CYTOGENETIKA: HISTÓRIA, ČO ŠTUDUJE, TECHNIKY, APLIKÁCIE - BIOLÓGIE - 2026

Cytogenetická je štúdium morfológie, štruktúry a funkcie chromozómov, vrátane ich zmien v priebehu somatickej bunkové delenie alebo mitóze a počas reprodukčného bunkového delenia, alebo meiózy.

Cytologia tiež študuje faktory, ktoré spôsobujú chromozomálne zmeny, vrátane patologických, ktoré sa objavujú z jednej generácie na druhú, a vývojové, ktoré pôsobia po mnoho generácií.

Zdroj: pixabay.com

histórie

Pamätné roky a udalosti v histórii cytogenetiky sú nasledujúce:

- V roku 1842 Karl Wilhelm von Nägeli pozoroval „prechodné kmeňové bunky“, neskôr nazývané chromozómy.

- V roku 1875 Eduard Strasburger identifikoval chromozómy v rastlinách. V roku 1979 to urobil Walther Flemming na zvieratách. Flemming razil pojmy chromatín, profáza, metafáza, anafáza a telopáza.

- V roku 1888 W. Waldeyer razil termín chromozóm.

- V roku 1893 vydal Oscar Hertwig prvý text o cytogenetike.

- V roku 1902 Theodor Boveri a Walter Sutton objavili homológne chromozómy.

- V roku 1905 Nettie Stevens identifikovala chromozóm Y.

- V roku 1937 Albert Blakeslee a AG Avery zastavili metafázu s kolchicínom, čo výrazne uľahčilo pozorovanie chromozómov.

- V roku 1968 opísali Torbjörn Caspersson a kol. Pásma Q. V roku 1971 Bernard Dutrillaux a Jerome Lejeune opísali pásma R.

- V roku 1971 sa o skupinách C diskutovalo na konferencii o nomenklatúre ľudských chromozómov.

- V roku 1975 C. Goodpasture a SE Bloom opísali farbenie Ag-NOR.

- V roku 1979 Jorge Yunis opísal metódy s vysokým rozlíšením pre G pásma.

- V rokoch 1986 - 1988 Daniel Pinkel a Joe Gray vyvinuli techniku ​​FISH (fluorescenčná in situ hybridizácia).

- V roku 1989 mikrodisekované chromozómy Hermann - Josef Lüdecke.

- V roku 1996 Evelyn Schröck a Thomas Ried opísali multichromatické spektrálne karyotypické písanie.

Objavy u ľudí

V roku 1914 Theodor Boveri navrhol, že rakovina môže byť spôsobená chromozomálnymi zmenami. V roku 1958 Charles E. Ford pozoroval chromozomálne abnormality počas leukémie.

V roku 1922 publikoval Theophilus Painter, že ľudia majú 48 chromozómov. Trvalo až do roku 1956, kým Jo Hin Tjio a Albert Levan preukázali, že v skutočnosti majú 46 chromozómov.

V roku 1932 PJ Waardenburg navrhol, bez toho, aby to dokázal, že Downov syndróm by mohol byť výsledkom chromozomálnej aberácie. V roku 1959 Jerome Lejeune preukázal prítomnosť extra somatického chromozómu u pacientov s Downovým syndrómom.

V roku 1959 Charles E. Ford uviedol, že ženy s Turnerovým syndrómom nemajú jeden z dvoch chromozómov X, zatiaľ čo Patricia Jacobs a John Strong objavili prítomnosť extra X chromozómu u mužov s Klinefelterovým syndrómom.

V roku 1960 JA Böök a Berta Santesson opísali triploidiu, Klaus Patau opísal trizómiu 13 a John Edwards opísal trizómiu 18.

V roku 1969 Herbert Lubs prvýkrát objavil syndróm Fragile X. V tom istom roku sa amniocentéza začala používať na cytogenetickú diagnostiku.

Štúdijný odbor

Cytogenetici študujú chromozomálny vývoj živých vecí pomocou karyotypov na fylogenetickú analýzu a riešenie taxonomických problémov.

Ďalej skúmajú epidemiologické aspekty ľudských chromozomálnych aberácií a environmentálnych faktorov, ktoré ich vytvárajú, diagnostikujú a liečia pacientov postihnutých chromozomálnymi abnormalitami a vyvíjajú molekulárne prístupy na dešifrovanie štruktúry, funkcie a vývoja chromozómov.

Morfológia chromozómov

Každý chromozóm sa skladá z dvoch chromatidov, ktoré sú držané pohromade zúžením nazývaným centroméra. Časti chromozómu, ktoré začínajú centromérou, sa nazývajú ramená.

Chromozómy sa nazývajú metacentrické, keď majú v strede centroméru; submetacentrické, ak ho majú mierne od stredu, takže protiľahlé ramená nemajú rovnakú dĺžku; akrocentrický, ak je centroméra blízko jedného z extrémov; a telocentrické, ak je centroméra len na jednom konci chromozómu.

Techniky: spracovanie vzoriek

Kroky, ktoré je potrebné vykonať pri spracovaní vzoriek, sú nasledujúce.

Získanie vzorky

Získanie požadovaného tkaniva, jeho uloženie v médiu a vo vhodných fľaštičkách.

Kultúra

S výnimkou vzoriek na analýzu FISH sa pred zberom vyžaduje doba kultivácie od jedného dňa do niekoľkých týždňov.

Zozbierané

Je to získavanie buniek v metafáze.

Zastavenie mitózy

Štandardná cytogenetická analýza vyžaduje zastavenie mitózy, aby bunky zostali v metafáze pomocou kolchicínu alebo Colcemid®.

Hypotonická liečba

Zvyšuje objem buniek, čo umožňuje predĺženie chromozómov.

Fixačný

Metanol - kyselina octová 3: 1 sa používa na odstránenie vody z buniek, stvrdnutie membrán a chromatínu na farbenie.

Príprava plechov

Fixované bunky sa nanesú na mikroskopické sklíčka a potom sa vysušia.

Farbenie chromozómov

Existuje niekoľko metód farbenia na rozpoznanie rozdielov medzi chromozómami. Najbežnejšia je G.

Mikroskopická analýza

Umožňuje vám vybrať vhodné bunky na pozorovanie a fotografovanie chromozómov.

Príprava karyogramov

Na základe fotografií buniek v metafáze sa obrázky súboru chromozómov reprezentatívnej bunky zostavia na neskoršie štúdium.

Chromozómové pásy

Existujú štyri typy chromozomálnych pásov: heterochromatické pásy; euchromatické pásy, oblasti organizujúce jadro (NOR); kinetochores.

Heterochromatické pásy sa javia ako diskrétne bloky. Zodpovedajú heterochromatínu, ktorý obsahuje vysoko opakujúce sa sekvencie DNA, ktoré predstavujú konvenčné gény a nie sú na rozhraní dekondenzované.

Euchromatické pásy pozostávajú z radu striedajúcich sa segmentov, ktoré sú alebo nie sú ovplyvnené zafarbením. Tieto pásy sa líšia veľkosťou a vytvárajú charakteristické vzory charakteristické pre každý pár chromozómov druhu, čo ich robí veľmi užitočnými pre identifikáciu chromozomálnych translokácií a preusporiadaní.

NOR sú segmenty chromozómov, ktoré obsahujú stovky alebo tisíce ribozomálnych RNA génov. Bežne sa vizualizujú ako zúženia.

Kinetochores sú väzbové miesta vretena mikrotubúl k chromozómom.

Farbenie chromozomálnych pásov

Pásikovanie chromozómov spočíva v technikách farbenia, ktoré odhaľujú vzorce pozdĺžnej diferenciácie (svetlé a tmavé oblasti), ktoré nebolo možné vidieť inak. Tieto vzorce umožňujú porovnávať rôzne druhy a študovať vývojové a patologické zmeny na úrovni chromozómov.

Metódy pruhovania chromozómov sú rozdelené na tie, ktoré používajú absorpčné farbenie, typicky pigmenty Giemsa, a tie, ktoré používajú fluorescenciu. Metódy absorpčného farbenia vyžadujú predbežné fyzikálno-chemické ošetrenie, ako je opísané v časti „Spracovanie vzoriek“.

Niektoré typy pruhov umožňujú dôkaz vzorov obmedzených oblastí chromozómov súvisiacich s funkčnými vlastnosťami. Iné umožňujú vizualizáciu rozdielov medzi homológnymi chromozómami, ktoré umožňujú identifikovať segmenty.

C pásma

C-pruhovanie zafarbí väčšinu heterochromatických pásov, čo z neho robí univerzálnu techniku ​​na preukázanie prítomnosti heterochromatínu v chromozómoch. Iné metódy farbia iba časť celkového heterochromatínu, čo ich robí užitočnejšími ako C-pásy na rozlíšenie medzi typmi heterochromatínu.

Q pásma

Q-bandážovanie je najstaršou technikou farbenia. Za svoj názov vďačí používaniu chinakrínu. Je účinný bez ohľadu na metódu prípravy chromozómov. Je to alternatívna metóda k páskovaniu pásom G. Používa sa zriedka, ale jeho spoľahlivosť ho robí užitočným v prípade, ak je materiál nedostatočný alebo je ťažké pásikovať.

G pásma

G-pásmo, založené na použití Giemsy a trypsínu, je dnes najviac využívané. Umožňuje detekciu translokácií, inverzií, vymazaní a duplikácií. Je to najpoužívanejšia metóda charakterizácie karyotypov u stavovcov, ktorá ukazuje rozdiely medzi chromozómami, ktoré nemožno rozlíšiť len na základe ich morfológie.

R pásma

Prúžok R vytvára inverzný vzor zafarbenia vzhľadom na prúžok G (ľahké pruhy R majú rovnaké tmavé pruhy G a naopak). Pásik R je zvlášť užitočný na zvýraznenie koncov chromozómov, ktoré sú pri použití pásika G mierne zafarbené.

T pásma

T pásik je variantom R pásu, v ktorom nedochádza k zafarbeniu väčšiny intersticiálnych pásov chromozómov, takže terminálne oblasti chromozómov sú intenzívne zafarbené.

Pásy Ag-NOR

Bandážovanie Ag-NOR sa používa na lokalizáciu NOR farbením striebrom. Pri páskovaní Ag-NOR sa neaktívne NOR gény nemusia zafarbiť. Preto sa táto bandáž používa na štúdium zmien aktivity ribozomálnych génov počas gametogenézy a embryonálneho vývoja.

Fluorescenčná in situ hybridizácia (FISH)

Prúžok FISH umožňuje vizualizáciu chromozómov pomocou fluorescenčne označených sond. Technológia FISH umožňuje karyotypovú analýzu buniek, ktoré sa nerozdeľujú.

Prúžok FISH umožňuje detekciu špecifických sekvencií DNA v chromozómoch, bunkách a tkanivách. Preto sa môže použiť na detekciu chromozomálnych abnormalít, ktoré zahŕňajú malé segmenty DNA.

Bandážovanie FISH vydláždilo cestu pre ďalšie sofistikovanejšie súvisiace techniky, známe ako spektrálne karyotypovanie (SKY) a viacfarebné FISH (M-FISH).

V SKY a M-FISH sa používajú fluorescenčné farbivá, ktoré spolu vytvárajú kombinácie farieb, jednu pre každý chromozóm. Tieto techniky boli veľmi užitočné pri detekcii komplexných chromozomálnych aberácií, ako sú tie, ktoré sa pozorujú pri určitých nádoroch a pri akútnej lymfoblastickej leukémii.

Lekárske aplikácie

- Cytogenetika rakoviny. V nádoroch sú bežné chromozomálne aberácie a aneuploidia. Chromozomálne translokácie môžu mať karcinogénne účinky prostredníctvom výroby fúznych proteínov. Cytogenetika sa používa na monitorovanie postupu liečby rakoviny.

- Krehké miesta a zlomenina chromozómov. Krehké chromozómové miesta môžu viesť k patológiám, ako je napríklad Fragile X syndróm. Vystavenie cytotoxickým látkam môže spôsobiť frakciu chromozómov. Nosiče určitých autozomálnych mutácií nemajú schopnosť opraviť DNA poškodenú pri chromozómovej frakcii.

- Numerické abnormality chromozómov. Počet chromozómov môže diagnostikovať trizómy, ako je ten, ktorý spôsobuje Downove, Edwardsove a Patauove syndrómy. Umožňuje tiež diagnostikovanie Turnerovho a Klinefelterovho syndrómu.

- Pri chronickej myeloidnej leukémii majú biele krvinky chromozóm Philadelphia. Tento abnormálny chromozóm je výsledkom translokácie chromozómov 9 a 22.

Referencie

1. Abbott, JK, Nordén, AK, Hansson, B. 2017. Vývoj pohlavných chromozómov: historické poznatky a perspektívy do budúcnosti. Zborník kráľovskej spoločnosti B, 284, 20162806.
2. Cregan, ERC 2008. Všetko o mitóze a meióze. Vydavateľ publikoval materiály, Huntington Beach, CA.
3. Gersen, SL, Keagle, MB, ed. 2013. Zásady klinickej cytogenetiky. Springer, New York.
4. Gosden, JR, ed. 1994. Methods in molekulárna biológia, zväzok 29. Protokoly o chromozómovej analýze. Humana Press, Totowa, NJ
5. Hughes, JF, Page, DC 2015. Biológia a vývoj chromozómov Y u cicavcov. Ročný prehľad genetiky, 49, 22,1–22,21.
6. Kannan, TP, Alwi, ZB 2009. Cytogenetika: minulosť, prítomnosť a budúcnosť. Malaysian Journal of Medical Sciences, 16, 4–9.
7. Lawce, HJ, Brown, MG 2017. Cytogenetika: prehľad. In: The AGT Cytogenetics Laboratory Manuál, 4. vydanie. Arsham, MS, Barch, MJ, Lawce, HJ, eds. Wiley, New York.
8. Sacerdot, C., Louis, A., Bon, C., Berthelot, C., Crollius, HR 2018. Vývoj chromozómov na začiatku genómu pôvodných stavovcov. Genome Biology, 19, 166.
9. Schubert, I. 2007. Vývoj chromozómov. Aktuálne stanovisko v Plant Biology, 10, 109-115.
10. Schulz-Schaeffer, J. 1980. Cytogenetika - rastliny, zvieratá, ľudia. Springer-Verlag, New York.