SYTOGENETIIKKA: HISTORIA, SEN TUTKIMUKSET, TEKNIIKAT, SOVELLUKSET - BIOLOGIA - 2025

Sytogeneettinen on tutkimuksen morfologia, rakenne ja toiminta kromosomien, mukaan lukien niiden muutoksia aikana somaattisten solujen jakautuminen tai mitoosin, ja aikana lisääntymis- solunjakautumisen, tai meioosia.

Sytologia tutkii myös tekijöitä, jotka aiheuttavat kromosomimuutoksia, mukaan lukien patologiset, jotka ilmenevät sukupolvelta toiselle, ja evoluutiovaiheita, jotka vaikuttavat monien sukupolvien ajan.

Lähde: pixabay.com

Historia

Sytogenetiikan historian ikimuistoiset vuodet ja tapahtumat ovat seuraavat:

- Vuonna 1842 Karl Wilhelm von Nägeli havaitsi ”ohimenevät kantasolut”, joita kutsuttiin myöhemmin kromosomeiksi.

- Vuonna 1875 Eduard Strasburger tunnisti kromosomit kasveissa. Vuonna 1979 Walther Flemming teki sen eläimillä. Flemming loi termit kromatiini, profaasi, metafaasi, anafaasi ja teofaasi.

- Vuonna 1888 W. Waldeyer loi termin kromosomi.

- Vuonna 1893 Oscar Hertwig julkaisi ensimmäisen sytogenetiikan tekstin.

- Vuonna 1902 Theodor Boveri ja Walter Sutton löysivät homologiset kromosomit.

- Vuonna 1905 Nettie Stevens tunnisti Y-kromosomin.

- Vuonna 1937 Albert Blakeslee ja AG Avery pysäyttivät metafaasin kolkisiinilla, mikä helpotti huomattavasti kromosomien havaitsemista.

- Torbjörn Caspersson ja yhteistyökumppanit kuvasivat Q-yhtyeitä vuonna 1968. Vuonna 1971 Bernard Dutrillaux ja Jerome Lejeune kuvasivat R-yhtyeitä.

- Vuonna 1971 C-vyöhykkeistä keskusteltiin ihmisen kromosominimikkeistöä käsittelevässä konferenssissa.

- Vuonna 1975 C. Goodpasture ja SE Bloom kuvasivat Ag-NOR-värjäytymistä.

- Vuonna 1979 Jorge Yunis kuvasi korkean resoluution menetelmiä G-kaistoille.

- Vuosina 1986–1988 Daniel Pinkel ja Joe Gray kehittivät FISH-tekniikan (fluoresoiva in situ -hybridisaatio).

- Vuonna 1989 Hermann - Josef Lüdecken mikroleikkautuneet kromosomit.

- Vuonna 1996 Evelyn Schröck ja Thomas Ried kuvasivat monikromaattisen spektrin karjatyyppistä tyypitystä.

Löytöjä ihmisillä

Vuonna 1914 Theodor Boveri ehdotti, että syöpä voi johtua kromosomimuutoksista. Charles 1958 havaitsi vuonna 1958 kromosomaaliset poikkeavuudet leukemian aikana.

Vuonna 1922 Theophilus Painter julkaisi, että ihmisillä on 48 kromosomia. Jo Hin Tjion ja Albert Levanin kesti vuoteen 1956 asti, jotta he todensivat, että heillä on todella 46 kromosomia.

Vuonna 1932 PJ Waardenburg ehdotti todistamatta sitä, että Downin oireyhtymä voisi olla seuraus kromosomaalisesta poikkeavuudesta. Vuonna 1959 Jerome Lejeune osoitti ylimääräisen somaattisen kromosomin esiintymisen Downin oireyhtymässä kärsivillä potilailla.

Myös vuonna 1959 Charles E. Ford kertoi, että Turnerin oireyhtymästä kärsivillä naisilla ei ole yhtä kahdesta X-kromosomista, kun taas Patricia Jacobs ja John Strong löysivät ylimääräisen X-kromosomin miehillä, joilla oli Klinefelterin oireyhtymä.

Vuonna 1960 JA Böök ja Berta Santesson kuvasivat triploidiaa, Klaus Patau kuvasi trisomia 13 ja John Edwards kuvaavat trisomia 18.

Vuonna 1969 Herbert Lubs löysi ensimmäisen kerran Fragile X -oireyhtymän. Samana vuonna amnioenteesiä käytettiin sytogeneettiseen diagnoosiin.

Opintolinja

Sytogeneetikot tutkivat elävien esineiden kromosomaalista evoluutiota käyttämällä karyotyyppejä fylogeneettisen analyysin tekemiseen ja taksonomisten ongelmien ratkaisemiseen.

Lisäksi he tutkivat ihmisen kromosomaalimuutosten epidemiologisia näkökohtia ja niitä aiheuttavia ympäristötekijöitä, diagnosoivat ja hoitavat potilaita, joihin kromosomaaliset poikkeavuudet kärsivät, ja kehittävät molekyylimenetelmiä kromosomien rakenteen, toiminnan ja evoluution selvittämiseksi.

Kromosomimorfologia

Jokainen kromosomi koostuu kahdesta kromatiidista, joita pitävät yhdessä supistus, jota kutsutaan sentromeeriksi. Kromosomin osia, jotka alkavat sentromeeristä, kutsutaan aseiksi.

Kromosomeja kutsutaan metakeskeisiksi, kun niiden keskellä on sentromeeri; submetacentric, jos niillä on se hieman etäällä keskeltä, niin että vastakkaiset varret eivät ole yhtä pitkiä; akrosentrinen, jos sentromeeri on lähellä yhtä ääripisteistä; ja telokeskeinen, jos sentromeeri on vain kromosomin yhdessä päässä.

Tekniikat: näytteen käsittely

Näytteiden käsittelyyn tarvittavat vaiheet ovat seuraavat.

Näytteen saaminen

Tarvittavan kudoksen hankkiminen, säilyttäminen alustaan ​​ja sopiviin pulloihin.

Kulttuuri

Lukuun ottamatta FISH-analyysejä varten otettuja näytteitä, ennen sadonkorjuuta tarvitaan yhden päivän ja useiden viikkojen välinen viljelyjakso.

Harvested

Se on solujen saaminen metafaasissa.

Mitoosin lopettaminen

Tavanomainen sytogeneettinen analyysi vaatii mitoosin lopettamista siten, että solut pysyvät metafaasissa kolkisiiniä tai Colcemidia® käyttämällä.

Hypotooninen hoito

Se lisää solujen määrää, mikä mahdollistaa kromosomien jatkamisen.

fiksaatio

3: 1 metanoli - etikkahappoa käytetään veden poistamiseen soluista, kalvojen kovettamiseen ja kromatiinin värjäystä varten.

Arkin valmistelu

Kiinteät solut levitetään mikroskooppilevyille, minkä jälkeen ne kuivataan.

Kromosomivärjäys

Kromosomien välisten erojen tunnistamiseksi on olemassa useita värjäysmenetelmiä. Yleisin on G.

Mikroskooppinen analyysi

Antaa sinun valita sopivia soluja tarkkailemaan ja valokuvaamaan kromosomeja.

Karyogrammien valmistelu

Metafaasissa olevien solujen valokuvien perusteella muodostetaan kuvat edustavan solun kromosomisarjasta myöhempää tutkimusta varten.

Kromosominauhat

Kromosomaalisia nauhoja on neljä tyyppiä: heterokromaattiset nauhat; eukromaattiset nauhat, nukleosia järjestävät alueet (NOR); Kinetokori.

Heterokromaattiset nauhat esiintyvät erillisinä lohkoina. Ne vastaavat heterokromatiiniä, joka sisältää erittäin toistuvia DNA-sekvenssejä, jotka edustavat tavanomaisia ​​geenejä ja jotka eivät ole kondensoituneet rajapinnalla.

Euchromaattiset nauhat koostuvat sarjasta vuorottelevia segmenttejä, joihin värjäys vaikuttaa tai joihin ei vaikuta. Nämä vyöhykkeet eroavat kooltaan, muodostaen erottuvat kuviot, jotka ovat ominaisia ​​lajien jokaiselle kromosomiparille, mikä tekee niistä erittäin hyödyllisiä kromosomaalisten translokaatioiden ja uudelleenjärjestelyjen tunnistamisessa.

NOR: t ovat kromosomisegmenttejä, jotka sisältävät satoja tai tuhansia ribosomaalisia RNA-geenejä. Ne visualisoidaan yleensä supistuksina.

Kinetokorit ovat mikrotubuluksen karan sitomiskohdat kromosomeihin.

Kromosomaalisen vyöhykkeen värjäys

Kromosominauhat koostuvat värjäystekniikoista, jotka paljastavat pitkittäisen erilaistumisen mallit (vaaleat ja tummat alueet), joita ei muuten voinut nähdä. Nämä mallit tekevät mahdolliseksi verrata erilaisia ​​lajeja ja tutkia evoluutio- ja patologisia muutoksia kromosomitasolla.

Kromosominauhoitusmenetelmät jaetaan menetelmiin, jotka käyttävät imeytymisvärjäystä, tyypillisesti Giemsa-pigmenttejä, ja niihin, jotka käyttävät fluoresenssia. Imeytymisvärjäysmenetelmät vaativat alustavan fysikaalis-kemiallisen käsittelyn, kuten kuvataan "Näytteen käsittely".

Jotkut nauhoitustyypit mahdollistavat todistuksen kromosomien rajoitettujen alueiden malleista, jotka liittyvät funktionaalisiin ominaisuuksiin. Toiset sallivat homologisten kromosomien välisten erojen visualisoinnin, mikä mahdollistaa segmenttien tunnistamisen.

C-kaistat

C-kaista värjää useimmat heterokromaattiset nauhat, mikä tekee siitä universaalin tekniikan osoittaa heterokromatiinin läsnäolo kromosomeissa. Muut menetelmät värjäävät vain osan kokonaisheterokromatiinista, mikä tekee niistä käyttökelpoisempia kuin C-kaistaleet erottamaan heterokromatiintityypit.

Q-kaistat

Q-nauhoitus on vanhin värjäystekniikka. Se velkaa nimensä kinakriinin käytöllä. Se on tehokasta kromosominvalmistusmenetelmästä riippumatta. Se on vaihtoehtoinen menetelmä G-nauhoitukselle, mutta sitä käytetään harvoin, mutta sen luotettavuus tekee siitä hyödyllisen, kun materiaalia on niukasti tai vaikeasti nauhoitettava.

G-yhtyeet

Giemsa ja trypsiinin käyttöön perustuva G-kaista on nykyään eniten käytetty. Sen avulla voidaan havaita siirrot, käännökset, poistot ja päällekkäisyydet. Se on käytetyin menetelmä selkärankaisten kariotyyppien karakterisoimiseksi, ja siinä on eroja kromosomien välillä, joita ei voida erottaa pelkästään niiden morfologian perusteella.

R-yhtyeet

R-kaistale tuottaa käänteisen värjäyskuvion G-kaistaleen suhteen (vaaleat R-kaistat vastaavat tummia G-kaistoja ja päinvastoin). R-kaista on erityisen hyödyllinen korostamalla kromosomien päitä, jotka ovat hieman värjäytyneet, kun G-kaistaa käytetään.

T bändit

T-kaista on R-kaistan variantti, jossa suurimmassa osassa kromosomien interstitiaalisista vyöhykkeistä ei ole värjäystä, siten että kromosomien terminaaliset alueet värjätään voimakkaasti.

Ag-NOR-yhtyeet

Ag-NOR-nauhoitusta käytetään NOR: ien löytämiseen hopeavärjäyksellä. Ag-NOR-kaistauksessa inaktiivisia NOR-geenejä ei välttämättä värjätä. Siksi tätä nauhoitusta käytetään tutkimaan ribosomaalisten geenien aktiivisuuden muutoksia gametogeneesin ja alkion kehityksen aikana.

Fluoresoiva in situ -hybridisaatio (FISH)

FISH-vyöhyke mahdollistaa kromosomien visualisoinnin fluoresoivasti leimattujen koettimien avulla. FISH-tekniikka mahdollistaa kariotyyppisen analyysin soluista, jotka eivät ole jakautuvia.

FISH-vyöhyke mahdollistaa spesifisten DNA-sekvenssien havaitsemisen kromosomeissa, soluissa ja kudoksissa. Siksi sitä voidaan käyttää havaitsemaan kromosomaaliset poikkeavuudet, joihin liittyy pieniä DNA-segmenttejä.

FISH-kaistaus tasoitti tietä kahdelle kehittyneemmälle tekniikalle, jotka tunnetaan spektrikarypotyyppinä (SKY) ja moniväriseksi FISH (M-FISH).

SKY- ja M-FISH-tuotteissa käytetään fluoresoivia väriaineita, jotka yhdessä tuottavat väriyhdistelmiä, yksi jokaiselle kromosomille. Nämä tekniikat ovat olleet erittäin hyödyllisiä monimutkaisten kromosomaalimuutosten havaitsemiseksi, kuten esimerkiksi tietyissä kasvaimissa ja akuutissa lymfoblastisessa leukemiassa havaitut.

Lääketieteelliset sovellukset

- Syövän sytogenetiikka. Kromosomaaliset poikkeamat ja aneuploidia ovat yleisiä kasvaimissa. Kromosomaalisilla siirroilla voi olla syöpää aiheuttavia vaikutuksia fuusioproteiinien tuotannon kautta. Sytogenetiikkaa käytetään seuraamaan syöpähoitojen etenemistä.

- Hauraat kohdat ja kromosomimurto. Hauraat kromosomikohdat voivat johtaa patologioihin, kuten Fragile X -oireyhtymään. Altistuminen sytotoksisille aineille voi aiheuttaa kromosomimurron. Tiettyjen autosomaalisten mutaatioiden kantajilta puuttuu kyky korjata kromosomimurron aikana vaurioitunutta DNA: ta.

- Kromosomien numeeriset poikkeavuudet. Kromosomimäärä voi diagnosoida trisomioita, kuten sellaisen, joka aiheuttaa Down-, Edwards- ja Patau-oireyhtymiä. Se mahdollistaa myös Turnerin ja Klinefelterin oireyhtymien diagnosoinnin.

- Kroonisessa myelogeenisessa leukemiassa valkosoluilla on ”Philadelphia-kromosomi”. Tämä epänormaali kromosomi on seurausta kromosomien 9 ja 22 uudelleensijoituksesta.

Viitteet

1. Abbott, JK, Nordén, AK, Hansson, B. 2017. Sukukromosomien kehitys: historialliset näkemykset ja tulevaisuudennäkymät. Julkaisut Royal Society B, 284, 20162806.
2. Cregan, ERC 2008. Kaikki mitoosista ja meioosista. Opettajan luoma Materiaalien julkaisu, Huntington Beach, Kalifornia.
3. Gersen, SL, Keagle, MB, toim. 2013. Kliinisen sytogenetiikan periaatteet. Springer, New York.
4. Gosden, JR, toim. 1994. Methods in molecular biology, osa 29. Kromosomianalyysiprotokollat. Humana Press, Totowa, NJ
5. Hughes, JF, sivu, DC 2015.Tämättömien Y-kromosomien biologia ja evoluutio. Vuosikatsaus genetiikkaan, 49, 22.1–22.21.
6. Kannan, TP, Alwi, ZB 2009. Sytogenetiikka: menneisyys, nykyisyys ja tulevaisuus. Malaysian Journal of Medical Sciences, s. 16, 4–9.
7. Lawce, HJ, Brown, MG 2017. Sytogenetiikka: yleiskatsaus. Julkaisussa: AGT Cytogenetics Laboratory Manual, neljäs painos. Arsham, MS, Barch, MJ, Lawce, HJ, toim. Wiley, New York.
8. Sacerdot, C., Louis, A., Bon, C., Berthelot, C., Crollius, HR 2018. Kromosomien evoluutio esi-selkärankaisten genomin alkuperällä. Genomibiologia, 19, 166.
9. Schubert, I. 2007. Kromosomien kehitys. Nykyinen lausunto kasvien biologiassa, 10, 109 - 115.
10. Schulz-Schaeffer, J. 1980. Sytogenetiikka - kasvit, eläimet, ihmiset. Springer-Verlag, New York.