ЦИТОГЕНЕТИКА: ИСТОРИЯ, ЧТО ИЗУЧАЕТ, МЕТОДЫ, ПРИМЕНЕНИЕ - БИОЛОГИЯ - 2025

Цитогенетического является изучение морфологии, структуры и функции хромосом, в том числе их изменения во время соматического клеточного деления, или митоза, а также во время деления репродуктивной клетки или мейоза.

Цитология также изучает факторы, вызывающие хромосомные изменения, в том числе патологические, возникающие от одного поколения к другому, и эволюционные, которые действуют на протяжении многих поколений.

Источник: pixabay.com

история

Памятные годы и события в истории цитогенетики следующие:

- В 1842 году Карл Вильгельм фон Нагели наблюдал «временные стволовые клетки», позже названные хромосомами.

- В 1875 году Эдуард Страсбургер идентифицировал хромосомы у растений. В 1979 году Вальтер Флемминг сделал это на животных. Флемминг ввел термины хроматин, профаза, метафаза, анафаза и телофаза.

- В 1888 году В. Валдейер ввел термин «хромосома».

- В 1893 году Оскар Хертвиг ​​опубликовал первый текст по цитогенетике.

- В 1902 году Теодор Бовери и Уолтер Саттон открыли гомологичные хромосомы.

- В 1905 году Нетти Стивенс определила Y-хромосому.

- В 1937 году Альберт Блейксли и А.Г. Эйвери остановили метафазу с помощью колхицина, что значительно облегчило наблюдение за хромосомами.

- В 1968 году Торбьорн Касперссон и др. Описали полосы Q. В 1971 году Бернар Датрилло и Джером Лежен описали полосы R.

- В 1971 году С-диапазоны обсуждались на конференции по номенклатуре хромосом человека.

- В 1975 г. С. Goodpasture и С. Е. Блум описали окрашивание Ag-NOR.

- В 1979 году Хорхе Юнис описал методы высокого разрешения для G-диапазонов.

- В 1986–1988 годах Дэниел Пинкель и Джо Грей разработали методику FISH (флуоресцентная гибридизация in situ).

- В 1989 году Герман - Йозеф Людеке микродиссектировал хромосомы.

- В 1996 году Эвелин Шрек и Томас Рид описали мультихроматическое спектральное кариотипическое типирование.

Открытия в людях

В 1914 году Теодор Бовери предположил, что рак может быть вызван хромосомными изменениями. В 1958 году Чарльз Э. Форд наблюдал хромосомные аномалии при лейкемии.

В 1922 году Теофил Пейнтер опубликовал, что у человека 48 хромосом. До 1956 года Джо Хин Тьо и Альберт Леван установили, что у них на самом деле 46 хромосом.

В 1932 году П. Дж. Ваарденбург предположил, не доказывая этого, что синдром Дауна может быть результатом хромосомной аберрации. В 1959 году Жером Лежен продемонстрировал наличие экстрасоматической хромосомы у пациентов с синдромом Дауна.

Также в 1959 году Чарльз Э. Форд сообщил, что у женщин с синдромом Тернера отсутствует одна из двух Х-хромосом, в то время как Патрисия Джейкобс и Джон Стронг обнаружили наличие дополнительной Х-хромосомы у мужчин с синдромом Клайнфельтера.

В 1960 году JA Böök и Berta Santesson описали триплоидию, Клаус Патау описал трисомию 13, а Джон Эдвардс описал трисомию 18.

В 1969 году Герберт Лабс впервые обнаружил синдром ломкой Х-хромосомы. В том же году амниоцентез стали использовать для цитогенетической диагностики.

Область исследования

Цитогенетики изучают хромосомную эволюцию живых существ, используя кариотипы для филогенетического анализа и решения таксономических проблем.

Кроме того, они исследуют эпидемиологические аспекты хромосомных аберраций человека и факторы окружающей среды, которые их вызывают, диагностируют и лечат пациентов, страдающих хромосомными аномалиями, и разрабатывают молекулярные подходы к расшифровке структуры, функции и эволюции хромосом.

Морфология хромосом

Каждая хромосома состоит из двух хроматид, удерживаемых вместе узлом, называемым центромерой. Участки хромосомы, начинающиеся от центромеры, называются плечами.

Хромосомы называются метацентрическими, если в их середине находится центромера; субметацентрические, если у них он немного отстоит от середины, так что противоположные рукава не равной длины; акроцентрический, если центромера близка к одной из крайностей; и телоцентрический, если центромера находится только на одном конце хромосомы.

Методы: обработка образцов

Шаги, которые необходимо предпринять для обработки образцов, следующие.

Получение образца

Получение необходимой ткани, хранение ее в среде и в подходящих флаконах.

культура

За исключением образцов для анализа FISH, перед сбором урожая требуется период культивирования от одного дня до нескольких недель.

Промысловые

Это получение клеток в метафазе.

Остановка митоза

Стандартный цитогенетический анализ требует остановки митоза, чтобы клетки оставались в метафазе, с использованием колхицина или колцемида.

Гипотоническое лечение

Он увеличивает объем клеток, что позволяет хромосомам расширяться.

фиксация

Метанол - уксусная кислота 3: 1 используется для удаления воды из клеток, упрочнения мембран и хроматина для окрашивания.

Подготовка листа

Фиксированные клетки распределяют на предметных стеклах микроскопа, после чего сушат.

Окрашивание хромосом

Существует несколько методов окрашивания для распознавания различий между хромосомами. Самый распространенный - G.

Микроскопический анализ

Позволяет выбрать подходящие клетки для наблюдения и фотографирования хромосом.

Подготовка кариограмм

На основе фотографий клеток в метафазе составляются изображения набора хромосом репрезентативной клетки для дальнейшего изучения.

Хромосомные полосы

Есть четыре типа хромосомных полос: гетерохроматические полосы; эухроматические полосы, области, организующие ядрышко (ЯОР); Кинетохоры.

Гетерохроматические полосы выглядят как отдельные блоки. Они соответствуют гетерохроматину, который содержит очень повторяющиеся последовательности ДНК, которые представляют обычные гены и не деконденсируются на границе раздела.

Евхроматические полосы состоят из серии чередующихся сегментов, которые окрашиваются или не подвергаются окрашиванию. Эти полосы различаются по размеру, образуя характерные узоры, характерные для каждой пары хромосом вида, что делает их очень полезными для идентификации хромосомных транслокаций и перестроек.

ЯОР - это те сегменты хромосом, которые содержат сотни или тысячи генов рибосомной РНК. Обычно они визуализируются как сужения.

Кинетохоры - это сайты связывания веретена микротрубочек с хромосомами.

Окрашивание хромосомной ленты

Построение полос хромосом состоит из методов окрашивания, которые выявляют образцы продольной дифференциации (светлые и темные области), которые иначе нельзя было бы увидеть. Эти паттерны позволяют сравнивать разные виды и изучать эволюционные и патологические изменения на хромосомном уровне.

Способы определения полос хромосом делятся на те, которые используют поглощающее окрашивание, обычно пигменты Гимзы, и те, которые используют флуоресценцию. Методы абсорбционного окрашивания требуют предварительной физико-химической обработки, как описано в разделе «Обработка образцов».

Некоторые типы полос позволяют свидетельствовать о паттернах ограниченных участков хромосом, связанных с функциональными свойствами. Другие позволяют визуализировать различия между гомологичными хромосомами, что позволяет идентифицировать сегменты.

C группы

Полоса C окрашивает большинство гетерохроматических полос, что делает ее универсальным методом для выявления присутствия гетерохроматина в хромосомах. Другие методы окрашивают только часть общего гетерохроматина, что делает их более полезными, чем C-бэндинг, для различения типов гетерохроматина.

Q диапазоны

Q-banding - самый старый метод окрашивания. Своим названием он обязан использованию хинакрина. Он эффективен независимо от метода подготовки хромосом. Это альтернативный метод обвязки G. Он редко используется, но его надежность делает его полезным, когда материала мало или его трудно обвязать.

Группы G

G-диапазон, основанный на использовании Гимзы и трипсина, сегодня наиболее широко используется. Это позволяет обнаруживать транслокации, инверсии, делеции и дупликации. Это наиболее часто используемый метод для характеристики кариотипов позвоночных, позволяющий выявить различия между хромосомами, которые нельзя различить только по их морфологии.

Полосы R

Полосы R создают обратную картину окрашивания по сравнению с полосами G (светлые полосы R равны темным полосам G и наоборот). Полоса R особенно полезна для выделения концов хромосом, которые слегка окрашиваются при использовании полосы G.

Т-полосы

Т-полоса представляет собой вариант R-полосы, в которой отсутствует окрашивание большей части интерстициальных полос хромосом, так что концевые области хромосом сильно окрашиваются.

Группы Ag-NOR

Полоса Ag-NOR используется для определения местоположения NOR путем окрашивания серебром. При связывании Ag-NOR неактивные гены NOR могут не окрашиваться. Таким образом, это бэндинг используется для изучения изменений активности рибосомных генов во время гаметогенеза и эмбрионального развития.

Флуоресцентная гибридизация in situ (FISH)

Бэндинг FISH позволяет визуализировать хромосомы с помощью флуоресцентно меченных зондов. Технология FISH позволяет проводить кариотипический анализ неделящихся клеток.

FISH-бэндинг позволяет обнаруживать специфические последовательности ДНК в хромосомах, клетках и тканях. Следовательно, его можно использовать для обнаружения хромосомных аномалий, затрагивающих небольшие сегменты ДНК.

Бэндинг FISH проложил путь к двум более сложным связанным методам, известным как спектральное кариотипирование (SKY) и многоцветное FISH (M-FISH).

В SKY и M-FISH используются флуоресцентные красители, которые вместе создают комбинации цветов, по одному для каждой хромосомы. Эти методы оказались очень полезными при обнаружении сложных хромосомных аберраций, таких как те, которые наблюдаются при некоторых опухолях и при остром лимфобластном лейкозе.

Медицинские приложения

- Цитогенетика рака. Хромосомные аберрации и анеуплоидии часто встречаются в опухолях. Хромосомные транслокации могут иметь канцерогенные эффекты за счет образования гибридных белков. Цитогенетика используется для наблюдения за ходом лечения рака.

- Хрупкие участки и перелом хромосом. Хрупкие участки хромосом могут привести к таким патологиям, как синдром ломкой Х-хромосомы. Воздействие цитотоксических агентов может вызвать перелом хромосомы. Носители определенных аутосомных мутаций не способны восстанавливать ДНК, поврежденную во время перелома хромосомы.

- Численные аномалии хромосом. Подсчет хромосом может диагностировать трисомии, такие как та, которая вызывает синдромы Дауна, Эдвардса и Патау. Он также позволяет диагностировать синдромы Тернера и Клайнфельтера.

- При хроническом миелолейкозе белые кровяные тельца имеют «филадельфийскую хромосому». Эта аномальная хромосома является результатом транслокации хромосом 9 и 22.

Ссылки

1. Эбботт, Дж. К., Норден, А. К., Ханссон, б. 2017. Эволюция половых хромосом: исторические взгляды и перспективы на будущее. Труды Королевского общества B, 284, 20162806.
2. Cregan, ERC 2008. Все о митозе и мейозе. Издательство «Созданные учителем материалы», Хантингтон-Бич, Калифорния.
3. Герсен, С.Л., Кигл, МБ, ред. 2013. Принципы клинической цитогенетики. Спрингер, Нью-Йорк.
4. Gosden, JR, ed. 1994. Методы молекулярной биологии, Том 29. Протоколы хромосомного анализа. Humana Press, Тотова, Нью-Джерси
5. Хьюз, Дж. Ф., Пейдж, округ Колумбия, 2015 г. Биология и эволюция Y-хромосом млекопитающих. Ежегодный обзор генетики, 49, 22.1–22.21.
6. Каннан, Т.П., Алви, З.Б. 2009. Цитогенетика: прошлое, настоящее и будущее. Малазийский журнал медицинских наук, 16, 4–9.
7. Лоус, Х.Дж., Браун, М.Г. 2017. Цитогенетика: обзор. В: Лабораторное руководство по цитогенетике AGT, четвертое издание. Аршам, М.С., Барч, М.Дж., Лоус, Г.Дж., ред. Вили, Нью-Йорк.
8. Сакердо, К., Луи, А., Бон, К., Бертло, К., Кроллиус, HR 2018. Хромосомная эволюция в происхождении генома предковых позвоночных. Геномная биология, 19, 166.
9. Шуберт, И. 2007. Хромосомная эволюция. Текущее мнение в биологии растений, 10, 109-115.
10. Шульц-Шеффер, Дж. 1980. Цитогенетика - растения, животные, люди. Спрингер-Верлаг, Нью-Йорк.