localizado en el centrómero de X, que permite la identificación rápida del (o los)
cromosoma(s) X. La señal "Xp22.3" de la sonda está localizada en la región de la
esteroide-sulfatasa, en Xp22.3. Puesto que hay dos cromosomas X y sólo uno tiene la
señal del gen de la esteroide-sulfatasa, este individuo es una mujer portadora de la
deficiencia de esteroide-sulfatasa.
