Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для академического журнала см. Молекулярная цитогенетика .
Изображение: пример кариотипирования, показывающий всего 46 хромосом в геноме.

Молекулярная цитогенетика объединяет две дисциплины, молекулярную биологию и цитогенетику , и включает анализ структуры хромосом, чтобы помочь различить нормальные и вызывающие рак клетки. Цитогенетика человека началась в 1956 году, когда было обнаружено, что нормальные клетки человека содержат 46 хромосом. Однако о первых микроскопических наблюдениях хромосом сообщили Арнольд, Флемминг и Хансеманн.в конце 1800-х гг. Их работа игнорировалась в течение десятилетий, пока фактическое число хромосом у людей не было обнаружено как 46. В 1879 году Арнольд исследовал клетки саркомы и карциномы с очень большими ядрами. Сегодня изучение молекулярной цитогенетики может быть полезно для диагностики и лечения различных злокачественных новообразований, таких как гематологические злокачественные новообразования, опухоли головного мозга и других предшественников рака. Эта область в целом сосредоточена на изучении эволюции хромосом, в частности количества, структуры, функции и происхождения хромосомных аномалий. [1] [2] Он включает серию методов, называемых флуоресцентной гибридизацией in situ , или FISH, в которых ДНКзонды помечены флуоресцентными метками разного цвета для визуализации одной или нескольких конкретных областей генома. Представленный в 1980-х годах, FISH использует зонды с комплементарными последовательностями оснований для определения наличия или отсутствия конкретных участков ДНК, которые вы ищете. FISH может быть выполнен как прямой доступ к метафазным хромосомам или интерфазным ядрам. В качестве альтернативы может быть использован косвенный подход, при котором весь геном может быть оценен на предмет изменений числа копий с использованием виртуального кариотипирования. Виртуальные кариотипы генерируются из массивов, состоящих из тысяч и миллионов зондов, а вычислительные инструменты используются для воссоздания генома in silico .

Общие техники [ править ]

Флуоресцентная гибридизация in situ (FISH) [ править ]

FISH-изображения хромосом делящихся клеток орангутана (слева) и человека (справа). Желтый зонд показывает 4 копии области в геноме орангутана и только 2 копии в геноме человека.

Флуоресценция. Гибридизация in situ позволяет картировать единичные или повторяющиеся последовательности ДНК посредством локализационного мечения конкретных нуклеиновых кислот. В этом методе используются различные ДНК-зонды, меченные флуоресцентными метками, которые связываются с одним или несколькими конкретными участками генома. [3]Он маркирует все отдельные хромосомы на каждой стадии деления клетки, чтобы отображать структурные и числовые аномалии, которые могут возникать на протяжении всего цикла. Это делается с помощью зонда, который может быть локус-специфичным, центромерным, теломерным и цельнохромосомным. Этот метод обычно выполняется на интерфазных клетках и тканях парафинового блока. FISH отображает единичные или повторяющиеся последовательности ДНК посредством локализационного мечения конкретных нуклеиновых кислот. В этом методе используются различные ДНК-зонды, меченные флуоресцентными метками, которые связываются с одним или несколькими конкретными участками генома. Сигналы от флуоресцентных меток можно увидеть под микроскопом., а мутации можно увидеть, сравнив эти сигналы со здоровыми клетками. Чтобы это сработало, ДНК необходимо денатурировать с помощью тепла или химикатов, чтобы разорвать водородные связи; это позволяет гибридизации происходить после смешивания двух образцов. Флуоресцентные зонды создают новые водородные связи, таким образом восстанавливая ДНК с помощью своих дополнительных оснований, что можно обнаружить с помощью микроскопии. FISH позволяет визуализировать различные части хромосомы на разных этапах клеточного цикла. FISH может быть выполнен как прямой доступ к метафазным хромосомам или интерфазным ядрам. В качестве альтернативы может быть использован косвенный подход, при котором весь геном может быть оценен на предмет изменений числа копий с использованием виртуального кариотипирования. Виртуальные кариотипыгенерируются из микрочипов, состоящих из тысяч и миллионов зондов, а вычислительные инструменты используются для воссоздания генома in silico . [4]

Сравнительная геномная гибридизация (CGH) [ править ]

Сравнительная геномная гибридизация (CGH), полученная из FISH, используется для сравнения вариаций числа копий между биологическим образцом и эталоном. Изначально CGH был разработан для наблюдения за хромосомными аберрациями в опухолевых клетках. В этом методе используются два генома, образец и контроль, которые помечены флуоресцентной меткой, чтобы различать их. [5] В CGH ДНК выделяется из образца опухоли и присоединяется биотин. Другой меченый белок, дигоксигенин, прикреплен к эталонному образцу ДНК. [6] Меченые образцы ДНК совместно гибридизуются с зондами во время деления клеток, что является наиболее информативным временем для наблюдения за изменением числа копий. [7]CGH использует карту, которая показывает относительное количество ДНК и количество хромосом. Сравнивая флуоресценцию в образце с эталоном, CGH может указывать на усиление или потерю хромосомных областей. [6] [8] CGH отличается от FISH, потому что не требует конкретной цели или предварительных знаний об анализируемой генетической области. CGH также может относительно быстро сканировать весь геном на предмет различных хромосомных дисбалансов, и это полезно для пациентов с основными генетическими проблемами и когда официальный диагноз не известен. Это часто происходит с гематологическим раком.

Сравнительная геномная гибридизация массива (aCGH) [ править ]

Сравнительная геномная гибридизация массивов (aCGH) позволяет проводить CGH без культивирования и выделения клеток. Вместо этого он выполняется на предметных стеклах, содержащих небольшие фрагменты ДНК. [9] Удаление клеточной культуры и этапа выделения значительно упрощает и ускоряет процесс. Используя принципы, аналогичные CGH, образец ДНК выделяют и флуоресцентно метят, а затем совместно гибридизируют с одноцепочечными зондами для генерации сигналов. Тысячи этих сигналов могут быть обнаружены одновременно, и этот процесс называется параллельным экранированием. [10] Измеряются отношения флуоресценции между образцом и эталонным сигналом, представляющие среднюю разницу между количеством каждого из них. Это покажет, больше или меньше образцов ДНК, чем ожидается по ссылке.

Приложения [ править ]

Клетка, содержащая перестройку хромосомных областей bcr / abl (верхняя левая красная и зеленая хромосома). Эта перестройка связана с хроническим миелолейкозом и была обнаружена с помощью FISH.

Гибридизация FISH-хромосомы in-situ позволяет изучать цитогенетику в пре- и постнатальных образцах, а также широко используется в цитогенетическом тестировании на рак. В то время как цитогенетика - это изучение хромосом и их структуры, цитогенетическое тестирование включает анализ клеток крови, ткани, костного мозга или жидкости для выявления изменений в хромосомах человека. Часто это делалось посредством кариотипирования, а теперь делается с помощью FISH. Этот метод обычно используется для обнаружения хромосомных делеций или транслокаций, часто связанных с раком. FISH также используется при меланоцитарных поражениях, чтобы отличить атипичную меланоцитарную или злокачественную меланому. [11]

В раковых клетках часто накапливаются сложные структурные изменения хромосомы, такие как потеря, дупликация, инверсия или перемещение сегмента. [12] При использовании FISH любые изменения в хромосоме будут видны из-за несоответствий между флуоресцентно меченными раковыми хромосомами и здоровыми хромосомами. [12] Результаты этих цитогенетических экспериментов могут пролить свет на генетические причины рака и определить местонахождение потенциальных терапевтических мишеней. [13]

Молекулярная цитогенетика также может использоваться в качестве диагностического инструмента для врожденных синдромов, при которых основные генетические причины заболевания неизвестны. [14] Анализ хромосомной структуры пациента может выявить причинные изменения. Новые методы молекулярной биологии, разработанные за последние два десятилетия, такие как секвенирование следующего поколения и RNA-seq , в значительной степени вытеснили молекулярную цитогенетику в диагностике, но в последнее время в медицине все чаще стали использовать производные FISH, такие как многоцветный FISH и многоцветный бандаж Приложения. [15]

Раковые проекты [ править ]

Один из текущих проектов, связанных с молекулярной цитогенетикой, включает геномные исследования редких видов рака, называемые Инициативой по характеристике генома рака (CGCI) . [16] CGCI - это группа, заинтересованная в описании генетических аномалий некоторых редких видов рака с использованием расширенного секвенирования геномов, экзомов и транскриптомов, которые в конечном итоге могут играть роль в патогенезе рака. [16] В настоящее время CGCI выявила некоторые ранее неустановленные генетические изменения в медуллобластоме и В-клеточной неходжкинской лимфоме . Следующие шаги для CGCI - выявление геномных альтернаций в опухолях ВИЧ + и лимфоме Беркитта .

Некоторые методы с высоким пропускной способностью для секвенирования, которые используются в CGCI включают: все секвенирование генома , транскрипт последовательность, Обломок-последовательность и Illumina Infinum MethylationEPIC BeadCHIP . [17]

Ссылки [ править ]

  1. Перейти ↑ Kearney L, Horsley SW (сентябрь 2005 г.). «Молекулярная цитогенетика при злокачественных гематологических заболеваниях: современные технологии и перспективы на будущее». Хромосома . 114 (4): 286–94. DOI : 10.1007 / s00412-005-0002-Z . PMID  16003502 .
  2. ^ Bigner SH, Schröck E (ноябрь 1997). «Молекулярная цитогенетика опухолей головного мозга» . Журнал невропатологии и экспериментальной неврологии . 56 (11): 1173–81. DOI : 10.1097 / 00005072-199711000-00001 . PMID 9370227 . 
  3. Перейти ↑ O'Connor C (2008). «Флуоресцентная гибридизация in situ (FISH)» . Природное образование . 1 (1): 171.
  4. ^ Мартин EA, McFerran TA, ред. (2017). Словарь медсестер . Издательство Оксфордского университета.
  5. ^ "Цитогенетическое тестирование | DermNet NZ" . www.dermnetnz.org . Проверено 2 апреля 2020 .
  6. ^ a b Banerjee D (15 января 2013 г.). Сравнительная геномная гибридизация массивов: протоколы и приложения . Нью-Йорк: Humana Press. С. 1–13.
  7. ^ Pinkel D, Альбертсон DG (2005). «Сравнительная геномная гибридизация». Ежегодный обзор геномики и генетики человека . 6 (1): 331–54. DOI : 10.1146 / annurev.genom.6.080604.162140 . PMID 16124865 . 
  8. ↑ Trask BJ (октябрь 2002 г.). «Цитогенетика человека: 46 хромосом, 46 лет и больше». Природа Обзоры Генетики . 3 (10): 769–78. DOI : 10.1038 / nrg905 . PMID 12360235 . 
  9. ^ Лучито Р., Хили Дж., Александр Дж., Райнер А., Эспозито Д., Чи М. и др. (Октябрь 2003 г.). «Репрезентативный анализ микроматрицы олигонуклеотидов: метод высокого разрешения для обнаружения вариации числа копий генома» . Геномные исследования . 13 (10): 2291–305. DOI : 10.1101 / gr.1349003 . PMC 403708 . PMID 12975311 .  
  10. ^ Робсон СК, Читти Л.С., Моррис С., Верхоф Т., Амблер Г., Веллесли Д.Г., Грэм Р., Лидер С, Фишер Дж, Кролла Дж.А. (февраль 2017 г.). «Оценка сравнительной геномной гибридизации массива в пренатальной диагностике аномалий плода: многоцентровое когортное исследование с анализом затрат и оценкой предпочтений пациента, медицинского работника и комиссара для сравнительной геномной гибридизации массива» . Оценка эффективности и механизмов . 4 (1): 1–104. DOI : 10,3310 / eme04010 . PMID 28182369 . 
  11. ^ "Цитогенетическое тестирование | DermNet NZ" . www.dermnetnz.org . Проверено 2 апреля 2020 .
  12. ^ a b Рао PH, Нандула С.В., Мурти В.В. (2007). «Молекулярно-цитогенетические приложения в анализе генома рака». В Фишере ПБ (ред.). Геномика и протеомика рака: методы и протоколы . Методы молекулярной биологии. 383 . Humana Press. С. 165–85. DOI : 10.1007 / 978-1-59745-335-6_11 . ISBN 9781597453356. PMID  18217685 .
  13. Перейти ↑ Wan TS (2017). «Цитогенетика рака: введение». В Ван Т.С. (ред.). Цитогенетика рака . Методы молекулярной биологии. 1541 . Springer Нью-Йорк. С. 1–10. DOI : 10.1007 / 978-1-4939-6703-2_1 . ISBN 9781493967018. PMID  27910009 .
  14. ^ Спейчера MR, Картер NP (октябрь 2005). «Новая цитогенетика: стирание границ с молекулярной биологией». Природа Обзоры Генетики . 6 (10): 782–92. DOI : 10.1038 / nrg1692 . PMID 16145555 . 
  15. ^ Balajee AS, Hande MP (декабрь 2018). «История и эволюция цитогенетических методов: текущее и будущее применение в фундаментальных и клинических исследованиях». Мутационные исследования / Генетическая токсикология и мутагенез в окружающей среде . Памяти профессора Адаяпалама Т. Натараджана. 836 (Pt A): 3–12. DOI : 10.1016 / j.mrgentox.2018.08.008 . PMID 30389159 . 
  16. ^ a b GenomeOC (18 января 2013 г.). «Инициатива по характеристике генома рака» . Офис онкологической геномики . Проверено 5 октября 2019 .
  17. ^ "GenomeOC Research" . Офис онкологической геномики . 2013-02-04 . Проверено 5 октября 2019 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Ресурсы по цитогенетике
  • Цитогенетика человека - хромосомы и кариотипы
  • Ассоциация генетических технологов
  • Ассоциация клинических цитогенетиков
  • Цитогенетика - Технологии, рынки и компании