Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Информацию о научном журнале с таким названием см. В разделе « Цитогенетические и геномные исследования» .
Метафазная клетка, положительная по реаранжировке BCR / ABL с использованием FISH

Цитогенетика - это, по сути, ветвь генетики , но также часть клеточной биологии / цитологии (подразделение анатомии человека), которая касается того, как хромосомы связаны с поведением клеток, особенно с их поведением во время митоза и мейоза . [1] Используемые методы включают кариотипирование , анализ хромосом с G-полосой , другие методы цитогенетического разбиения, а также молекулярную цитогенетику, такую ​​как флуоресцентная гибридизация in situ (FISH) и сравнительная геномная гибридизация (CGH).

История [ править ]

Начало [ править ]

Хромосомы впервые были обнаружены в клетках растений Карлом Вильгельмом фон Нэгели в 1842 году. Их поведение в клетках животных ( саламандры ) было описано Вальтером Флеммингом , открывшим митоз , в 1882 году. Название было придумано другим немецким анатомом фон Вальдейером в 1888 году. .

Следующий этап наступил после развития генетики в начале 20 века, когда стало понятно, что набор хромосом ( кариотип ) является носителем генов. Левицкий, по-видимому, был первым, кто определил кариотип как фенотипическое проявление соматических хромосом в отличие от их генного содержания. [2] [3] Изучение кариотипа человека заняло много лет, чтобы решить самый главный вопрос: сколько хромосом содержит нормальная диплоидная клетка человека? [4] В 1912 году Ханс фон Винивартер сообщил о 47 хромосомах в сперматогониях и 48 вoogonia , завершая механизм определения пола XX / XO . [5] Painter в 1922 году не было уверено , что диплоидные число людей , было ли 46 или 48, в первой пользу 46. [6] Он пересмотрел свое мнение позже от 46 до 48 лет , и он правильно настаивал на людях , имеющих XX / XY систему определения пола. [7] Учитывая их методы, эти результаты были весьма примечательными. В научных книгах количество хромосом человека оставалось на уровне 48 более тридцати лет. Чтобы исправить эту ошибку, потребовались новые методы. Джо Хин Тжио работает в лаборатории Альберта Левана [8] [9] отвечал за поиск подхода:

  1. Использование клеток в культуре
  2. Предварительная обработка клеток гипотоническим раствором , который их набухает и расширяет хромосомы
  3. Остановка митоза в метафазе раствором колхицина
  4. Сдавливание препарата на слайде, вынуждающее хромосомы в одну плоскость
  5. Разрезание микрофотографии и преобразование результата в бесспорную кариограмму.

Только в 1956 году стало общепризнанным, что кариотип человека включает всего 46 хромосом. [10] [11] [12] У человекообразных обезьян 48 хромосом. Хромосома 2 человека образовалась в результате слияния наследственных хромосом, в результате чего их количество уменьшилось. [13]

Приложения в цитогенетике [ править ]

Работа МакКлинтока по кукурузе [ править ]

Барбара МакКлинток начала свою карьеру в качестве цитогенетика кукурузы . В 1931 году МакКлинток и Харриет Крейтон продемонстрировали, что цитологическая рекомбинация меченых хромосом коррелирует с рекомбинацией генетических признаков ( генов ). Макклинток, работая в Институте Карнеги , продолжил предыдущие исследования механизмов разрушения хромосом и вспышек слияния у кукурузы. Она определила конкретное событие разрыва хромосомы, которое всегда происходило в одном и том же локусе на хромосоме 9 кукурузы, которую она назвала локусом « Ds» или «диссоциация». [14]МакКлинток продолжила свою карьеру в цитогенетике, изучая механику и наследование сломанных и кольцевых (круговых) хромосом кукурузы. Во время своей цитогенетической работы МакКлинток открыла транспозоны , что в конечном итоге привело к ее Нобелевской премии в 1983 году.

Природные популяции дрозофилы [ править ]

В 1930-х годах Добжанский и его сотрудники собрали Drosophila pseudoobscura и D. persimilis из диких популяций в Калифорнии и соседних штатах. Используя метод Пейнтера [15], они изучили политенные хромосомы и обнаружили, что дикие популяции полиморфны по хромосомным инверсиям . Все мухи похожи друг на друга, какие бы инверсии они ни несли: это пример загадочного полиморфизма.

Быстро накапливались доказательства, подтверждающие, что естественный отбор виноват. Используя метод, изобретенный L'Héritier и Teissier, Добжанский разводил популяции в клетках для популяций , что позволяло кормить, разводить и собирать образцы, предотвращая побег. Это помогло исключить миграцию как возможное объяснение результатов. Запасы, содержащие инверсии с известной начальной частотой, могут поддерживаться в контролируемых условиях. Было обнаружено, что различные типы хромосом не колеблются случайным образом, как если бы они были избирательно нейтральными, а подстраивались под определенные частоты, на которых они стабилизировались. К тому времени, когда Добжанский опубликовал третье издание своей книги в 1951 г. [16]он был убежден, что хромосомные морфы поддерживаются в популяции благодаря избирательному преимуществу гетерозигот, как и в случае с большинством полиморфизмов . [17] [18]

Лилия и мышь [ править ]

Лилия является предпочтительным организмом для цитологического исследования мейоза, поскольку хромосомы большие, и каждую морфологическую стадию мейоза можно легко идентифицировать микроскопически. Хотта и др. [19] представили доказательства общего паттерна синтеза ДНК и репарации в мужских мейотических клетках лилий и грызунов во время зиготен-пахитеновых стадий мейоза, когда предполагался кроссинговер. Наличие общего паттерна между такими филогенетически далекими организмами, как лилия и мышь, привело авт. К выводу, что организация мейотического кроссинговера, по крайней мере, у высших эукариот, вероятно, универсальна по распространению.

Человеческие аномалии и медицинские применения [ править ]

Филадельфийская транслокация t (9; 22) (q34; q11.2), наблюдаемая при хроническом миелолейкозе.

После появления процедур, позволяющих легко подсчитывать хромосомы, были быстро сделаны открытия, связанные с аберрантными хромосомами или числом хромосом. При некоторых врожденных нарушениях, таких как синдром Дауна , цитогенетика выявила характер хромосомного дефекта: «простая» трисомия. Аномалии, возникающие в результате нерасхождения, могут вызывать анеуплоидию (добавление или удаление целых хромосом) у одного из родителей или у плода. В 1959 году Лежен [20] обнаружил, что у пациентов с синдромом Дауна была дополнительная копия хромосомы 21. Синдром Дауна также называют трисомией 21.

Другие обнаруженные числовые аномалии включают аномалии половых хромосом. Женщина с только одной Х-хромосомой имеет синдром Тернера , тогда как дополнительная Х-хромосома у мужчины, в результате чего всего 47 хромосом, имеет синдром Клайнфельтера . Многие другие комбинации половых хромосом совместимы с живорождением, включая XXX, XYY и XXXX. Способность млекопитающих переносить анеуплоидии в половых хромосомах возникает из-за способности их инактивировать , что требуется нормальным самкам для компенсации наличия двух копий хромосомы. Не все гены на Х-хромосоме инактивированы, поэтому у людей с лишними Х-хромосомами наблюдается фенотипический эффект.

Трисомия 13 была связана с синдромом Патау, а трисомия 18 - с синдромом Эдвардса .

В 1960 году Питер Ноуэлл и Дэвид Хангерфорд [21] обнаружили небольшую хромосому в белых кровяных тельцах пациентов с хроническим миелогенным лейкозом (ХМЛ). Эта аномальная хромосома была названа филадельфийской хромосомой, поскольку оба ученых проводили свои исследования в Филадельфии, штат Пенсильвания . Тринадцать лет спустя, с развитием более совершенных методов, Джанет Роули показала, что аномальная хромосома является результатом транслокации хромосом 9 и 22. Идентификация филадельфийской хромосомы с помощью цитогенетики является диагностической для ХМЛ.

Появление техники кольцевания [ править ]

Кариотип человека по мужскому типу.

В конце 1960-х Торбьорн Касперссон разработал технику хинакринового флуоресцентного окрашивания (Q-banding), которая позволила выявить уникальные модели полос для каждой пары хромосом. Это позволило различать пары хромосом одинакового размера с помощью четких горизонтальных полос. В настоящее время паттерны полосатости используются для выяснения точек останова и составляющих хромосом, участвующих в транслокациях хромосом . Делеции и инверсии в отдельной хромосоме также могут быть идентифицированы и описаны более точно с использованием стандартизированной номенклатуры группирования. G-полосатость (с использованием трипсина и окраски по Гимзе / Райту) была одновременно разработана в начале 1970-х годов и позволяет визуализировать структуру полос с помощью микроскопа с ярким полем.

Диаграммы, идентифицирующие хромосомы на основе шаблонов полос, известны как идиограммы . Эти карты стали основой как пренатальной, так и онкологической областей, чтобы быстро перенести цитогенетику в клиническую лабораторию, где кариотипирование позволило ученым искать хромосомные изменения. Были расширены методы, позволяющие культивировать свободные амниоциты, извлеченные из околоплодных вод , а также методы удлинения для всех типов культур, которые позволяют создавать полосы с более высоким разрешением.

Начала молекулярной цитогенетики [ править ]

В 1980-е годы были достигнуты успехи в молекулярной цитогенетике . В то время как зонды, меченные радиоизотопами, гибридизовали с ДНК с 1969 года, в настоящее время наблюдается движение к использованию флуоресцентно меченных зондов. Гибридизация их с препаратами хромосом с использованием существующих методов получила название флуоресцентной гибридизации in situ (FISH). [22] Это изменение значительно расширило использование методов зондирования, так как зонды с флуоресцентной меткой более безопасны. Дальнейшие достижения в области микроманипуляции и исследования хромосом привели к технологии микродиссекции хромосом, с помощью которой аберрации в хромосомной структуре можно было изолировать, клонировать и изучать все более детально.

Методы [ править ]

Кариотипирование [ править ]

Стандартный хромосомный анализ ( кариотипирование ) относится к анализу метафазных хромосом, которые были разбиты на группы с использованием трипсина, а затем Гимзы , Лейшмана или их смеси. Это создает уникальные полосы на хромосомах. Молекулярный механизм и причина этих паттернов неизвестны, хотя, вероятно, они связаны со временем репликации и упаковкой хроматина.

В лабораториях цитогенетики используются несколько методов разбивки хромосом. Хинакриновые полосы (Q-полосы) были первым методом окрашивания, использовавшимся для получения определенных рисунков полос. Для этого метода требуется флуоресцентный микроскоп, и он уже не так широко используется, как бэндинг Гимза (G-бэндинг). Обратное полосатость, или R-полосатость, требует термической обработки и меняет обычный черно-белый узор, который наблюдается в G-полосах и Q-полосах. Этот метод особенно полезен для окрашивания дистальных концов хромосом. Другие методы окрашивания включают окрашивание С-полосами и ядрышкообразной организующей области (окрашивание NOR). Эти последние методы специфически окрашивают определенные участки хромосомы. С-образные полосы окрашивают конститутивный гетерохроматин, который обычно находится около центромеры, а окрашивание NOR выделяет сателлиты и ножки акроцентрических хромосом .

Бэндинг с высоким разрешением включает окрашивание хромосом во время профазы или ранней метафазы (прометафазы), прежде чем они достигнут максимальной конденсации. Поскольку профазные и прометафазные хромосомы более протяженные, чем метафазные хромосомы, количество полос, наблюдаемых для всех хромосом, увеличивается примерно с 300 до 450 до 800. Это позволяет обнаруживать менее очевидные аномалии, обычно не наблюдаемые при обычном разбиении на группы.

Подготовка слайдов [ править ]

Клетки костного мозга , крови, околоплодных вод, пуповинной крови , опухоли и тканей (включая кожу, пуповину , ворсинки хориона, печень и многие другие органы) можно культивировать с использованием стандартных методов культивирования клеток, чтобы увеличить их количество. Митотический ингибитор ( колхицин , колцемид ) затем добавляли к культуре. Это останавливает деление клеток при митозе.что позволяет увеличить выход митотических клеток для анализа. Затем клетки центрифугируют, среду и ингибитор митоза удаляют и заменяют гипотоническим раствором. Это вызывает набухание белых кровяных телец или фибробластов, так что хромосомы распространяются при добавлении на предметное стекло, а также лизируют эритроциты. После того, как клеткам дали посидеть в гипотоническом растворе, добавляют фиксатор Карнуа (3: 1 метанол к ледяной уксусной кислоте ). Это убивает клетки и укрепляет ядра оставшихся лейкоцитов. Клетки обычно фиксируются повторно, чтобы удалить остатки или оставшиеся эритроциты. Затем суспензию клеток наносят на предметные стекла. После выдержки предметных стекол в духовке или ожидания в течение нескольких дней они готовы для обвязки и анализа.

Анализ [ править ]

Анализ полосовых хромосом выполняется под микроскопом специалистом клинической лаборатории по цитогенетике (CLSp (CG)). Обычно анализируется 20 ячеек, чего достаточно, чтобы исключить мозаичность до приемлемого уровня. Результаты суммируются и передаются сертифицированному цитогенетику для рассмотрения и написания интерпретации с учетом предыдущей истории болезни пациента и других клинических данных. Затем результаты представлены в Международной системе цитогенетической номенклатуры человека 2009 (ISCN2009).

Флуоресцентная гибридизация in situ [ править ]

Интерфазные клетки, положительные по перегруппировке at (9; 22)

Флуоресцентная гибридизация in situ (FISH) относится к использованию флуоресцентно меченного зонда для гибридизации с цитогенетическими клеточными препаратами.

В дополнение к стандартным препаратам FISH также может выполняться на:

  • мазки костного мозга
  • мазки крови
  • парафиновые тканевые препараты
  • ферментативно диссоциированные образцы тканей
  • некультивируемый костный мозг
  • некультурный amniocytes
  • Цитоспиновые препараты

Подготовка слайдов [ править ]

Этот раздел относится к приготовлению стандартных цитогенетических препаратов.

Предметное стекло выдерживают с использованием солевого раствора, обычно состоящего из 2X SSC (соль, цитрат натрия). Затем предметные стекла обезвоживают в этаноле и добавляют смесь зондов. Затем образец ДНК и ДНК зонда совместно денатурируют с использованием нагретой пластины и дают возможность повторно отжигаться в течение не менее 4 часов. Затем предметные стекла промывают для удаления избытка несвязанного зонда и окрашивают 4 ', 6-диамидино-2-фенилиндолом ( DAPI ) или иодидом пропидия.

Анализ [ править ]

Анализ образцов FISH проводится с помощью флуоресцентной микроскопии специалистом клинической лаборатории по цитогенетике. В онкологии обычно оценивают большое количество интерфазных клеток, чтобы исключить остаточную болезнь низкого уровня, обычно подсчитывают и оценивают от 200 до 1000 клеток. При врожденных проблемах обычно оценивается 20 метафазных клеток.

Будущее цитогенетики [ править ]

В настоящее время достижения сосредоточены на молекулярной цитогенетике, включая автоматизированные системы для подсчета результатов стандартных препаратов FISH и методы виртуального кариотипирования , такие как сравнительные массивы геномной гибридизации, CGH и массивы однонуклеотидного полиморфизма .

См. Также [ править ]

  • Цитотаксономия
  • Кариотип
  • Молекулярная цитогенетика
  • Плоидность
  • Виртуальный кариотип

Ссылки [ править ]

  1. ^ Rieger, R .; Michaelis, A .; Грин, М.М. (1968), Словарь генетики и цитогенетики: классический и молекулярный , Нью-Йорк: Springer-Verlag, ISBN. 978-0-387-07668-3CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
  2. ↑ Левицкий, Григорий Андреевич (1924). Material'nye Основ nasledstvennosti [ Материал Основа Наследственность ] (на русском языке ). Киев: Госиздат Украины.[ требуется страница ]
  3. ↑ Левицкий Г.А. (1931). «Морфология хромосом». Бык. Прикладной бот. Genet. Порода растений . 27 : 19–174.
  4. ^ Коттлер, Малкольм Джей (1974). «От 48 до 46: цитологический метод, предубеждение и подсчет хромосом человека». Вестник истории медицины . 48 (4): 465–502. JSTOR 44450164 . PMID 4618149 . ProQuest 1296285397 .   
  5. ^ фон Винивартер H (1912). "Études sur la spermatogense humaine" [Исследования сперматогенеза человека]. Arch. Biologie (на французском). 27 (93): 147–149.
  6. ^ Художник Т.С. "Сперматогенез человека" с. 129 в «Тезисах» . Анатомическая запись . 23 (1): 89–132. Январь 1922 г. doi : 10.1002 / ar.1090230111 .
  7. ↑ Художник Теофил С. (апрель 1923 г.). «Исследования сперматогенеза у млекопитающих. II. Сперматогенез человека». Журнал экспериментальной зоологии . 37 (3): 291–336. DOI : 10.1002 / jez.1400370303 .
  8. ↑ Райт, Пирс (11 декабря 2001 г.). «Джо Хин Тжио. Человек, взломавший счет хромосом» . Хранитель . Архивировано 25 августа 2017 года.
  9. ↑ Саксон, Вольфганг (7 декабря 2001 г.). «Джо Хин Чио, 82 года; биолог-исследователь подсчитал хромосомы» . Нью-Йорк Таймс . Архивировано 12 мая 2013 года.
  10. ^ Тжио, Джо Хин; Леван, Альберт (9 июля 2010 г.). «Число хромосом человека» . Наследие . 42 (1–2): 723–4. DOI : 10.1111 / j.1601-5223.1956.tb03010.x . PMID 345813 . 
  11. Перейти ↑ Hsu, TC (2012). Цитогенетика человека и млекопитающих: историческая перспектива . Springer Science & Business Media. ISBN 978-1-4612-6159-9.[ требуется страница ]
  12. ^ "Архивная копия" . Архивировано 17 февраля 2011 года . Проверено 15 марта 2011 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка ) Encyclopdia Britannica, Хромосома человека
  13. ^ "Архивная копия" . Архивировано 20 августа 2011 года . Проверено 29 мая 2010 .CS1 maint: archived copy as title (link) Страницы эволюции, слияние хромосом
  14. ^ Ravindran, Sandeep (11 декабря 2012). «Барбара МакКлинток и открытие прыгающих генов» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 109 (50): 20198–20199. DOI : 10.1073 / pnas.1219372109 . PMC 3528533 . PMID 23236127 .  
  15. ^ Художник, TS (22 декабря 1933). «Новый метод изучения хромосомных перестроек и построения хромосомных карт». Наука . 78 (2034): 585–586. Bibcode : 1933Sci .... 78..585P . DOI : 10.1126 / science.78.2034.585 . PMID 17801695 . 
  16. ^ Добжанский Т. 1951. Генетика и происхождение видов . 3-е изд., Издательство Колумбийского университета, Нью-Йорк.
  17. ^ Добжанский Т. 1970. Генетика эволюционного процесса . Columbia University Press, Нью-Йорк
  18. ^ [Добжанский Т.] 1981. Добжанский генетика природных популяций . ред. Левонтин Р.К., Мур Дж. А., Провин ВБ и Уоллес Б. Издательство Колумбийского университета, штат Нью-Йорк.
  19. ^ Хотта, Ясуо; Chandley, Ann C .; Стерн, Герберт (сентябрь 1977 г.). «Мейотический кроссинговер у лилии и мыши». Природа . 269 (5625): 240–242. Bibcode : 1977Natur.269..240H . DOI : 10.1038 / 269240a0 . PMID 593319 . S2CID 4268089 .  
  20. ^ Лежен, Жером; Готье, Марта; Терпин, Раймонд (16 марта 1959). "Étude des chromosomes somatiques des neuf enfants mongoliens" [Исследование соматических хромосом у 9 детей-монголоидов]. Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des Sciences (на французском языке). 248 (11): 1721–1722. OCLC 871332352 . PMID 13639368 . NAID 10008406728 .   
  21. ^ Ноуэлл PC, Hungerford DA. «Минутная хромосома при хроническом гранулоцитарном лейкозе человека». С. 1497–1501 в "Национальной академии наук". Наука . 132 (3438): 1488–1501. 18 ноября 1960 г. doi : 10.1126 / science.132.3438.1488 . PMID 17739576 . 
  22. Перейти ↑ Gupta, PK (2007). Цитогенетика . Публикации Растоги. ISBN 978-81-7133-737-8.[ требуется страница ]

Внешние ссылки [ править ]

  • Цитогенетический справочник
  • Цитогенетические ресурсы
  • Цитогенетика человека - хромосомы и кариотипы
  • Ассоциация генетических технологов
  • Ассоциация клинических цитогенетиков
  • Медицинский блог Gladwin
  • Цитогенетика - Технологии, рынки и компании
  • Цитогенетика-методы и устранение неисправностей
  • Отдел цитогенетики Викиверситета