核型検査

染色体を研究することを目的とした細胞遺伝学的研究方法の一つに核型分析があります。この分析には、実施すべき適応症が数多くあり、いくつかの種類があります。

核型とは、ヒトの染色体の集合体です。遺伝子の大きさ、量、形状など、あらゆる特徴を記述します。通常、ゲノムは46本の染色体で構成され、そのうち44本は常染色体、つまり遺伝形質（髪や目の色、耳の形など）を決定づける常染色体です。最後の2本は性染色体で、核型を決定します。女性は46XX、男性は46XYです。

診断プロセス中に、ゲノム異常が特定されます。

• 量的構成の変化。
• 構造違反。
• 品質違反。

核型分析は通常、新生児の遺伝子異常を判定するために行われます。また、妊娠を計画している夫婦にもこの分析は適応されます。この場合、この検査によって遺伝子の不一致を特定することができ、遺伝性疾患を持つ子どもの誕生につながる可能性があります。

分子核型分析の種類:

1. ターゲット

様々な異常や症候群の確認に処方されます。凍結胎児、流産、医学的理由による中絶など、妊娠喪失の原因を特定することができます。三倍体における染色体の追加セットの病因を特定します。この解析は、臨床的に重要な染色体領域に集中した35万個のマーカーを含むマイクロマトリックスを用いて行われます。この研究の解像度は100万bpからです。

2. 標準

臨床的に意義のあるゲノム異常を検出します。微小欠失症候群および常染色体優性疾患に関連する病態を診断します。発達異常、先天性欠損、精神運動発達遅延、自閉症などの患者における未分化症候群における染色体異常の原因を特定します。

出生前期における染色体異常の検出を可能にします。この方法は、胎児の異数性、病的な微小欠失を判定します。検査は、ゲノムの重要な領域をすべてカバーする75万個の高密度マーカーを備えたマイクロマトリックス上で行われます。標準的な核型分析の解像度は20万bpからです。

3. 拡張

小児の未分化症候群における染色体異常の原因を特定することができます。病的な欠失（染色体断片の消失）と重複（遺伝子の追加コピー）を明らかにします。ヘテロ接合性の喪失を伴う断片、つまり常染色体劣性疾患の原因を診断します。

拡張染色体マイクロアレイ解析は、260万個以上の高密度マーカーを含む高密度マイクロアレイを用いて行われます。この解析範囲はゲノム全体を網羅し、50,000bpから10,000bpの範囲をカバーします。これにより、遺伝子コードの全セクションを極めて正確に解析することができ、微細な構造異常も特定することが可能になります。

原則として、核型分析は遺伝専門医の指示に従って実施されます。医師の指示に応じて、上記のいずれかの種類が処方される場合があります。標準検査は安価ですが、多くの染色体異常が明らかにならないため、極めてまれにしか処方されません。標的核型分析はより高価な分析であるため、症候群やその他の異常の臨床症状がある場合に処方されます。拡張診断は、23セットすべての染色体を完全に検査できるため、最も高価ですが、最も有益な情報を提供します。

核型検査はどこで受けられますか？

染色体マイクロアレイ解析は遺伝学者の指示により行われます。この研究は、患者のゲノムを解析し、その構造上の異常を特定することを目的としています。

染色体はDNA鎖であり、その数と構造は種によって異なります。人体には23対の染色体があり、そのうち1対が性別を決定します。女性は46XX、男性は46XYの染色体を持ちます。残りの遺伝子は常染色体、つまり非性的染色体です。

核型分析の特徴:

• 染色体セットは生涯を通じて変化しないため、分析は 1 回実行されます。
• 配偶者の生殖に関する問題の原因を特定できます。
• 小児の複数の発達障害を診断します。
• 遺伝子異常を検出します。

核型検査は専門の医療研究所または遺伝子センターで行われます。検査は資格を持った医師によって実施されます。通常、検査結果は1～2週間以内に完了します。結果は遺伝学者によって解読されます。

手順の表示 核型検査

核型分析は、新生児の遺伝子異常や遺伝性疾患の特定、また妊娠計画段階にある男女の検査に用いられます。また、この分析は他にも様々な適応症があります。

• 原因不明の男性および女性の不妊症。
• 男性不妊症：重度かつ非閉塞性の乏精子症、奇形精子症。
• 妊娠の自然終了：流産、胎児凍結、早産。
• 原発性無月経。
• 新生児の早期死亡の履歴。
• 染色体異常のある子供たち。
• 複数の先天性奇形を持つ子供たち。
• 両親は35歳以上です。
• 人工授精（IVF）の複数回の失敗。
• 将来の両親のどちらかに遺伝性疾患がある。
• 女性におけるホルモン障害。
• 原因不明の精子形成。
• 近親結婚。
• 好ましくない生態学的生活環境。
• 化学物質、放射線との長期接触。
• 悪い習慣: 喫煙、アルコール、薬物、薬物中毒。

小児の核型分析は次のような場合に行われます。

• 先天性奇形。
• 知的障害。
• 精神運動発達の遅れ。
• 微小異常と精神言語発達の遅れ。
• 性的異常。
• 性的発達の妨害または遅延。
• 成長遅延。
• 子どもの健康予後。

妊娠を計画しているすべての配偶者には、診断を受けることが推奨されます。また、妊娠中に検査（出生前染色体検査）を受けることもできます。

核型検査とはどのようなものですか?

染色体一式の特徴の集合が核型です。染色体分析を体系化するために、国際細胞遺伝学命名法が用いられます。これは、ゲノムの分画染色に基づき、DNA鎖のあらゆる部分を詳細に記述するものです。

この研究により、以下のことがわかる。

• トリソミー – 一対の染色体に 3 本目の余分な染色体が存在します。
• モノソミー – 一対の染色体の 1 つが欠けている状態。
• 逆位とはゲノムの領域の反転です。
• 転座とは、セクションの移動です。
• 削除は領域の損失です。
• 複製とは、断片を2倍にすることです。

分析の結果は次のシステムに従って記録されます。

1. 染色体総数と性染色体セットは 46、XX、46、XY です。
2. 余分な染色体や欠損した染色体は、たとえば 47、XY、+ 21、46、XY -18 のように示されます。
3. ゲノムの短腕は記号 p で示され、長腕は記号 q で示されます。
4. 転座はt、欠失はdelで表されます。例：46,XX,del(6)(p12.3)

完成した核型分析は次のようになります。

• 46、XX – 普通の女性。
• 46、XY – 正常な男性。
• 45、X – シェレシェフスキー・ターナー症候群。
• 47 XXY – クラインフェルター症候群。
• 47、XXX – X染色体のトリソミー。
• 47、XX（XY）、+ 21 – ダウン症候群。
• 47、XY（XX）、+ 18 – エドワーズ症候群。
• 47、XX (XY)、+ 13 – パトー症候群。

細胞遺伝学的研究は、DNA鎖の構造における様々な異常を明らかにします。また、この分析によって、内分泌疾患、高血圧、関節損傷、心筋梗塞など、多くの疾患の素因を診断することができます。

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準備

核型分析では血液細胞を使用するため、診断に適切な準備を行うことが非常に重要です。

染色体検査の準備は検査の 2 週間前に始まり、身体に対する以下の要因の影響を排除することから構成されます。

• 急性疾患と慢性疾患。
• 薬を服用する。
• アルコールや薬物の使用、喫煙。

分析には4mlの静脈血を使用します。採血は空腹時に行います。

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技術 核型検査

ヒトゲノムは肉眼では見えません。染色体は細胞分裂の特定の段階でのみ顕微鏡で観察できます。核型の決定には、単核白血球、皮膚線維芽細胞、または骨髄細胞が用いられます。有糸分裂中期にある細胞が研究に適しています。生体液をリチウムとヘパリンを加えた試験管に入れ、血液を72時間培養します。

その後、培養物に特殊な物質を添加し、診断に必要な段階で細胞分裂を停止させます。培養物からスライドを作成し、検査に供します。染色することで、ゲノムの状態に関する追加情報が得られます。染色体にはそれぞれ、染色後に明瞭に観察できる横縞模様があります。

典型的な染色体研究では、様々な染料やそれらの混合物を用いて染色が行われます。染料はゲノムの各部位に異なる方法で結合するため、染色は不均一になります。その結果、染色体の線状の不均一性を反映した横断的な標識の複合体が形成されます。

基本的な染色方法：

• Q – 非常に詳細な画像が得られます。この方法は、キナクリン-イペリット染色法と呼ばれるカスペルソン染色法で、蛍光顕微鏡下で診断を行います。遺伝的性別の分析、X染色体とY染色体、Y染色体と常染色体間の転座の同定、Y染色体モザイクのスクリーニングに用いられます。
• G – 改良ロマノフスキー・ギムザ法。Q法に比べて感度が高く、細胞遺伝学的分析の標準的な方法として用いられています。小さな異常やマーカー染色体を検出します。
• R – 相同なGおよびQ陰性領域を検出するために使用されます。ゲノムはアクリジンオレンジ色素で処理されます。
• C – 構成的ヘテロクロマチンと Y の可変遠位部分を持つ染色体のセントロメア領域を分析します。
• T – DNA 鎖のテロメア領域を分析するために使用されます。

染色・固定された細胞を顕微鏡で撮影します。得られた一連の写真から、番号が付けられた常染色体対のセット、すなわち体系化された核型が形成されます。DNA鎖の画像は垂直方向に並べられ、番号はサイズに依存し、性染色体の対がセットの最後尾に配置されます。

血液標本は、20～100 枚の中期プレートで顕微鏡下で分析され、量的および構造的異常が特定されます。

• 量的異常とは、遺伝子の数の変化です。ダウン症候群では、21番染色体が1本余分に存在する場合に、この異常が観察されます。
• 構造異常とは、染色体自体の変化です。ゲノムの一部が失われる、ある部分が別の部分に移る、180度回転するなど、様々な現象が考えられます。

核型分析は労働集約的なプロセスです。この研究は高度な資格を持つ専門家によって行われ、一人の人のゲノムを診断するのに丸一日かかることもあります。

配偶者の核型分析

結婚すると、多くのカップルが妊娠の問題に直面します。生殖に関する問題を解決するには、細胞遺伝学的検査が適応となります。配偶者の核型分析により、子どもを授からない、あるいは出産プロセスを阻害するゲノム構造の異常を特定することができます。核型を変えることは不可能ですが、診断によって不妊症や妊娠中絶の真の原因を特定し、解決策を見つけることは可能です。

染色体マイクロアレイ解析は、将来の子供の遺伝性疾患や配偶者の不妊症の原因となる可能性のあるDNA鎖の構造と数の異常を特定するために行われます。将来の親の解析には、以下の国際基準があります。

• 家族内の染色体異常。
• 流産の履歴。
• 妊婦は35歳以上です。
• 身体に対する長期的な変異誘発効果。

現在、以下の核型分析法が使用されています。

1. 血液細胞内の染色体の分析。

配偶者のどちらかが子供を持つ可能性が著しく低下しているか、全くない場合、不妊症を特定することができます。また、この検査ではゲノム不安定性のリスクも判定されます。これらの異常を治療するために、抗酸化物質や免疫調節薬を処方することで、妊娠の失敗率を減らすことができます。

この研究では、静脈血を採取します。体液からリンパ球を分離し、試験管内で刺激し、特殊な物質で処理した後、染色して検査します。例えば、男性不妊症として現れるクラインフェルター症候群では、核型に47番染色体XXが1本余分に含まれています。また、逆位、欠失、転座といったゲノム構造の変化も検出できます。

2. 出生前研究。

妊娠初期における胎児の染色体異常を判定します。このような研究は、子宮内胎児死亡につながる遺伝性疾患や発達障害の診断に不可欠です。

研究を実施するには、次の方法を使用できます。

• 非侵襲的であり、母体と胎児にとって安全です。診断は、胎児の超音波検査と女性の血液の詳細な生化学分析によって行われます。
• 侵襲的検査 - 絨毛膜生検、臍帯穿刺、胎盤穿刺、羊水穿刺。分析のために、胎盤細胞または絨毛膜細胞、羊水、または臍帯血が採取されます。侵襲的検査は診断精度が高いものの、合併症のリスクが高いため、超音波検査で胎児に病変が認められる場合、母親が35歳以上の場合、両親に染色体異常がある場合、血液生化学マーカーに変化がある場合など、厳格な医学的適応がある場合に限り実施されます。

血液だけでなく、射精液も細胞遺伝学的研究に使用できます。この方法は「トゥネル法」と呼ばれ、核型が正常であれば、男性不妊症の最も一般的な原因の一つである精子DNAの断片化を特定することができます。

配偶者の一方に遺伝子変異または染色体異常が見つかった場合、医師は、起こりうるリスクと、異常のある子供が生まれる可能性について説明します。遺伝子疾患は治癒不可能であるため、配偶者はドナー（精子、卵子）を使用するか、出産のリスクを負うか、あるいは子供を持たないままでいるか、自ら決定を下します。

妊娠過程において、女性と胎児の両方においてゲノムの異常が検出された場合、医師は中絶を推奨します。これは、重篤な、場合によっては生命維持に適さない異常を持つ赤ちゃんが生まれるリスクが高まるためです。遺伝学者が検査の実施と結果の解釈に関与します。

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核型を調べる血液検査

核型分析は、ほとんどの場合、細胞培養を用いて静脈血を分析することによって行われます。しかし、細胞遺伝学的研究には、他の生物学的材料も使用されることがあります。

• 羊水からの細胞。
• 胎盤。
• 胚細胞。
• 中絶材料。
• 骨髄。

診断のために採取される材料は、分析の理由と目的によって異なります。血液検査の大まかなアルゴリズム：

• 少量の液体を栄養培地に37℃の温度で72時間置きます。
• 細胞分裂の中期段階では染色体が見えるようになるため、必要な段階で分裂プロセスを停止する試薬が生物学的環境に追加されます。
• 細胞培養は染色され、固定され、顕微鏡で分析されます。

血液核型分析により、染色体内および染色体間の再配置、ゲノム断片の順序の変化など、DNA鎖の構造における異常を非常に正確に検出できます。診断の主な目的は、遺伝性疾患を特定することです。

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核型の遺伝子解析

染色体の大きさ、数、形状を調べることを目的とした細胞遺伝学的診断は、遺伝子核型分析です。この分析には、以下の適用があります。

• 先天性欠損の検出。
• 遺伝性疾患を持つ子供を産むリスク。
• 不妊症の疑い。
• 精子像異常。
• 流産。
• 特定の種類の腫瘍に対する治療計画を作成します。

また、子供をもうける予定のある配偶者に対する必須検査のリストには、核型の遺伝子分析も含まれています。

ほとんどの場合、研究では以下の病状が明らかになります。

1. 異数性は染色体数の変化であり、増加または減少します。不均衡は流産や重篤な先天性疾患を持つ赤ちゃんの誕生につながります。モザイク異数性はダウン症候群、エドワーズ症候群、その他生存が困難な疾患を引き起こします。
2. 核型再編成 – 変化が均衡している場合、染色体セットは壊れておらず、単に順序が異なっているだけです。不均衡な変化の場合、遺伝子変異の脅威があり、これは特に将来の世代にとって危険です。
3. 転座とは、DNA鎖の異常な構造、つまりゲノムのある断片が別の断片に置き換わることです。ほとんどの場合、遺伝します。
4. 性分化異常症は極めてまれな染色体異常であり、必ずしも外見上の症状が現れるとは限りません。表現型の性別の不一致は、不妊症の原因の一つとなることがあります。

核型分析は、資格を持った遺伝学者によって遺伝子研究室で行われます。

異常を伴う核型分析

異常とは、染色体の切断や再分配、遺伝物質の喪失または重複によって引き起こされる染色体構造の乱れです。異常を伴う核型分析は、ゲノム構造の変化を特定することを目的とした研究です。

異常の種類:

• 定量的 - 染色体数の違反。
• 構造的 – ゲノム構造の破壊。
• 通常 – 体のほとんどまたはすべての細胞に存在します。
• 不規則 – 身体に対するさまざまな不利な要因（ウイルス、放射線、化学物質への曝露）の影響により発生します。

この分析により、核型、その特徴、そして様々な悪性因子の影響の兆候が明らかになります。染色体異常を伴う染色体検査は、以下の場合に実施されます。

• 結婚しても不妊になる。
• 自然流産。
• 死産の既往歴。
• 早期乳児死亡率。
• 妊娠の凍結。
• 先天性奇形。
• 性分化障害。
• 染色体異常の疑い。
• 精神的および身体的発達の遅れ。
• IVF、ICSI、その他の生殖処置前の検査。

従来の核型分析とは異なり、この分析は実行に時間がかかり、費用も高くなります。

小児の核型分析

医学統計によると、先天性疾患は幼児の死亡原因の大きな割合を占めています。遺伝子異常や遺伝性疾患を早期に発見するために、小児は核型分析を受けます。

• 最も多く診断されるのは、トリソミー（ダウン症候群）です。この病理は750人に1人の乳児に発生し、身体的および知的発達における様々な異常として現れます。
• 2番目に多い障害はクラインフェルター症候群であり、思春期の性的発達の遅れが特徴で、男児新生児600人に1人の割合で発症します。
• シェレシェフスキー・ターナー症候群は、女児2,500人に1人に診断されるもう一つの遺伝病です。小児期には、皮膚の色素沈着の増加、足、手、すねの腫れといった症状が見られます。思春期には、月経が止まり、脇毛や陰毛が濃くなり、乳腺も発達しません。

核型分析は、目に見える異常のある赤ちゃんだけでなく、遺伝学的問題を疑い、その改善を始めるためにも必要です。分析は遺伝医療センターで行われます。お子様の年齢に応じて、かかとまたは静脈から採血します。必要に応じて、遺伝学者は両親に核型分析を受けるよう指示することがあります。

新生児の核型分析

新生児スクリーニングは、新生児に対して最初に行われる検査です。この検査は、産科病院で生後3～4日目、未熟児の場合は生後7日目に行われます。早期の核型分析により、目に見える病理学的症状が現れる前に、遺伝子異常やDNA構造異常を特定することができます。

乳児のかかとから採取した血液は早期診断に用いられます。細胞遺伝学的検査は、乳児によく見られる以下のような病態を特定することを目的としています。

• フェニルケトン尿症は、アミノ酸であるフェニルアラニンを分解する酵素の活性低下または欠損を特徴とする遺伝性疾患です。病状が進行すると、脳機能障害や知的障害を引き起こします。
• 嚢胞性線維症 - 分泌物、消化液、汗、唾液、粘液を産生する腺が侵されます。肺と消化管に障害を引き起こします。この病気は遺伝性です。
• 先天性甲状腺機能低下症は、甲状腺ホルモンの産生が不十分な疾患です。身体的および精神的な発達の遅れにつながります。
• 副腎性器症候群は、副腎皮質からのホルモン分泌が不十分となる病態であり、性器の発達に障害を引き起こします。
• ガラクトース血症は、ガラクトースからグルコースへの変換が阻害される病態です。治療は乳製品の摂取を控えることです。適切な時期に診断されない場合、失明や死に至る可能性があります。

核型分析の結果、新生児に何らかの逸脱や異常が明らかになった場合、診断を明確にするために一連の追加検査が行われます。このような早期診断により、お子様の身体に何らかの問題が生じた場合、早期に発見し、治療を開始することができます。

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核型検査にはどれくらい時間がかかりますか?

染色体検査の期間は10日から21日です。結果が出る時期は、検査の種類（異常検査か従来の核型分析か）によって異なります。

完了した核型分析には次の情報が含まれます。

• 染色体の数。
• 染色体の構造に変化はありますか？
• ゲノムの配列に乱れはありますか?

結果は遺伝学者によって解読・解釈されます。異常が発見された場合、医師は更なる診断や治療方針について医学的なアドバイスを提供します。

正常なパフォーマンス

ヒトの正常な核型は46,XXまたは46,XYです。通常、これらの変化は生物の発生初期段階で起こります。

• この疾患は、ほとんどの場合、配偶子形成（胚発生前段階）において、親の生殖細胞が接合子の核型を形成する際に発生します。この接合子がさらに発達すると、胚のすべての細胞に異常なゲノムが含まれるようになります。
• この疾患は、接合子分裂の初期段階で発生することがあります。この場合、胚には異なる核型を持つ複数の細胞クローンが含まれます。つまり、モザイク（生物全体とその器官の核型が複数存在する状態）が発生します。

ゲノムの変化は様々な病理や欠陥として現れます。一般的な核型異常について考えてみましょう。

• 47,XXY; 48,XXXY – クラインフェルター症候群、男性におけるX染色体の多染色体性。
• 45X0; 45X0/46XX; 45.X/46.XY; 46,X iso (Xq) – シェレシェフスキー・ターナー症候群、X染色体上のモノソミー、モザイク。
• 47,XXX; 48,XXXX; 49,ХХХХХ – X 染色体のポリソミー、トリソミー。
• 47,XX,+18; 47,ХY,+18 – エドワーズ症候群、18番染色体のトリソミー。
• 46,XX, 5p- – 猫泣き症候群、ゲノムの5番目のペアの短腕の欠失。
• 47,XX,+21; 47,ХY,+21 – ダウン症候群、21番染色体のトリソミー。
• 47,XX,+13; 47,ХY,+13 – パトウ症候群、13番染色体のトリソミー。

細胞遺伝学的研究は、DNA鎖の状態を判定し、欠陥や異常を特定することを目的としています。正常範囲からの逸脱は、身体の包括的な検査の根拠となります。

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分析装置

核型を解読するためには、シーケンシング法が用いられます。この方法は1970年に開発され、DNA中のアミノ酸配列を決定することに基づいています。シーケンシング装置は、相互作用的な循環酵素反応と、その後の処理および得られた結果の比較を用いています。

シーケンサーの主な機能:

• 未知のゲノム、エクソーム、トランスクリプトームの完全な一次研究。
• 核型分析。
• 古遺伝学。
• メタゲノミクスと微生物の多様性。
• 再シーケンスとマッピング。
• DNAメチル化分析。
• トランスクリプトーム解析。

第一段階では、装置はランダムなDNA鎖配列のライブラリを作成します。次に、サンプルとして使用されるPCRアンプリコンを生成します。最終段階では、すべての断片の一次構造が決定されます。

最新世代のシーケンサーは完全に自動化されており、ゲノム解析で広く使用されており、人為的ミスによる誤った結果の可能性を最小限に抑えています。

核型分析の結果を解読する

遺伝学者が細胞遺伝学的検査の結果を解釈します。通常、分析結果は1～2週間で完了し、以下のような結果になります。

• 46XX(XY)は、22対の遺伝子と1対の性遺伝子にグループ化されています。ゲノムの大きさと構造は正常で、異常は検出されませんでした。
• ゲノムが破壊されており、染色体数が46本より多い／少ないことが検出されます。1本／数本の染色体の形状や大きさに異常があります。ゲノムペアが破壊されている／グループ分けが誤っています。

核型の病理学的異常に関しては、以下の一般的な疾患が区別されます。

• トリソミー - 体細胞染色体の過剰。ダウン症候群、エドワーズ症候群。
• モノソミーとは、染色体が 1 本失われることです。
• 欠失 - ゲノム領域の欠如。 -46、xx、5p - 猫泣き症候群。
• 転座とは、ゲノムの一部が別の部分に移動することです。
• 複製とは、断片を2倍にすることです。
• 逆位とは染色体断片の回転です。

核型分析の結果に基づき、医師は遺伝子型の状態と遺伝的リスクの程度について結論を出します。DNA鎖構造にわずかな変化が見られた場合、一連の追加検査が処方されます。特定された異常は、症状として現れない場合もありますが、遺伝的異常を持つ赤ちゃんが生まれるリスクを高めます。