CYTOGENETIK: HISTORIE, HVAD DEN STUDERER, TEKNIKKER, ANVENDELSER - BIOLOGI - 2025

Den cytogenetiske er studiet af kromosomers morfologi, struktur og funktion, inklusive deres ændringer under somatisk celledeling eller mitose, og under reproduktiv celledeling eller meiose.

Cytologi studerer også de faktorer, der forårsager kromosomale ændringer, herunder patologiske, der vises fra en generation til en anden, og evolutionære, der fungerer over mange generationer.

Kilde: pixabay.com

Historie

De mindeværdige år og begivenheder i cytogenetikens historie er som følger:

- I 1842 observerede Karl Wilhelm von Nägeli ”forbigående stamceller”, senere kaldet kromosomer.

- I 1875 identificerede Eduard Strasburger kromosomer i planter. I 1979 gjorde Walther Flemming det hos dyr. Flemming skabte betegnelserne kromatin, profase, metafase, anafase og telofase.

- I 1888 opfandt W. Waldeyer betegnelsen kromosom.

- I 1893 udgav Oscar Hertwig den første tekst om cytogenetik.

- I 1902 opdagede Theodor Boveri og Walter Sutton homologe kromosomer.

- I 1905 identificerede Nettie Stevens Y-kromosomet.

- I 1937 stoppede Albert Blakeslee og AG Avery metafasen med colchicine, hvilket i høj grad letter observationen af ​​kromosomer.

- I 1968 beskrev Torbjörn Caspersson et al. Q-båndene. I 1971 beskrev Bernard Dutrillaux og Jerome Lejeune R-båndene.

- I 1971 blev C-bånd diskuteret på en konference om menneskelig kromosomenomenklatur.

- I 1975 beskrev C. Goodpasture og SE Bloom Ag-NOR-farvning.

- I 1979 beskrev Jorge Yunis metoderne med høj opløsning for G-bånd.

- I 1986–1988 udviklede Daniel Pinkel og Joe Gray FISH (fluorescerende in situ hybridisering) teknik.

- I 1989 mikro Hermed - Josef Lüdecke mikrodissekterede kromosomer.

- I 1996 beskrev Evelyn Schröck og Thomas Ried multikromatisk spektral karyotypisk typning.

Opdagelser hos mennesker

I 1914 foreslog Theodor Boveri, at kræft kunne skyldes kromosomale ændringer. I 1958 observerede Charles E. Ford kromosomale abnormiteter under leukæmi.

I 1922 offentliggjorde Theophilus Painter, at mennesker har 48 kromosomer. Det tog indtil 1956 for Jo Hin Tjio og Albert Levan at konstatere, at de faktisk har 46 kromosomer.

I 1932 foreslog PJ Waardenburg uden at bevise det, at Downs syndrom kunne være resultatet af en kromosomafvigelse. I 1959 demonstrerede Jerome Lejeune tilstedeværelsen af ​​et ekstra somatisk kromosom hos patienter med Downs syndrom.

Også i 1959 rapporterede Charles E. Ford, at kvinder med Turner-syndrom mangler en af ​​de to X-kromosomer, mens Patricia Jacobs og John Strong opdagede tilstedeværelsen af ​​et yderligere X-kromosom hos mænd med Klinefelter-syndrom.

I 1960 beskrev JA Böök og Berta Santesson triploidy, Klaus Patau beskrev trisomi 13, og John Edwards beskrev trisomi 18.

I 1969 opdagede Herbert Lubs First Fragile X-syndrom. Samme år begyndte amniocentese at blive brugt til cytogenetisk diagnose.

Studieområde

Cytogenetikere studerer den kromosomale udvikling af levende ting ved hjælp af karyotyper til at udføre fylogenetisk analyse og løse taksonomiske problemer.

Derudover undersøger de epidemiologiske aspekter af humane kromosomafvigelser og de miljømæssige faktorer, der producerer dem, diagnosticerer og behandler patienter, der er påvirket af kromosomale abnormiteter, og udvikler molekylære tilgange til at dechiffrere kromosomers struktur, funktion og udvikling.

Kromosommorfologi

Hvert kromosom består af to kromatider, der holdes sammen af ​​en indsnævring kaldet centromeren. De sektioner af kromosom, der starter fra centromeren, kaldes arme.

Kromosomer kaldes metacentriske, når de har centromeren i midten; submetacentrisk, hvis de har det lidt væk fra midten, så de modstående arme ikke har samme længde; akrocentrisk, hvis centromeren er tæt på en af ​​ekstremerne; og telocentrisk, hvis centromeren er lige i den ene ende af kromosomet.

Teknikker: prøvebehandling

Trinene til at tage for at behandle prøverne er som følger.

At få prøven

Erhvervelse af det krævede væv, opbevaring i mediet og i egnede hætteglas.

Kultur

Med undtagelse af prøver til FISH-analyse kræves en kulturperiode mellem en dag og flere uger før høst.

Høstet

Det er opnåelse af celler i metafase.

Stop af mitose

Standard cytogenetisk analyse kræver stop af mitose, så celler forbliver i metafase ved anvendelse af colchicine eller Colcemid®.

Hypotonbehandling

Det øger volumenet af celler, som tillader kromosomer at udvide sig.

fiksering

3: 1 methanol - eddikesyre bruges til at fjerne vand fra cellerne, hærde membranerne og kromatin til farvning.

Arkforberedelse

De faste celler spredes på mikroskopglas, hvorefter de tørres.

Kromosomfarvning

Der er flere farvningsmetoder til at genkende forskelle mellem kromosomer. Den mest almindelige er G.

Mikroskopisk analyse

Tillader dig at vælge passende celler til at observere og fotografere kromosomer.

Forberedelse af karyogrammer

Baseret på fotografier af celler i metafase er billeder af sæt af kromosomer i en repræsentativ celle sammensat til senere undersøgelse.

Kromosombånd

Der er fire typer kromosomale bånd: heterokromatiske bånd; eukromatiske bånd, nucleolus-organiserende regioner (NOR'er); kinetochorer.

Heterokromatiske bånd vises som diskrete blokke. De svarer til heterochromatin, der indeholder meget gentagne DNA-sekvenser, der repræsenterer konventionelle gener og ikke dekondenseres ved grænsefladen.

Eukromatiske bånd består af en række skiftevise segmenter, der er eller ikke er påvirket af farvning. Disse bånd er forskellige i størrelse og danner karakteristiske mønstre, der er karakteristiske for hvert par kromosomer af en art, hvilket gør dem meget nyttige til at identificere kromosomale translokationer og omarrangementer.

NOR'er er de segmenter af kromosomerne, der indeholder hundreder eller tusinder af ribosomale RNA-gener. De visualiseres ofte som begrænsninger.

Kinetochores er bindingsstederne i mikrotubulespindlen til kromosomer.

Kromosomalt båndfarvning

Kromosombånd består af farvningsteknikker, der afslører mønstre for langsgående differentiering (lyse og mørke regioner), som ikke kunne ses andet. Disse mønstre gør det muligt at sammenligne forskellige arter og studere evolutionære og patologiske ændringer på kromosomiveau.

Kromosombindingsmetoder er opdelt i dem, der bruger absorptionsfarvning, typisk Giemsa-pigmenter, og dem, der bruger fluorescens. Fremgangsmåder til farvning af absorption kræver en foreløbig fysisk-kemisk behandling som beskrevet i "Prøvebearbejdning."

Nogle typer banding tillader bevis for mønstre af begrænsede områder af kromosomer relateret til funktionelle egenskaber. Andre tillader visualisering af forskelle mellem homologe kromosomer, der gør det muligt at identificere segmenter.

C-bånd

C-båndet farver de fleste heterokromatiske bånd, hvilket gør det til den universelle teknik at vise tilstedeværelsen af ​​heterochromatin i kromosomer. Andre metoder pletter kun en del af det samlede heterochromatin, hvilket gør dem mere nyttige end C-bånd til at skelne mellem typer af heterochromatin.

Q-bånd

Q-banding er den ældste farvningsteknik. Det skylder sit navn på brugen af ​​quinacrin. Det er effektivt uanset kromosomfremstillingsmetode. Det er en alternativ metode til B-banding. Det bruges sjældent, men dets pålidelighed gør det nyttigt, når materialet er sparsomt eller vanskeligt at binde.

G-bånd

G-bandet, der er baseret på brugen af ​​Giemsa og trypsin, er det mest anvendte i dag. Det tillader detektion af translokationer, inversioner, sletninger og duplikationer. Det er den mest anvendte metode til karakterisering af karyotyper i hvirveldyr, der viser forskelle mellem kromosomer, der ikke kun kan skelnes ud fra deres morfologi.

R-bånd

R-båndet producerer et omvendt farvningsmønster med hensyn til G-båndtaget (lette R-bånd er lig med mørke G-bånd og omvendt) R-båndet er især nyttigt til at fremhæve enderne af kromosomer, som er let farvet, når G-båndet bruges.

T-bånd

T-båndet er en variant af R-båndet, hvori der ikke er nogen farvning af de fleste af de interstitielle bånd af kromosomerne, så kromosomernes terminalområder er intenst farvede.

Ag-NOR-bånd

Ag-NOR-banding bruges til at lokalisere NORs ved sølvfarvning. Ved Ag-NOR-banding kan inaktive NOR-gener muligvis ikke farves. Derfor bruges denne banding til at studere ændringer i aktiviteten af ​​ribosomale gener under gametogenese og embryonal udvikling.

Fluorescerende in situ hybridisering (FISH)

FISH-banding gør det muligt at visualisere kromosomer ved hjælp af fluorescerende mærkede sonder. FISH-teknologi tillader karyotypisk analyse af celler, der ikke deler sig.

FISH-banding tillader detektion af specifikke DNA-sekvenser i kromosomer, celler og væv. Derfor kan det bruges til at detektere kromosomale abnormiteter, der involverer små segmenter af DNA.

FISH-banding banede vejen for to mere sofistikerede relaterede teknikker, kendt som spektral karyotyping (SKY) og multicolour FISH (M-FISH).

I SKY og M-FISH anvendes fluorescerende farvestoffer, der tilsammen producerer kombinationer af farver, en for hvert kromosom. Disse teknikker har været meget nyttige til påvisning af komplekse kromosomale afvigelser, såsom dem, der ses i visse tumorer og ved akut lymfoblastisk leukæmi.

Medicinske applikationer

- Cytogenetik af kræft. Kromosomale afvigelser og aneuploidi er almindelige i tumorer. Kromosomale translokationer kan have kræftfremkaldende virkning gennem produktionen af ​​fusionsproteiner. Cytogenetik bruges til at overvåge udviklingen af ​​kræftbehandlinger.

- Skøre steder og kromosombrud. Skøre kromosomsteder kan føre til patologier, såsom Fragile X-syndrom. Eksponering for cytotoksiske stoffer kan forårsage kromosombrud. Bærere af visse autosomale mutationer mangler evnen til at reparere DNA beskadiget under kromosombrud.

- Numeriske abnormiteter ved kromosomer. Kromosomtællingen kan diagnosticere trisomier, såsom den der forårsager Down, Edwards og Patau syndromer. Det tillader også diagnose af Turner- og Klinefelter-syndromer.

- Ved kronisk myelogen leukæmi har de hvide blodlegemer et "Philadelphia-kromosom". Dette unormale kromosom er resultatet af translokationen af ​​kromosomer 9 og 22.

Referencer

1. Abbott, JK, Nordén, AK, Hansson, B. 2017. Sexkromosomudvikling: historisk indsigt og fremtidsperspektiver. Proceedings of the Royal Society B, 284, 20162806.
2. Cregan, ERC 2008. Alt om mitose og meiose. Teacher Created Materials Publishing, Huntington Beach, CA.
3. Gersen, SL, Keagle, MB, eds. 2013. Principperne for klinisk cytogenetik. Springer, New York.
4. Gosden, JR, red. 1994. Metoder i molekylærbiologi, bind 29. Kromosomanalyseprotokoller. Humana Press, Totowa, NJ
5. Hughes, JF, Page, DC 2015. Biologien og udviklingen af ​​Y-kromosomer fra pattedyr. Årlig gennemgang af genetik, 49, 22.1–22.21.
6. Kannan, TP, Alwi, ZB 2009. Cytogenetik: fortid, nutid og fremtid. Malaysisk tidsskrift for medicinske videnskaber, 16, 4–9.
7. Lawce, HJ, Brown, MG 2017. Cytogenetik: en oversigt. I: AGT Cytogenetics Laboratory Manual, fjerde udgave. Arsham, MS, Barch, MJ, Lawce, HJ, eds. Wiley, New York.
8. Sacerdot, C., Louis, A., Bon, C., Berthelot, C., Crollius, HR 2018. Kromosomudvikling ved oprindelsen af ​​det forfædre hvirveldyrsgenom. Genbiologi, 19, 166.
9. Schubert, I. 2007. Kromosomudvikling. Aktuel udtalelse inden for plantebiologi, 10, 109-115.
10. Schulz-Schaeffer, J. 1980. Cytogenetics - planter, dyr, mennesker. Springer-Verlag, New York.