CITOGENETIKA: POVIJEST, ONO ŠTO PROUČAVA, TEHNIKE, PRIMJENE - BIOLOGIJA - 2026

Citogenetička je proučavanje morfologije, strukturi i funkciji kromosoma, uključujući njihove promjene tijekom diobom somatskim stanica ili mitoze, a tijekom diobe stanica reproduktivnog ili mejoze.

Citologija također proučava čimbenike koji uzrokuju kromosomske promjene, uključujući patološke koji se pojavljuju iz generacije u generaciju i evolucijske koji djeluju tijekom mnogih generacija.

Izvor: pixabay.com

Povijest

Godine i događaji koji se pamte u povijesti citogenetike jesu sljedeći:

- 1842. Karl Wilhelm von Nägeli uočio je "prolazne matične stanice", kasnije nazvane kromosomima.

- 1875. Eduard Strasburger identificirao je kromosome u biljkama. Walther Flemming je 1979. to učinio na životinjama. Flemming je skovao pojmove kromatin, profaza, metafaza, anafaza i telofaza.

- 1888. W. Waldeyer skovao je termin kromosom.

- 1893. Oscar Hertwig objavio je prvi tekst o citogenetikama.

- 1902. godine Theodor Boveri i Walter Sutton otkrili su homologne kromosome.

- 1905. godine Nettie Stevens identificirala je Y kromosom.

- 1937. Albert Blakeslee i AG Avery zaustavili su metafazu kolhicinom, uvelike olakšavajući promatranje kromosoma.

- 1968. su Torbjörn Caspersson i ostali opisali skupine Q. 1971. Bernard Dutrillaux i Jerome Lejeune opisali su skupine R.

- 1971. o C bendovima se raspravljalo na konferenciji o nomenklaturi ljudske kromosome.

- 1975. C. Goodpasture i SE Bloom opisali su Ag-NOR bojenje.

- Jorge Yunis je 1979. opisao metode visoke razlučivosti za G-bendove.

- 1986–1988. Daniel Pinkel i Joe Gray razvili su tehniku ​​FISH (fluorescentna in situ hibridizacija).

- 1989. Hermann - Josef Lüdecke mikroskopskim kromosomima.

- 1996. Evelyn Schröck i Thomas Ried opisali su multikromatsku spektralnu kariotipsku tipizaciju.

Otkrića u ljudima

Godine 1914. Theodor Boveri sugerirao je da bi rak mogao biti posljedica kromosomskih promjena. 1958. Charles E. Ford uočio je kromosomske abnormalnosti tijekom leukemije.

Godine 1922. Theophilus Painter objavio je da ljudi imaju 48 kromosoma. Još su 1956. godine Jo Hin Tjio i Albert Levan utvrdili da u stvari imaju 46 kromosoma.

Godine 1932. PJ Waardenburg sugerirao je, bez dokazivanja, da bi Downov sindrom mogao biti posljedica kromosomske aberacije. Jerome Lejeune je 1959. pokazao prisutnost dodatnog somatskog kromosoma kod pacijenata s Downovim sindromom.

Također je 1959. Charles E. Ford izvijestio da ženama s Turnerovim sindromom nedostaje jedan od dva X kromosoma, dok su Patricia Jacobs i John Strong otkrili prisutnost dodatnog X kromosoma kod muškaraca s Klinefelterovim sindromom.

1960. JA Böök i Berta Santesson opisali su triploidiju, Klaus Patau opisao je trisomiju 13, a John Edwards opisao trisomiju 18.

Herbert Lubs prvi je put otkrio sindrom Fragile X 1969. godine. Iste se godine amniocenteza počela koristiti za citogenetsku dijagnozu.

Područje proučavanja

Citogenetičari proučavaju kromosomsku evoluciju živih bića, koristeći kariotipe za filogenetsku analizu i rješavanje taksonomskih problema.

Osim toga, oni istražuju epidemiološke aspekte ljudske kromosomske aberacije i okolišne čimbenike koji ih proizvode, dijagnosticiraju i liječe bolesnike pogođene kromosomskim nepravilnostima, te razvijaju molekularne pristupe za dešifriranje strukture, funkcije i evolucije kromosoma.

Morfologija kromosoma

Svaki kromosom sastoji se od dva kromatida, koji su povezani pomoću stezanja nazvanog centromere. Odjeljci kromosoma koji polaze od centromera nazivaju se krakovi.

Kromosomi se nazivaju metacentrični kada imaju središte u sredini; submetacentrični ako ga imaju malo udaljen od sredine, tako da suprotne ruke nisu jednake duljine; akrocentrični ako je centromera blizu jedne od krajnosti; i telocentrični ako je centromera samo na jednom kraju kromosoma.

Tehnike: obrada uzoraka

Koraci koje treba poduzeti za obradu uzoraka su sljedeći.

Dobivanje uzorka

Nabava potrebnog tkiva, pohranjivanje u medij i odgovarajuće bočice.

Kultura

Uz iznimku uzoraka za FISH analizu, prije žetve potreban je period kulture između jednog dana i nekoliko tjedana.

bere

To je dobivanje stanica u metafazi.

Zaustavljanje mitoze

Standardna citogenetska analiza zahtijeva zaustavljanje mitoze tako da stanice ostanu u metafazi, koristeći kolhicin ili Colcemid®.

Hipotoničko liječenje

Povećava volumen stanica, što omogućuje produljenje kromosoma.

fiksacija

3: 1 metanol-octena kiselina koristi se za uklanjanje vode iz stanica, očvršćivanje membrane i kromatina za bojenje.

Priprema listova

Fiksirane stanice se šire na mikroskopskim slajdovima, nakon čega se suše.

Bojenje kromosomima

Postoji nekoliko metoda bojenja kako bi se prepoznale razlike između kromosoma. Najčešći je G.

Mikroskopska analiza

Omogućuje vam odabir prikladnih stanica za promatranje i fotografiranje kromosoma.

Priprema kariograma

Na temelju fotografija stanica metafaza, slike skupa kromosoma reprezentativne stanice sastavljene su za kasnije proučavanje.

Hromosomske trake

Postoje četiri vrste kromosomskih traka: heterokromatske trake; eukromatski pojasevi, regije za organiziranje nukleusa (NORs); kinetohora.

Heterokromatski se pojave pojavljuju kao diskretni blokovi. Odgovaraju heterokromatinu, koji sadrži jako ponavljajuće sekvence DNA koje predstavljaju konvencionalne gene i nisu dekondenzirane na sučelju.

Eukromatski pojasevi sastoje se od niza izmjeničnih segmenata na koje bojenje ili na njih ne utječe bojenje. Ovi se pojasevi razlikuju po veličini, tvoreći karakteristične obrasce karakteristične za svaki par kromosoma vrste, što ih čini vrlo korisnim za identifikaciju kromosomske translokacije i preuređenja.

NOR-ovi su segmenti kromosoma koji sadrže stotine ili tisuće gena ribosomalne RNA. Obično ih se vizualizira kao sužavanja.

Kinetohore su mjesta vezanja mikrotubula uretena za kromosome.

Bojenje kromosomskog pojasa

Hromosomsko povezivanje sastoji se od tehnika bojenja koje otkrivaju obrasce uzdužne diferencijacije (svijetla i tamna područja) koji se ne mogu vidjeti drugačije. Ovi obrasci omogućuju usporedbu različitih vrsta i proučavanje evolucijskih i patoloških promjena na razini kromosoma.

Metode hromosomskog povezivanja dijele se na one koje koriste apsorpcijsko bojenje, obično Giemsa pigmente, i one koje koriste fluorescenciju. Metode bojenja apsorpcije zahtijevaju preliminarni fizičko-kemijski tretman, kako je opisano u "Obrada uzoraka".

Neke vrste povezivanja omogućuju dokaze o obrascima ograničenih područja kromosoma povezanih sa funkcionalnim svojstvima. Drugi omogućuju vizualizaciju razlika između homolognih kromosoma koji omogućuju identifikaciju segmenata.

C bendovi

C-bend mrlja većinu heterokromatskih vrpci, što ga čini univerzalnom tehnikom da se pokaže prisutnost heterokromatina u kromosomima. Druge metode obojavaju samo dio ukupnog heterokromatina, čineći ih korisnijim od C-vrpce za razlikovanje između vrsta heterokromatina.

Q pojasevi

Q-vezivanje je najstarija tehnika bojenja. Svoje ime duguje upotrebi kvinrine. Učinkovit je bez obzira na način pripreme kromosoma. To je alternativna metoda za vezanje G. Rijetko se koristi, ali njegova pouzdanost čini korisnom kada je materijal slab ili je teško vezati.

G bendova

Danas se najviše koristi G-bend koji se temelji na upotrebi Giemsa i tripsina. Omogućuje otkrivanje translokacija, inverzija, brisanja i duplikacija. To je najkorištenija metoda za karakterizaciju kariotipova kod kralježnjaka, a pokazuje razlike između kromosoma koje se ne mogu razlikovati na temelju njihove morfologije.

R pojasevi

R vrpca daje obrnuti uzorak bojenja u odnosu na G-zavoj (svijetli R trake jednaki su tamnim G i obrnuto). R-traka je posebno korisna za isticanje krajeva kromosoma koji su blago obojeni kada se koristi G-pojas.

T bendovi

T-opseg je varijanta R-pojasa u kojoj nema bojenja većine intersticijskih traka kromosoma, tako da su krajnja područja kromosoma intenzivno obojena.

Ag-NOR bendovi

Ag-NOR traka koristi se za pronalaženje NOR-a bojenjem srebrom. U Ag-NOR povezivanju neaktivni NOR geni možda neće biti obojeni. Stoga se ovo vezivanje koristi za proučavanje promjena u aktivnosti ribosomalnih gena tijekom gametogeneze i embrionalnog razvoja.

Fluorescentna in situ hibridizacija (FISH)

FISH vrpca omogućava vizualizaciju kromosoma pomoću fluorescentno označenih sondi. FISH tehnologija omogućava kariotipsku analizu stanica koje se ne dijele.

FISH povezivanje omogućava otkrivanje specifičnih DNK nizova u kromosomima, stanicama i tkivima. Zbog toga se može koristiti za otkrivanje kromosomskih nepravilnosti koje uključuju male segmente DNK.

FISH vezanje otvorilo je put za još dvije sofisticirane povezane tehnike, poznate kao spektralni kariotipizacija (SKY) i višebojne FISH (M-FISH).

U SKY i M-FISH koriste se fluorescentne boje, koje zajedno proizvode kombinacije boja, po jedna za svaki kromosom. Ove su tehnike bile vrlo korisne u otkrivanju složenih kromosomskih aberacija, poput onih koje se primjećuju kod određenih tumora i kod akutne limfoblastične leukemije.

Medicinske primjene

- Citogenetika raka. U tumorima su česte kromosomske aberacije i aneuploidije. Kromosomske translokacije mogu imati kancerogene učinke proizvodnjom fuzijskih proteina. Citogenetika se koristi za praćenje napretka liječenja raka.

- Krhka mjesta i lom kromosoma. Krhka mjesta kromosoma mogu dovesti do patologija kao što je Fragile X sindrom. Izloženost citotoksičnim agensima može uzrokovati lom kromosoma. Nosačima određenih autozomskih mutacija nedostaje sposobnost popravljanja oštećenih DNK tijekom frakture kromosoma.

- Numeričke nepravilnosti kromosoma. Broj kromosoma može dijagnosticirati trisomiju, poput one koja uzrokuje Downove, Edwardsove i Patau sindrome. Također omogućuje dijagnozu Turnerovog i Klinefelterovog sindroma.

- Kod kronične mijeloične leukemije, bijele krvne stanice imaju "Philadelphia kromosom". Ovaj nenormalni kromosom rezultat je translokacije kromosoma 9 i 22.

Reference

1. Abbott, JK, Nordén, AK, Hansson, B. 2017. Evolucija spolnih kromosoma: povijesni uvidi i buduće perspektive. Zbornik radova Kraljevskog društva B, 284, 20162806.
2. Cregan, ERC 2008. Sve o mitozi i mejozi. Objavljivanje materijala od strane nastavnika, Huntington Beach, CA.
3. Gersen, SL, Keagle, MB, eds. 2013. Principi kliničke citogenetike. Springer, New York.
4. Gosden, JR, ur. 1994. Metode u molekularnoj biologiji, svezak 29. Protokoli za analizu kromosoma. Humana Press, Totowa, NJ
5. Hughes, JF, Page, DC 2015. Biologija i evolucija Y kromosoma sisavaca. Godišnji pregled genetike, 49, 22.1–22.21.
6. Kannan, TP, Alwi, ZB 2009. Citogenetika: prošlost, sadašnjost i budućnost. Malaysian Journal of Medical Sciences, 16, 4–9.
7. Lawce, HJ, Brown, MG 2017. Citogenetika: pregled. U: Priručnik za laboratorij citogenetike AGT, četvrto izdanje. Arsham, MS, Barch, MJ, Lawce, HJ, ur. Wiley, New York.
8. Sacerdot, C., Louis, A., Bon, C., Berthelot, C., Crollius, HR 2018. Evolucija kromosoma u podrijetlu genoma kralježnjaka predaka. Genome Biology, 19, 166.
9. Schubert, I. 2007. Evolucija kromosoma. Trenutačno mišljenje o biljnoj biologiji, 10, 109-115.
10. Schulz-Schaeffer, J. 1980. Citogenetika - biljke, životinje, ljudi. Springer-Verlag, New York.