核型（カリオタイプ）とは：染色体の定義・解析法と臨床応用

核型とは、真核細胞の核内にある染色体の数と外観のことである。この用語は、個体や種の染色体の完全な集合を指す場合にも使用される。核型は光学的に観察できる染色体の数、長さ、セントロメアの位置、性染色体間の違い、バンドパターンやその他の構造的特徴（欠失、重複、転座、環状染色体など）をまとめたもので、これらを総合してその個体や細胞の染色体の状態を示す。

核型の作成・解析は、細胞の形態学と遺伝学を融合する学問である細胞遺伝学の中心的手法であり、遺伝性疾患の診断、産科検査、がんの分類や治療方針決定、進化生物学的研究など幅広い応用がある。

個人や体細胞（体細胞）の基本的な染色体数は体細胞数といい、2nと表記される。したがってヒトでは2n=46本（46本の染色体を持つ）であり、性別は通常46,XX（女性）または46,XY（男性）と表記される。性細胞では染色体数がn（ヒトではn=23）となる。

一般に、正常な多くの動植物は二倍体であり、染色体は対になって存在するが、多倍体（3倍体、4倍体など）や単相（ハプロイド）の種もある。核型解析は、これらの倍数性の判定にも用いられる。核型解析はまた、モザイク（同一個体に異なる核型を持つ細胞群が混在）や体細胞獲得の変化（腫瘍細胞など）を検出することができる。

核型の作成方法（標準的プロセス）

核型解析は実験室で次のような手順で行われることが一般的である：

• 検体採取：末梢血、骨髄、臍帯血、羊水（羊水穿刺）、絨毛（絨毛膜羊膜検査：CVS）や腫瘍組織など。
• 培養：細胞を短期間培養して分裂を促す（必要に応じて刺激物を添加）。
• 分裂停止：有糸分裂の中期（染色体が最もよく観察できる）でコルヒチンなどにより分裂を停止させる。
• 膨張処理：低張液（例：KCl溶液）で細胞を膨張させ、染色体をばらして広げる。
• 固定とスライド作製：メタノール・酢酸などで固定し、スライドに展開する。
• 染色とバンド形成：ギムザ染色によるGバンド（最も一般的）、Cバンド、Rバンド、Qバンドなどでバンドパターンを作る。さらに詳細解析には蛍光in situハイブリダイゼーション（FISH）やスペクトル核型解析（SKY）を行う。
• 撮影と配列化：マイクロ写真を取って染色体を長さとセントロメア位置で整列させ、カリオグラム（またはイディオグラム）を作成する。

主要な解析技術とそれぞれの特徴

• 標準染色体核型解析（Gバンド）：全染色体の大まかな構造（転座、欠失、重複、数的異常）を顕微鏡レベルで検出。通常の分解能は数メガベース（Mb）オーダー（約5–10 Mb以上）。
• FISH（蛍光in situハイブリダイゼーション）：特定の遺伝子や染色体領域を標的にしてより高感度で検出。数百キロベース（kb）レベルの領域を見つけることができ、特に微小欠失や特定転座の確認に有用。
• 比較ゲノムハイブリダイゼーション（array CGH）／マイクロアレイ：全ゲノムのコピー数変化（CNV）を高解像度で評価。バランスの取れた転座は検出できない点に注意。
• 次世代シーケンシング（NGS）ベースの方法：塩基レベルで欠失や重複、融合遺伝子の検出が可能。深度配列解析や構造変異解析を組み合わせることで、従来の核型では見えない微小な異常も検出できる。
• スペクトル核型（SKY）/マルチカラーFISH：各染色体を異なる色で染め分け、複雑な染色体再配列を視覚的に把握するのに有効。

核型の表記法と解釈

染色体の表記は国際的基準（ISCN: International System for Human Cytogenomic Nomenclature）に従って行う。代表的な表記例：

• 46,XX：正常女性の核型（46本の染色体、XX）。
• 47,XX,+21：ダウン症（21トリソミー）。
• 46,XY,del(5)(p15.3)：染色体5の短腕（p）の15.3領域に欠失がある男性。
• 46,XX,t(9;22)(q34;q11)：9番染色体と22番染色体の長腕間での転座（フィラデルフィア染色体：慢性骨髄性白血病に関連）。

臨床応用と実例

• 産科・産前診断：羊水検査やCVSで胎児の核型を調べ、トリソミーや染色体異常を検出する。非侵襲的出生前検査（NIPT）は母体血中の胎児由来DNAを解析しスクリーニングするが、確定診断には核型解析やFISHが必要な場合がある。
• 小児科・遺伝相談：先天性奇形、発達遅滞や知的障害の原因検索として、核型解析やマイクロアレイが用いられる。
• 不妊・流産原因検索：反復流産や不妊の原因として両親や流産組織の染色体異常（バランス転座など）を調べる。
• 腫瘍診断・治療方針：白血病やリンパ腫などでは特定の転座（例：t(9;22)）が診断や予後、標的療法選択に直結する。
• 進化・分類学の研究：種間の染色体構造の比較から進化史や倍数化（ポリプロイド）の痕跡を探ることができる（古い進化イベントの推定など）。

限界と注意点

• 標準的な顕微鏡での核型解析は解像度の限界があり、微小欠失や微小重複（数kb〜数百kb）は検出できないことがある。こうした変化はarray CGHやNGSで検出される。
• 逆に、array CGHはコピー数変化を高い解像度で検出するが、均衡型転座（コピー数の変化を伴わない転座）やモノマー的な再配列は検出できないため、必要に応じてFISHや標準核型解析を併用することが重要である。
• 核型の異常が必ずしも臨床症状を意味するわけではなく、変異の臨床的意義を判断するためには遺伝カウンセリングと家族歴、追加検査が必要である。
• 検査の解釈には標準化された表記法（ISCN）と専門知識が求められるため、結果は遺伝専門医や臨床検査技師とともに説明を受けるべきである。

まとめ

核型（カリオタイプ）は、染色体の数的・構造的情報を示す重要な遺伝学的指標であり、臨床診断、がん研究、進化学など多方面で不可欠なツールである。現代ではGバンド核型解析に加え、FISH、マイクロアレイ、NGSなどの分子技術を組み合わせることで、より高精度な染色体異常の検出と解釈が可能になっている。

なお、染色体や核型に関する検査を受ける際は、検査の目的・利点・限界・倫理的側面を理解した上で、遺伝カウンセリングを受けることが推奨される。

質問と回答

Q:核型とは何ですか?

Q: 細胞遺伝学とは何ですか?

Q:体細胞数とは何ですか?

Q:通常の2倍体の生物には、何本あるのですか?

Q:核磁気共鳴画像（カリオグラム）は何を示すのですか?

Q:核型は、どのようにして過去の進化の過程を知ることができるのでしょうか?

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