CITOGENETIKA: TÖRTÉNELEM, MIT TANUL, TECHNIKÁK, ALKALMAZÁSOK - BIOLÓGIA - 2026

A citogenetika a kromoszómák morfológiájának, szerkezetének és funkciójának tanulmányozása, beleértve azok változásait a szomatikus sejtosztódás vagy a mitózis, valamint a reproduktív sejtosztódás vagy a meiosis során.

A citológia azokat a tényezőket is vizsgálja, amelyek a kromoszómális változásokat okozzák, ideértve az egyik generációról a másikra megjelenő patológiákat, valamint az evolúciót, amely sok generáción át hat.

Forrás: pixabay.com

Történelem

A citogenetika történetének emlékezetes évei és eseményei a következők:

- 1842-ben Karl Wilhelm von Nägeli „átmeneti őssejteket”, később kromoszómáknak nevezett meg.

- 1875-ben Eduard Strasburger azonosította a növények kromoszómáit. 1979-ben Walther Flemming állatoknál csinálta. Flemming létrehozta a kromatin, a fázis, a metafázis, az anafázis és a teofázis kifejezéseket.

- 1888-ban W. Waldeyer megalkotta a kromoszóma kifejezést.

- 1893-ban Oscar Hertwig közzétette a citogenetikáról szóló első szöveget.

- Theodor Boveri és Walter Sutton 1902-ben fedeztek fel homológ kromoszómákat.

- Nettie Stevens 1905-ben azonosította az Y kromoszómát.

- 1937-ben Albert Blakeslee és AG Avery leállította a metafázt kolchicinnel, nagyban megkönnyítve a kromoszómák megfigyelését.

- 1968-ban Torbjörn Caspersson és társai írják le a Q sávokat, 1971-ben Bernard Dutrillaux és Jerome Lejeune az R zenekarokat.

- 1971-ben a C sávokat egy emberi kromoszóma nómenklatúráról szóló konferencián tárgyalták.

- 1975-ben C. Goodpasture és SE Bloom ismertette az Ag-NOR festést.

- 1979-ben Jorge Yunis ismertette a G sávok nagy felbontású módszereit.

- 1986–1988 között Daniel Pinkel és Joe Gray fejlesztették ki a FISH (fluoreszcens in situ hibridizáció) technikát.

- 1989-ben, Hermann - Josef Lüdecke mikrorészelt kromoszómák.

- 1996-ban Evelyn Schröck és Thomas Ried leírta a multikromatikus spektrális kariotípus tipizálást.

Felfedezések az emberekben

Theodor Boveri 1914-ben azt állította, hogy a rák oka lehet a kromoszómaváltozások. 1958-ban Charles E. Ford megfigyelt kromoszóma rendellenességeket leukémia során.

1922-ben Theophilus Painter közzétette, hogy az embereknek 48 kromoszóma van. 1956-ig tartott, amíg Jo Hin Tjio és Albert Levan megállapította, hogy valójában 46 kromoszómájuk van.

1932-ben PJ Waardenburg azt bizonyította, hogy a Down-szindróma kromoszóma-rendellenesség következménye lehet, anélkül hogy bizonyította volna. 1959-ben Jerome Lejeune kimutatta egy extra szomatikus kromoszóma jelenlétét Down-kóros betegekben.

Ugyancsak 1959-ben Charles E. Ford arról számolt be, hogy a Turner-szindrómás nőknél hiányzik a két X kromoszóma egyike, míg Patricia Jacobs és John Strong felfedezte egy extra X kromoszóma jelenlétét a Klinefelter-szindrómás férfiakban.

1960-ban JA Böök és Berta Santesson írták le a triploidiat, Klaus Patau a 13. triszómiát, a John Edwards pedig a 18. triszómiát.

1969-ben Herbert Lubs először fedezte fel a Fragile X szindrómát. Ugyanebben az évben az amniocentezist elkezdték használni citogenetikai diagnózishoz.

Tanulmányi terület

A citogenetikusok az élőlények kromoszómális fejlődését tanulmányozzák, kariotípusokat használva filogenetikai elemzéshez és taxonómiai problémák megoldásához.

Ezenkívül megvizsgálják az emberi kromoszóma-rendellenességek és az azokat előidéző ​​környezeti tényezők epidemiológiai szempontjait, diagnosztizálják és kezelik a kromoszóma rendellenességek által érintett betegeket, és molekuláris megközelítéseket dolgoznak ki a kromoszómák szerkezetének, működésének és fejlődésének megfejtésére.

Kromoszóma morfológia

Mindegyik kromoszóma két kromatidból áll, amelyeket egy centromérszerű szűkület tart össze. A kromoszóma azon részeit, amelyek a centromerről indulnak, karoknak nevezzük.

A kromoszómákat metacentrikusnak nevezzük, ha középen van a centroméra; szubmetacentrikus, ha közepesen kissé vannak, hogy az ellenkező karok ne legyenek azonos hosszúságú; akrocentrikus, ha a centromén közel van a szélsőségek egyikéhez; és telocentrikus, ha a centromér csak a kromoszóma egyik végén van.

Technikák: a minta feldolgozása

A minták feldolgozása a következő.

A minta beszerzése

A szükséges szövet beszerzése, táptalajban és megfelelő üvegben történő tárolása.

Kultúra

A FISH elemzéshez vett minták kivételével a betakarítás előtt egy nap és több hét közötti tenyésztési periódust kell igénybe venni.

aratott

Ez a sejtek megszerzése metafázisban.

A mitózis megállítása

A szokásos citogenetikai analízis megköveteli a mitózis megállítását, hogy a sejtek metafázisban maradjanak, kolchicin vagy Colcemid® alkalmazásával.

Hipotonikus kezelés

Növeli a sejtek mennyiségét, ami lehetővé teszi a kromoszómák meghosszabbítását.

Rögzítés

A metanol és ecetsav 3: 1 arányú elegyét használják a víz eltávolítására a sejtekből, a membránok megkeményítésére és a kromatin megfestésére.

Lap előkészítése

A rögzített sejteket eloszlatják a mikroszkóp lemezeken, majd megszárítják.

Kromoszómafestés

Számos festési módszer létezik a kromoszómák közötti különbségek felismerésére. A leggyakoribb a G.

Mikroszkópos elemzés

Lehetővé teszi a megfelelő sejtek kiválasztását a kromoszómák megfigyelésére és fényképezésére.

Kariogramok készítése

A metafázisban levő sejtek fényképei alapján egy reprezentatív sejt kromoszómakészletének képeit készítik későbbi vizsgálat céljából.

Kromoszóma sávok

A kromoszómális sávok négy típusa létezik: heterokromatikus sávok; euchromatikus szalagok, nucleolus szervező régiók (NOR); kinetochores.

A heterokromatikus sávok diszkrét blokkként jelennek meg. Ezek megfelelnek a heterokromatinnak, amely erősen ismétlődő DNS szekvenciákat tartalmaz, amelyek a hagyományos géneket képviselik, és amelyek nem vannak kondenzálva az interfészen.

Az euchromatikus sávok váltakozó szegmensekből állnak, amelyeket a festés befolyásol vagy nem érint. Ezeknek a sávoknak a nagysága különbözik egymástól, megkülönböztető mintákat képezve egy faj kromoszómáinak minden egyes részére, ami rendkívül hasznosak a kromoszómális transzlokációk és átrendeződések azonosításához.

A NOR-ok azok a szegmensek a kromoszómákban, amelyek több száz vagy több ezer riboszómális RNS gént tartalmaznak. Általában szűkületként jelenítik meg őket.

A kinetochores a mikrotubulus orsó kromoszómákhoz való kötőhelye.

Kromoszóma sávfestés

A kromoszóma sávos festési technikákból áll, amelyek felfedik a hosszanti differenciálódás mintáit (világos és sötét régiók), amelyeket egyébként nem lehetett volna látni. Ezek a minták lehetővé teszik a különféle fajok összehasonlítását, valamint az evolúciós és kóros változások tanulmányozását a kromoszóma szintjén.

A kromoszómás sávok módszerét fel kell osztani abszorpciós festést alkalmazó módszerekre, jellemzően a Giemsa pigmentekre, és azokra, amelyek fluoreszcenciát alkalmaznak. Az abszorpciós festési módszerek előzetes fizikai-kémiai kezelést igényelnek, a "Mintafeldolgozás" című részben leírtak szerint.

A sávosítás bizonyos típusai lehetővé teszik a kromoszómák korlátozott régiói mintázatainak funkcionális tulajdonságokkal való kimutatását. Mások lehetővé teszik a homológ kromoszómák közötti különbségek megjelenítését, amelyek lehetővé teszik a szegmensek azonosítását.

C sávok

A C-sáv megfesti a legtöbb heterokromatikus sávot, és ezáltal egyetemes módszer a heterochromatin jelenlétének kimutatására a kromoszómákban. Más módszerek a teljes heterokromatinnak csak egy részét festenek, ezért hasznosabbak, mint a C-sáv, hogy megkülönböztessék a heterokromatin típusokat.

Q sávok

A Q-sáv a legrégebbi festési technika. A nevét a kvinakrin használatának köszönheti. A kromoszóma-előkészítési módszertől függetlenül hatásos. Ez egy alternatív módszer a G-sávokhoz, ritkán használják, de megbízhatósága miatt hasznos, ha az anyag kevés vagy nehezen sávos.

G sávok

A G-sáv, amely a Giemsa és a tripszin használatán alapul, manapság a legelterjedtebb. Ez lehetővé teszi az áthelyezések, inverziók, deléciók és duplikációk észlelését. Ez a leggyakrabban alkalmazott módszer a gerincesek kariotípusainak jellemzésére, olyan kromoszómák közötti különbségeket mutatva, amelyeket csak morfológiájuk alapján nem lehet megkülönböztetni.

R zenekarok

Az R-sáv fordított festési mintát hoz létre a G-sávhoz viszonyítva (a világos R-sávok megegyeznek a sötét G-sávokkal és fordítva). Az R-sáv különösen hasznos a kromoszóma végének kiemelésében, amelyek a G-sáv használatakor kissé megfestettek.

T zenekarok

A T-sáv az R-sáv olyan változata, amelyben a kromoszómák intersticiális sávjainak többsége nincs megfestve, oly módon, hogy a kromoszómák terminális régióit intenzíven festjük.

Ag-NOR zenekarok

Az Ag-NOR csíkot a NOR-k ezüstfestéssel történő lokalizálására használják. Ag-NOR sávban az inaktív NOR gének nem színezhetnek. Ezért ezt a sávot használják a riboszomális gének aktivitásának változásainak tanulmányozására a gametogenezis és az embrionális fejlődés során.

Fluoreszcens in situ hibridizáció (FISH)

A FISH sáv lehetővé teszi a kromoszómák fluoreszcensen jelölt próbák segítségével történő megjelenítését. A FISH technológia lehetővé teszi a nem osztódó sejtek kariotípusos elemzését.

A FISH sáv lehetővé teszi a specifikus DNS-szekvenciák kimutatását a kromoszómákban, sejtekben és szövetekben. Ezért fel lehet használni a kromoszóma rendellenességek kimutatására, amelyek a DNS kis szegmenseit érintik.

A FISH-sáv előkészítette az utat két kifinomultabb kapcsolódó technikához, nevezetesen spektrális kariotipizáláshoz (SKY) és többszínű FISH-hoz (M-FISH).

A SKY és az M-FISH esetében fluoreszkáló festékeket használnak, amelyek együttesen színkombinációkat eredményeznek, mindegyik kromoszómánként egyet. Ezek a technikák nagyon hasznosak voltak a komplex kromoszóma-rendellenességek kimutatásában, például bizonyos daganatokban és akut limfoblasztikus leukémiában.

Orvosi alkalmazások

- A rák citogenetikája. A kromoszóma rendellenességek és az aneuploidia gyakori a daganatokban. A kromoszómális transzlokációk karcinogén hatást gyakorolhatnak a fúziós fehérjék előállítása révén. A citogenetikát a rákkezelés előrehaladásának nyomon követésére használják.

- Törékeny helyek és kromoszóma törés. A törékeny kromoszómahelyek olyan patológiákhoz vezethetnek, mint például a Fragile X szindróma. A citotoxikus szereknek való kitettség kromoszóma törést okozhat. Bizonyos autoszomális mutációk hordozói nem képesek javítani a kromoszómatörés során sérült DNS-t.

- A kromoszómák numerikus rendellenességei. A kromoszómaszám diagnosztizálhat triszómákat, például az, amely Down, Edwards és Patau szindrómákat okoz. Ez lehetővé teszi a Turner és a Klinefelter szindrómák diagnosztizálását is.

- Krónikus myelogén leukémia esetén a fehérvérsejtek „Philadelphia kromoszómával” rendelkeznek. Ez a rendellenes kromoszóma a 9. és 22. kromoszóma transzlokációjának eredménye.

Irodalom

1. Abbott, JK, Nordén, AK, Hansson, B. 2017. A nemi kromoszóma evolúciója: történelmi betekintések és jövőbeli perspektívák. A Royal Society folyóiratai, B, 284, 20162806.
2. Cregan, ERC 2008. Minden, a mitózisról és a meiosisról. Tanár készített anyagkiadás, Huntington Beach, CA.
3. Gersen, SL, Keagle, MB, szerk. 2013. A klinikai citogenetika alapelvei. Springer, New York.
4. Gosden, JR, szerk. 1994. Methods in molekuláris biológia, 29. kötet. Kromoszóma analízis protokollok. Humana Press, Totowa, NJ
5. Hughes, JF, Page, DC 2015. Az emlős Y kromoszómáinak biológiája és evolúciója. Éves Genetikai Áttekintés, 49, 22.1–22.21.
6. Kannan, TP, Alwi, ZB 2009. Cytogenetika: múlt, jelen és jövő. Malaysian Journal of Medical Sciences, 16, 4–9.
7. Lawce, HJ, Brown, MG 2017. Cytogenetika: áttekintés. In: Az AGT citogenetikai laboratóriumi kézikönyve, negyedik kiadás. Arsham, MS, Barch, MJ, Lawce, HJ, szerk. Wiley, New York.
8. Sacerdot, C., Louis, A., Bon, C., Berthelot, C., Crollius, HR 2018. Kromoszóma evolúció az ősi gerinces ősi genom eredetén. Genome Biology, 19, 166.
9. Schubert, I. 2007. Kromoszóma evolúció. Jelenlegi vélemény a növénybiológiában, 10, 109-115.
10. Schulz-Schaeffer, J., 1980. Cytogenetika - növények, állatok, emberek. Springer-Verlag, New York.