ЦИТОГЕНЕТИКА: ИСТОРИЯ, КАКВО ИЗУЧАВА, ТЕХНИКИ, ПРИЛОЖЕНИЯ - БИОЛОГИЯ - 2025

В цитогене е изследване на морфологията, структурата и функцията на хромозоми, включително техните промени по време на соматични клетки разделяне, или митоза, и по време на разделяне репродуктивна клетка, или мейоза.

Цитологията също така изучава факторите, които причиняват хромозомни промени, включително патологичните, които се появяват от едно поколение на друго, и еволюционните, които действат в продължение на много поколения.

Източник: pixabay.com

история

Паметните години и събития в историята на цитогенетиката са както следва:

- През 1842 г. Карл Вилхелм фон Нагели наблюдава „преходни стволови клетки“, наречени по-късно хромозоми.

- През 1875 г. Едуард Страсбург идентифицира хромозомите в растенията. През 1979 г. Уолтър Флеминг го прави при животни. Flemming въвежда термините хроматин, профаза, метафаза, анафаза и телофаза.

- През 1888 г. У. Уолдейър въвежда термина хромозома.

- През 1893 г. Оскар Хертуиг публикува първия текст за цитогенетиката.

- През 1902 г. Теодор Бовери и Уолтър Сътън откриват хомоложни хромозоми.

- През 1905 г. Нети Стивънс идентифицира Y хромозомата.

- През 1937 г. Алберт Блексли и АГ Ейвъри спряха метафазата с колхицин, което значително улеснява наблюдението на хромозомите.

- През 1968 г. Торбьорн Касперсон и сътрудници описват групите Q. През 1971 г. Бернар Дюрио и Джером Лежон описват R лентите.

- През 1971 г. С-лентите бяха обсъдени на конференция за номенклатурата на човешката хромозома.

- През 1975 г. C. Goodpasture и SE Bloom описват оцветяване с Ag-NOR.

- През 1979 г. Хорхе Юнис описва методите с висока разделителна способност за G групи.

- През 1986-1988 г. Даниел Пинкел и Джо Грей разработиха техниката FISH (флуоресцентна in situ хибридизация).

- През 1989 г. микродисектирани хромозоми на Hermann - Josef Lüdecke.

- През 1996 г. Евелин Шрьок и Томас Рийд описват многохроматичен спектрален кариотипичен тип.

Открития при хората

През 1914 г. Теодор Бовери предполага, че ракът може да се дължи на хромозомни промени. През 1958 г. Чарлз Е. Форд наблюдава хромозомни аномалии по време на левкемия.

През 1922 г. Теофил Пейнтър публикува, че хората имат 48 хромозоми. До 1956 г. на Джо Хин Тьо и Алберт Леван бяха необходими, за да установят, че всъщност имат 46 хромозоми.

През 1932 г. П. Дж. Ваарденбург предполага, без да го доказва, че синдромът на Даун може да бъде резултат от хромозомна аберация. През 1959 г. Jerome Lejeune демонстрира наличието на допълнителна соматична хромозома при пациенти със синдром на Даун.

Също през 1959 г. Чарлз Е. Форд съобщава, че при жените със синдром на Търнър липсва една от двете Х хромозоми, докато Патриша Джейкъбс и Джон Стронг откриват наличието на допълнителна Х хромозома при мъже със синдром на Клайнфелтер.

През 1960 г. Дж. А. Бьок и Берта Сантесон описват триплоидия, Клаус Патау описва тризомия 13, а Джон Едуардс описва тризомия 18.

През 1969 г. Хърбърт Лубс за първи път открива синдрома на Fragile X. Същата година амниоцентезата започва да се използва за цитогенетична диагностика.

Област на обучение

Цитогенетиците изучават хромозомната еволюция на живите същества, като използват кариотипи за филогенетичен анализ и решаване на таксономични проблеми.

В допълнение те изследват епидемиологичните аспекти на човешките хромозомни аберации и факторите на околната среда, които ги произвеждат, диагностицират и лекуват пациенти, засегнати от хромозомни аномалии, и разработват молекулярни подходи за дешифриране на структурата, функцията и еволюцията на хромозомите.

Хромозомна морфология

Всяка хромозома е съставена от две хроматиди, държани заедно от стеснение, наречено центромер. Секциите на хромозомата, които започват от центромера, се наричат ​​оръжие.

Хромозомите се наричат ​​метацентрични, когато имат центромер в средата си; субметацентрични, ако го имат малко настрани от средата, така че противоположните рамена да не са с еднаква дължина; акроцентричен, ако центромерът е близо до една от крайностите; и телоцентричен, ако центромерът е само в единия край на хромозомата.

Техники: обработка на проби

Стъпките, които трябва да предприемете за обработка на пробите, са следните.

Получаване на пробата

Придобиване на необходимата тъкан, съхраняването й в средата и в подходящи флакони.

култура

С изключение на проби за анализ на FISH, се изисква период на култивиране между един ден и няколко седмици преди прибиране на реколтата.

Реколтирани

Това е получаването на клетки в метафаза.

Спиране на митозата

Стандартният цитогенетичен анализ изисква спиране на митозата, така че клетките да останат в метафаза, като се използва колхицин или Colcemid®.

Хипотонично лечение

Той увеличава обема на клетките, което позволява хромозомите да се разширяват.

фиксиране

3: 1 метанол - оцетна киселина се използва за отстраняване на вода от клетките, втвърдяване на мембраните и хроматин за оцветяване.

Подготовка на листа

Фиксираните клетки се разпространяват върху микроскопски слайдове, след което се сушат.

Оцветяване с хромозома

Има няколко метода за оцветяване за разпознаване на разликите между хромозомите. Най-често срещаният е G.

Микроскопски анализ

Позволява ви да изберете подходящи клетки за наблюдение и фотографиране на хромозоми.

Приготвяне на кариограми

Въз основа на фотографии на клетки в метафаза, са съставени изображения от набора от хромозоми на представителна клетка за по-късно изследване.

Хромозомни ленти

Има четири типа хромозомни ленти: хетерохроматични ленти; еухроматични ленти, региони, организиращи нуклеолите (NORs); kinetochores.

Хетерохроматичните ленти се появяват като отделни блокове. Те съответстват на хетерохроматин, който съдържа силно повтарящи се последователности на ДНК, които представляват конвенционални гени и не се декондензират на интерфейса.

Евхроматичните ленти се състоят от поредица от редуващи се сегменти, които са или не са засегнати от оцветяване. Тези ленти се различават по размер, образувайки отличителни модели, характерни за всяка двойка хромозоми от даден вид, което ги прави много полезни за идентифициране на хромозомни транслокации и пренастройки.

НОР са онези сегменти на хромозомите, които съдържат стотици или хиляди рибозомни РНК гени. Те обикновено се визуализират като стеснения.

Кинетохорите са местата на свързване на вретеното на микротубулата към хромозомите.

Оцветяване на хромозомни ленти

Хромозомното оформяне се състои от техники за оцветяване, които разкриват модели на надлъжна диференциация (светли и тъмни участъци), които не могат да се видят по друг начин. Тези модели позволяват да се сравняват различни видове и да се изследват еволюционните и патологичните промени на ниво хромозома.

Методите за хромиране на хромозоми са разделени на тези, които използват абсорбционно оцветяване, обикновено Giemsa пигменти, и тези, които използват флуоресценция. Методите за оцветяване на абсорбцията изискват предварително физико-химично третиране, както е описано в "Обработка на проби".

Някои видове превръзки позволяват доказателство за модели на ограничени региони на хромозоми, свързани с функционални свойства. Други позволяват визуализирането на разликите между хомоложните хромозоми, които дават възможност за идентифициране на сегменти.

C ленти

С-лентата оцветява повечето хетерохроматични ленти, което го прави универсалната техника за показване присъствието на хетерохроматин в хромозоми. Други методи оцветяват само част от общия хетерохроматин, което ги прави по-полезни от С-лентите за разграничаване между видовете хетерохроматин.

Q диапазони

Q-лентирането е най-старата техника за оцветяване. Дължи името си на употребата на хинакрин. Той е ефективен независимо от метода за приготвяне на хромозоми. Той е алтернативен метод на лентата на G. Той рядко се използва, но неговата надеждност го прави полезен, когато материалът е оскъден или труден за обвързване.

G групи

G-лентата, базирана на използването на Giemsa и трипсин, е най-използваната днес. Той позволява откриване на преместване, инверсия, изтриване и дублиране. Това е най-използваният метод за характеризиране на кариотипове при гръбначни животни, показващ разлики между хромозоми, които не могат да бъдат разграничени въз основа само на тяхната морфология.

R ленти

R лентата създава обратен модел на оцветяване по отношение на G лентата (светлите R ленти са равни на тъмните G ленти и обратно). R лентата е особено полезна за подчертаване на краищата на хромозомите, които са леко оцветени, когато се използва G лентата.

Т ленти

Т лентата е вариант на R лентата, в която няма оцветяване на повечето интерстициални ленти на хромозомите, така че крайните участъци на хромозомите са силно оцветени.

Ag-NOR групи

Ag-NOR лентата се използва за локализиране на NOR чрез оцветяване на сребро. При свързване на Ag-NOR неактивните гени на NOR може да не бъдат оцветени. Следователно тази лента се използва за изследване на промените в активността на рибозомните гени по време на гаметогенезата и ембрионалното развитие.

Флуоресцентна in situ хибридизация (FISH)

FISH лентата позволява хромозомите да бъдат визуализирани с помощта на флуоресцентно маркирани сонди. Технологията FISH позволява кариотипичен анализ на клетки, които не се делят.

FISH лентата позволява откриване на специфични последователности на ДНК в хромозоми, клетки и тъкани. Следователно, той може да се използва за откриване на хромозомни аномалии, които включват малки сегменти от ДНК.

FISH лентата проправи пътя за две по-сложни свързани техники, известни като спектрално кариотипизиране (SKY) и многоцветни FISH (M-FISH).

В SKY и M-FISH се използват флуоресцентни багрила, които заедно произвеждат комбинации от цветове, по един за всяка хромозома. Тези техники са били много полезни при откриване на сложни хромозомни аберации, като тези, наблюдавани при определени тумори и при остра лимфобластна левкемия.

Медицински приложения

- Цитогенетика на рака. Хромозомните аберации и анеуплоидиите са често срещани при тумори. Хромозомните транслокации могат да имат канцерогенни ефекти чрез производството на слети протеини. Цитогенетика се използва за наблюдение на напредъка на лечението на рака.

- Чупливи места и фрактури на хромозоми. Крехките хромозомни места могат да доведат до патологии като синдром на Fragile X. Излагането на цитотоксични агенти може да причини фрактура на хромозомата. Носителите на определени автозомни мутации нямат способността да възстановяват увредената по време на хромозома фрактура на ДНК.

- Числени аномалии на хромозомите. Броят на хромозомите може да диагностицира тризомии, като тази, която причинява синдроми на Даун, Едуардс и Патау. Също така позволява диагностицирането на синдромите на Търнър и Клайнфелтер.

- При хронична миелогенна левкемия белите кръвни клетки имат „Филаделфия хромозома”. Тази анормална хромозома е резултат от транслокацията на хромозоми 9 и 22.

Препратки

1. Abbott, JK, Nordén, AK, Hansson, B. 2017. Еволюция на половата хромозома: исторически прозрения и бъдещи перспективи. Proceedings of the Royal Society B, 284, 20162806.
2. Креган, ERC 2008. Всичко за митозата и мейозата. Издаване на материали, създадени от учители, Хънтингтън Бийч, Калифорния.
3. Герсен, SL, Keagle, MB, eds. 2013. Принципите на клиничната цитогенетика. Спрингер, Ню Йорк.
4. Госден, JR, изд. 1994. Методи в молекулярната биология, том 29. Протоколи за анализ на хромозоми. Humana Press, Totowa, NJ
5. Hughes, JF, Page, DC 2015. Биологията и еволюцията на Y хромозомите на бозайниците. Годишен преглед на генетиката, 49, 22.1–22.21.
6. Kannan, TP, Alwi, ZB 2009. Цитогенетика: минало, настояще и бъдеще. Малайзийско списание за медицински науки, 16, 4–9.
7. Lawce, HJ, Brown, MG 2017. Цитогенетика: преглед. В: Наръчник за цитогенетика на AGT, четвърто издание. Arsham, MS, Barch, MJ, Lawce, HJ, eds. Уайли, Ню Йорк.
8. Sacerdot, C., Louis, A., Bon, C., Berthelot, C., Crollius, HR 2018. Еволюция на хромозомите в началото на генома на предшествените прешлени. Геномна биология, 19, 166.
9. Schubert, I. 2007. Еволюция на хромозомите. Текущо становище в биологията на растенията, 10, 109-115.
10. Schulz-Schaeffer, J. 1980. Цитогенетика - растения, животни, хора. Springer-Verlag, Ню Йорк.