CITOGENETIKA: ISTORIJA, KĄ JI TIRIA, METODAI, PRITAIKYMAI - BIOLOGIJA - 2025

Citogenetinis yra morfologija, struktūra ir funkcijos chromosomos, įskaitant jų pokyčius per somatinių ląstelių dalijimąsi, arba mitozės tyrimas, ir reprodukcinės ląstelės dalijimosi arba mejozės metu.

Citologija taip pat tiria veiksnius, sukeliančius chromosomų pokyčius, įskaitant patologinius, atsirandančius iš kartos į kartą, ir evoliucinius, kurie veikia per daugelį kartų.

Šaltinis: pixabay.com

Istorija

Įsimintini metai ir įvykiai citogenetikos istorijoje yra šie:

- 1842 m. Karlas Vilhelmas von Nägeli stebėjo „laikinas kamienines ląsteles“, vėliau vadinamas chromosomomis.

- 1875 m. Eduardas Strasburgeris nustatė augalų chromosomas. 1979 m. Waltheris Flemmingas tai padarė su gyvūnais. Flemmingas sukūrė terminus chromatinas, profazė, metafazė, anafazė ir telofazė.

- 1888 m. W. Waldeyeris sukūrė terminą chromosoma.

- 1893 m. Oscaras Hertwigas paskelbė pirmąjį citogenetikos tekstą.

- 1902 m. Teodoras Boveri ir Walteris Suttonas atrado homologines chromosomas.

- 1905 m. Nettie Stevens nustatė Y chromosomą.

- 1937 m. Albertas Blakeslee ir AG Avery sustabdė metafazę kolchicinu, labai palengvindami chromosomų stebėjimą.

- 1968 m. Torbjörn Caspersson ir kt. Apibūdino Q juostas, 1971 m. Bernardas Dutrillaux ir Jerome'as Lejeune aprašė R grupes.

- 1971 m. C juostos buvo aptartos konferencijoje apie žmogaus chromosomų nomenklatūrą.

- 1975 m. C. Goodpasture ir „SE Bloom“ aprašė „Ag-NOR“ dažymą.

- 1979 m. Jorge Yunis aprašė G juostų didelės skiriamosios gebos metodus.

- 1986–1988 m. Danielis Pinkelis ir Joe Gray sukūrė FISH (fluorescencinės in situ hibridizacijos) metodą.

- 1989 m. Hermannas - Josefas Lüdecke'as mikrodiskretavo chromosomas.

- 1996 m. Evelyn Schröck ir Thomas Ried aprašė daugiakromatinius spektrinius kariotipinius tipus.

Žmonių atradimai

1914 m. Teodoras Boveri pasiūlė, kad vėžys gali atsirasti dėl chromosomų pokyčių. 1958 m. Charlesas E. Fordas pastebėjo chromosomų anomalijas leukemijos metu.

1922 m. Theophilus Painter paskelbė, kad žmonės turi 48 chromosomas. Jo Hino Tjio ir Alberto Levano nustatymas, kad jie iš tikrųjų turi 46 chromosomas, užtruko iki 1956 m.

1932 m. PJ Waardenburgas, neįrodydamas, pasiūlė, kad Dauno sindromas gali būti chromosomų aberacijos rezultatas. 1959 m. Jerome'as Lejeune'as pademonstravo papildomą somatinę chromosomą pacientams, sergantiems Dauno sindromu.

Taip pat 1959 m. Charlesas E. Fordas pranešė, kad Turnerio sindromu sergančioms moterims trūksta vienos iš dviejų X chromosomų, o Patricia Jacobs ir Johnas Strongas atrado papildomą X chromosomą vyrams, sergantiems Klinefelterio sindromu.

1960 m. JA Böök ir Berta Santesson aprašė triploidiją, Klausas Patau aprašė 13-ąją trisomiją, o Johnas Edwardsas - 18-ąją trisomiją.

1969 m. Herbertas Lubsas pirmą kartą atrado Fragile X sindromą. Tais pačiais metais amniocentezė buvo pradėta naudoti citogenetinei diagnozei nustatyti.

Studijų sritis

Citogenetikai tiria chromosominę gyvų daiktų evoliuciją, naudodami kariotipus, kad atliktų filogenetinę analizę ir išspręstų taksonomines problemas.

Be to, jie tiria žmonių chromosomų aberacijų epidemiologinius aspektus ir juos sukeliančius aplinkos veiksnius, diagnozuoja ir gydo pacientus, paveiktus chromosomų anomalijų, ir kuria molekulinius metodus, kaip iššifruoti chromosomų struktūrą, funkcijas ir evoliuciją.

Chromosomų morfologija

Kiekviena chromosoma yra sudaryta iš dviejų chromatidžių, kurias kartu laiko sutraukimas, vadinamas centrometru. Chromosomos sekcijos, kurios prasideda nuo centro, vadinamos rankomis.

Chromosomos vadinamos metacentrinėmis, kai jų viduryje yra centromeras; submetacentriniai, jei jie yra šiek tiek nutolę nuo vidurio, kad priešingos rankos nebūtų vienodo ilgio; akrocentrinis, jei centromeras yra arti vieno kraštutinumo; ir telocentrinis, jei centromeras yra tik viename chromosomos gale.

Metodai: mėginių apdorojimas

Mėginių apdorojimo veiksmai yra šie.

Mėginio gavimas

Reikalingo audinio gavimas, laikymas terpėje ir tinkamuose buteliukuose.

Kultūra

Išskyrus FISH analizei skirtus mėginius, prieš derliaus nuėmimą būtina kultivuoti nuo vienos dienos iki kelių savaičių.

Derlius

Tai ląstelių gavimas metafazėje.

Sustabdyti mitozę

Standartinei citogenetinei analizei reikia sustabdyti mitozę, kad ląstelės liktų metafazėse, naudojant kolchiciną arba Colcemid®.

Hipotoninis gydymas

Tai padidina ląstelių tūrį, o tai leidžia išplėsti chromosomas.

Fiksacija

3: 1 metanolio ir acto rūgštis naudojama vandeniui pašalinti iš ląstelių, kietinant membranas ir chromatinui dažyti.

Lapo paruošimas

Fiksuotos ląstelės paskleistos ant mikroskopo plokštelių, po to išdžiovinamos.

Chromosomos dažymas

Yra keli dažymo būdai, kaip atpažinti skirtumus tarp chromosomų. Labiausiai paplitęs yra G.

Mikroskopinė analizė

Leidžia pasirinkti tinkamas ląsteles chromosomoms stebėti ir fotografuoti.

Kariogramų paruošimas

Remiantis metafazėje esančių ląstelių nuotraukomis, sudaromi reprezentatyvios ląstelės chromosomų rinkinio vaizdai vėlesniam tyrimui.

Chromosomų juostos

Yra keturi chromosomų juostų tipai: heterochromatinės juostos; euchromatinės juostos, branduolius organizuojantys regionai (NOR); kinetochores.

Heterochromatinės juostos pasirodo kaip atskiri blokai. Jie atitinka heterochromatiną, kuriame yra labai pasikartojančios DNR sekos, kurios reprezentuoja įprastus genus ir nėra dekondensuotos sąsajoje.

Euchromatinės juostos susideda iš daugybės kintamų segmentų, kurie yra paveikti arba nepaveikti dažymo. Šios juostos skiriasi dydžiu, sudarydamos savitus modelius, būdingus kiekvienai rūšies chromosomų porai, todėl jos yra labai naudingos nustatant chromosomų translokacijas ir persitvarkymus.

NOR yra tie chromosomų segmentai, kuriuose yra šimtai ar tūkstančiai ribosomų RNR genų. Paprastai jie vaizduojami kaip susiaurėjimai.

Kinetochoros yra mikrotubulinio verpstės jungimosi vietos prie chromosomų.

Chromosomų juostos dažymas

Chromosomų juostą sudaro dažymo būdai, kurie atskleidžia išilginės diferenciacijos modelius (šviesiuosius ir tamsius regionus), kurių kitaip nebuvo galima įžvelgti. Šie modeliai leidžia palyginti skirtingas rūšis ir tirti evoliucijos bei patologinius pokyčius chromosomų lygyje.

Chromosomų bandymo metodai yra suskirstyti į tuos, kuriuose naudojamas dažymas absorbcija, paprastai „Giemsa“ pigmentai, ir tuos, kuriuose naudojama fluorescencija. Rezorbcijos dažymo metodams reikia išankstinio fizikinio ir cheminio apdorojimo, aprašyto skyrelyje „Mėginio apdorojimas“.

Kai kurie juostų tipai leidžia įrodyti ribotų chromosomų sričių modelius, susijusius su funkcinėmis savybėmis. Kiti leidžia vizualizuoti skirtumus tarp homologinių chromosomų, leidžiančių identifikuoti segmentus.

C juostos

C juosta dažo daugiausiai heterochromatinių juostų, todėl tai yra universali technika, rodanti heterochromatino buvimą chromosomose. Kiti metodai dažo tik dalį bendrojo heterochromatino, todėl jie yra naudingesni nei C juostos, kad būtų galima atskirti heterochromatino rūšis.

Q juostos

Q juostos yra seniausia dažymo technika. Savo vardą jis skolingas dėl chinakrino vartojimo. Jis veiksmingas nepriklausomai nuo chromosomų paruošimo būdo. Tai yra alternatyvus metodas G juostoms sujungti. Jis retai naudojamas, tačiau dėl savo patikimumo jis yra naudingas, kai medžiagos trūksta arba jos sunku surišti.

G juostos

G-juosta, pagrįsta „Giemsa“ ir tripsino naudojimu, šiandien yra labiausiai naudojama. Tai leidžia aptikti perkėlimus, inversijas, ištrynimus ir dubliavimus. Tai yra labiausiai naudojamas metodas stuburinių gyvūnų kariotipams apibūdinti, parodantis chromosomų skirtumus, kurių negalima atskirti tik pagal jų morfologiją.

R juostos

R juosta sukuria atvirkštinį dažymo modelį G juostos atžvilgiu (šviesios R juostos yra lygios tamsioms G juostoms ir atvirkščiai). R juosta yra ypač naudinga norint išryškinti chromosomų galus, kurie šiek tiek nusidažo, kai naudojama G juosta.

T juostos

T-juosta yra R-juostos variantas, kuriame daugumos intersticinių chromosomų juostų dažymas nėra toks, kad chromosomų galinės sritys yra intensyviai dažomos.

„Ag-NOR“ juostos

„Ag-NOR“ juostos yra naudojamos norint nustatyti NORs sidabriniu dažymu. Ag-NOR juostoje neaktyvūs NOR genai gali būti be dažų. Todėl šis rišimas naudojamas ribosomų genų aktyvumo pokyčių tyrimui gametgenezės ir embriono vystymosi metu.

Fluorescencinė in situ hibridizacija (FISH)

FISH juosta leidžia vizualizuoti chromosomas, naudojant fluorescenciškai paženklintus zondus. FISH technologija leidžia atlikti kariotipinę ląstelių, kurios nesidalija, analizę.

FISH juostos leidžia aptikti specifines DNR sekas chromosomose, ląstelėse ir audiniuose. Todėl jis gali būti naudojamas aptikti chromosomų anomalijas, apimančias mažus DNR segmentus.

FISH juostos atvėrė kelią dviem sudėtingesniems susijusiems metodams, žinomiems kaip spektrinis kariotipas (SKY) ir daugiaspalvis FISH (M-FISH).

SKY ir M-FISH naudojami fluorescenciniai dažai, kurie kartu sukuria spalvų derinius, po vieną kiekvienai chromosomai. Šie metodai buvo labai naudingi nustatant sudėtingas chromosomų aberacijas, tokias, kaip kai kurie navikai ir ūminė limfoblastinė leukemija.

Medicinos programos

- Vėžinė citogenetika. Navikams būdingi chromosomų aberacijos ir aneuploidijos. Chromosomų translokacijos gali sukelti kancerogeninį poveikį gaminant sintezuotus baltymus. Citogenetika naudojama stebėti vėžio gydymo eigą.

- Trapios vietos ir chromosomų lūžis. Trapios chromosomų vietos gali sukelti tokias patologijas kaip Fragile X sindromas. Citotoksinių medžiagų poveikis gali sukelti chromosomų lūžius. Tam tikrų autosominių mutacijų nešiotojai nesugeba atitaisyti chromosomos lūžio metu pažeistų DNR.

- Skaitmeniniai chromosomų anomalijos. Chromosomų skaičius gali diagnozuoti trisomijas, tokias, kurios sukelia Dauno, Edvardo ir Patau sindromus. Tai taip pat leidžia diagnozuoti Turnerio ir Klinefelterio sindromus.

- Lėtinės mielogeninės leukemijos atvejais baltųjų kraujo kūnelių chromosoma yra „Filadelfija“. Ši nenormali chromosoma yra 9 ir 22 chromosomų perkėlimo rezultatas.

Nuorodos

1. Abbott, JK, Nordén, AK, Hansson, B. 2017. Lyties chromosomų raida: istorinės įžvalgos ir ateities perspektyvos. Karališkosios draugijos leidiniai, B, 284, 20162806.
2. Cregan, ERC 2008. Viskas apie mitozę ir mejozę. Mokytojų sukurta medžiagų leidyba, Huntington Beach, CA.
3. „Gersen“, SL, „Keagle“, MB, red. 2013. Klinikinės citogenetikos principai. „Springer“, Niujorkas.
4. Gosden, JR, red. 1994. Molekulinės biologijos metodai, tomas 29. Chromosomų analizės protokolai. „Humana Press“, Totowa, NJ
5. Hughesas, JF, Puslapis, DC 2015. Žinduolių Y chromosomų biologija ir evoliucija. Metinė genetikos apžvalga, 49, 22.1–22.21.
6. Kannan, TP, Alwi, ZB 2009. Citogenetika: praeitis, dabartis ir ateitis. Malaizijos medicinos mokslų žurnalas, 16, 4–9.
7. Lawce, HJ, Brown, MG 2017. Citogenetika: apžvalga. In: AGT citogenetikos laboratorijos vadovas, ketvirtasis leidimas. Arsham, MS, Barch, MJ, Lawce, HJ, red. Wiley, Niujorkas.
8. Sacerdot, C., Louis, A., Bon, C., Berthelot, C., Crollius, HR 2018. Chromosomų evoliucija protėvių stuburinių genomo ištakose. Genomo biologija, 19, 166.
9. Schubertas, I. 2007. Chromosomų evoliucija. Dabartinė nuomonė augalų biologijoje, 10, 109–115.
10. Schulz-Schaeffer, J. 1980. Citogenetika - augalai, gyvūnai, žmonės. „Springer-Verlag“, Niujorkas.