Jump to content

Цитогенетика

(Перенаправлено с Цитогенетик )
Метафазная клетка, положительная на перегруппировку BCR/ABL с использованием FISH

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

Хромосомы впервые наблюдал в растительных клетках Карл Нэгели в 1842 году. Их поведение в клетках животных ( саламандры ) описал Вальтер Флемминг , первооткрыватель митоза , в 1882 году. Название придумал другой немецкий анатом, фон Вальдейер, в 1888 году.

Следующий этап наступил после развития генетики в начале 20 века, когда было признано, что набор хромосом ( кариотип ) является носителем генов. Левицкий, по-видимому, был первым, кто определил кариотип как фенотипический вид соматических хромосом в отличие от их генного содержания. [2] [3] Исследования кариотипа человека заняли много лет, чтобы решить самый основной вопрос: сколько хромосом содержит нормальная диплоидная клетка человека? [4] В 1912 году Ганс фон Винивартер сообщил о 47 хромосомах в сперматогониях и 48 в оогониях , сделав вывод о XX/XO механизме определения пола . [5] Пейнтер в 1922 году не был уверен, составляет ли диплоидное число людей 46 или 48, сначала отдавая предпочтение 46. [6] Позже он пересмотрел свое мнение с 46 на 48 и правильно настаивал на том, что у людей есть XX/XY . система определения пола [7] Учитывая их методы, эти результаты были весьма примечательными. В научных книгах число хромосом человека оставалось равным 48 на протяжении более тридцати лет. Чтобы исправить эту ошибку, потребовались новые методы. Джо Хин Тджио работает в Альберта Левана лаборатории [8] [9] отвечал за поиск подхода:

  1. Использование клеток в культуре
  2. Предварительная обработка клеток гипотоническим раствором , который набухает и распределяет хромосомы.
  3. Задержка митоза в метафазе раствором колхицина
  4. Сдавливание препарата на предметном стекле, выравнивание хромосом в одной плоскости
  5. Разрезание микрофотографии и преобразование результата в бесспорную кариограмму.

Только в 1956 году стало общепринятым, что кариотип человека включает всего 46 хромосом. [10] [11] [12] У человекообразных обезьян 48 хромосом. Человеческая хромосома 2 образовалась в результате слияния предковых хромосом, уменьшив их количество. [13]

Приложения цитогенетики

[ редактировать ]

Работа МакКлинтока по кукурузе

[ редактировать ]

Барбара МакКлинток начала свою карьеру в качестве цитогенетика кукурузы . В 1931 году МакКлинток и Гарриет Крейтон продемонстрировали, что цитологическая рекомбинация меченых хромосом коррелирует с рекомбинацией генетических признаков ( генов ). МакКлинток, работая в Институте Карнеги , продолжил предыдущие исследования механизмов разрыва хромосом и вспышки слияния у кукурузы. Она идентифицировала конкретное событие разрыва хромосомы, которое всегда происходило в одном и том же локусе девятой хромосомы кукурузы, которое она назвала локусом « Ds» или «диссоциацией». [14] МакКлинток продолжила свою карьеру в области цитогенетики, изучая механику и наследование сломанных и кольцевых (кольцевых) хромосом кукурузы. В ходе своей цитогенетической работы МакКлинток открыла транспозоны , и эта находка в конечном итоге привела к ее Нобелевской премии в 1983 году.

Природные популяции дрозофилы

[ редактировать ]

В 1930-х годах Добжанский и его коллеги собрали Drosophila pseudoobscura и D. persimilis в диких популяциях Калифорнии и соседних штатов. Используя технику художника. [15] они изучили политенные хромосомы и обнаружили, что дикие популяции полиморфны по хромосомным инверсиям . Все мухи выглядят одинаково, какие бы инверсии они ни имели: это пример загадочного полиморфизма. [ нужна ссылка ]

Быстро накопились доказательства того, что за это естественный отбор ответственен . Используя метод, изобретенный Л'Эритье и Тейсье, Добжанский разводил популяции в клетках для популяций , что позволяло кормить, размножать и брать образцы, предотвращая при этом побег. Это позволило исключить миграцию как возможное объяснение результатов. Запасы, содержащие инверсии с известной начальной частотой, можно поддерживать в контролируемых условиях. Было обнаружено, что различные типы хромосом не колеблются случайным образом, как если бы они были выборочно нейтральными, а приспосабливаются к определенным частотам, на которых они стабилизируются. К моменту выхода в свет третьего издания своей книги Добжанского в 1951 г. [16] он был убежден, что хромосомные морфы сохраняются в популяции благодаря селективному преимуществу гетерозигот, как и в случае с большинством полиморфизмов . [17] [18]

Лилия и мышь

[ редактировать ]

Лилия является предпочтительным организмом для цитологического исследования мейоза, поскольку хромосомы большие и каждую морфологическую стадию мейоза можно легко идентифицировать микроскопически. Хотта, Чендли и др. [19] представили доказательства общего паттерна синтеза разрывов и репарации ДНК в мужских мейотических клетках лилий и грызунов на зиготенно-пахитенных стадиях мейоза, когда предполагалось возникновение кроссинговера. Наличие общего паттерна между такими филогенетически далекими организмами, как лилия и мышь, привело авторов к выводу, что организация мейотического кроссинговера, по крайней мере, у высших эукариот, вероятно, универсальна по распространению. [ нужна ссылка ]

Человеческие аномалии и медицинское применение

[ редактировать ]
Филадельфийская транслокация t(9;22)(q34;q11.2) наблюдается при хроническом миелогенном лейкозе.

После появления процедур, которые позволили легко подсчитать хромосомы, быстро были сделаны открытия, связанные с аберрантными хромосомами или числом хромосом. [ нужна ссылка ]

Конституционная цитогенетика. При некоторых врожденных нарушениях, таких как синдром Дауна , цитогенетика выявила природу хромосомного дефекта: «простую» трисомию. Аномалии, возникающие в результате событий нерасхождения , могут вызывать анеуплоидию клеток (добавление или удаление целых хромосом) у одного из родителей или у плода. В 1959 году Лежен [20] обнаружили, 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. У женщины только с одной Х-хромосомой наблюдается синдром Тернера , тогда как у мужчины с дополнительной Х-хромосомой, в результате чего общее количество хромосом составляет 47, развивается синдром Клайнфельтера . Многие другие комбинации половых хромосом совместимы с живорождением, включая XXX , XYY и XXXX. Способность млекопитающих переносить анеуплоидии половых хромосом обусловлена ​​способностью их инактивировать , что необходимо нормальным самкам для компенсации наличия двух копий хромосомы. Не все гены Х-хромосомы инактивированы, поэтому у людей с дополнительными Х-хромосомами наблюдается фенотипический эффект. [ нужна ссылка ]

Трисомия 13 была связана с синдромом Патау , а трисомия 18 — с синдромом Эдвардса . [ нужна ссылка ]

Приобретенная цитогенетика: в 1960 году Питер Ноуэлл и Дэвид Хангерфорд. [21] обнаружили небольшую хромосому в лейкоцитах больных хроническим миелогенным лейкозом (ХМЛ). Эту аномальную хромосому назвали Филадельфийской хромосомой — поскольку оба учёных 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 диагностическим признаком ХМЛ. В настоящее время более 780 лейкозов и сотни солидных опухолей (легких, предстательной железы, почек и др.) характеризуются приобретенными хромосомными аномалиями, прогностическое значение которых имеет решающее значение. Выявление этих хромосомных аномалий привело к открытию очень большого количества «раковых генов» (или онкогенов ). Растущее знание этих раковых генов теперь позволяет разрабатывать таргетную терапию , которая меняет перспективы выживания пациентов. Таким образом, цитогенетика играла и продолжает играть важную роль в прогрессе понимания рака. Большие базы данных ( Атлас генетики и цитогенетики в онкологии и гематологии , база данных рака COSMIC , база данных Мительмана по хромосомным аберрациям и слияниям генов при раке ) позволяют исследователям и клиницистам иметь необходимый корпус для работы в этой области.

Появление техник бандажа

[ редактировать ]
Микрографическая кариограмма мужчины.
Схематическая кариограмма человека с аннотированными полосами и подполосами , используемыми в Международной системе цитогеномной номенклатуры человека для хромосомных аномалий . На нем показаны темные и белые области на полосе G. На нем показаны 22 гомологичные хромосомы : мужская (XY) и женская (XX) версии половой хромосомы (внизу справа), а также митохондриальный геном (внизу слева).

В конце 1960-х годов Торбьёрн Касперссон разработал метод хинакринного флуоресцентного окрашивания (Q-бэндинг), который выявил уникальные образцы полос для каждой пары хромосом. Это позволило дифференцировать пары хромосом одинакового размера по четким рисункам горизонтальных полос. Паттерны полос теперь используются для выяснения точек разрыва и составляющих хромосом, участвующих в хромосомных транслокациях . Делеции и инверсии внутри отдельной хромосомы также можно идентифицировать и описать более точно, используя стандартизированную номенклатуру полос. 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 светлопольного микроскопа. [ нужна ссылка ]

Диаграммы, идентифицирующие хромосомы на основе шаблонов полос, известны как идиограммы . Эти карты стали основой как для пренатальных, так и для онкологических исследований, что позволило быстро перенести цитогенетику в клиническую лабораторию, где кариотипирование позволило ученым искать хромосомные изменения. Методы были расширены, чтобы обеспечить возможность культивирования свободных амниоцитов, извлеченных из амниотической жидкости , а также методы элонгации для всех типов культур, которые позволяют выполнять бандаж с более высоким разрешением. [ нужна ссылка ]

Начало молекулярной цитогенетики

[ редактировать ]

В 1980-е годы были достигнуты успехи в молекулярной цитогенетике . Хотя с 1969 года зонды, меченные радиоизотопами, гибридизировались с ДНК , теперь произошел сдвиг в использовании зондов, меченных флуоресцентной меткой. Гибридизация их с хромосомными препаратами с использованием существующих методов стала известна как флуоресцентная in situ гибридизация (FISH). [22] Это изменение значительно расширило использование методов зондирования, поскольку зонды с флуоресцентной меткой более безопасны. Дальнейшие достижения в области микроманипуляций и исследования хромосом привели к появлению техники микродиссекции хромосом , с помощью которой можно было изолировать, клонировать и изучать все более подробно отклонения в структуре хромосом. [ нужна ссылка ]

Кариотипирование

[ редактировать ]

Рутинный хромосомный анализ ( кариотипирование ) относится к анализу метафазных хромосом, которые были объединены с помощью трипсина, а затем по Гимзе , Лейшманну или их смеси. Это создает уникальные узоры полос на хромосомах. Молекулярный механизм и причина этих закономерностей неизвестны, хотя, вероятно, они связаны со временем репликации и упаковкой хроматина. [ нужна ссылка ]

В цитогенетических лабораториях используется несколько методов объединения хромосом. Окрашивание хинакрином (Q-окрашивание) было первым методом окрашивания, использовавшимся для получения определенного рисунка полос. Для этого метода требуется флуоресцентный микроскоп, и он уже не так широко используется, как определение полос Гимзы (G-бэндинг). Обратные полосы, или R-полосы, требуют термической обработки и меняют обычный черно-белый рисунок, который наблюдается в G-диапазонах и Q-диапазонах. Этот метод особенно полезен для окрашивания дистальных концов хромосом. Другие методы окрашивания включают окрашивание C-бэндов и окрашивание ядрышковой организующей области (окрашивание NOR). Эти последние методы специфически окрашивают определенные участки хромосомы. С-бэндинг окрашивает конститутивный гетерохроматин , который обычно лежит вблизи центромеры, а окрашивание NOR выделяет сателлиты и стебли акроцентрических хромосом . [ нужна ссылка ]

Бэндинг высокого разрешения включает окрашивание хромосом во время профазы или ранней метафазы (прометафазы), прежде чем они достигнут максимальной конденсации. Поскольку профазные и прометафазные хромосомы более протяженны, чем метафазные хромосомы, количество полос, наблюдаемых для всех хромосом ( полос на гаплоидный набор , bph; «уровень полос»), увеличивается примерно с 300–450 до целых 800. Это позволяет обнаруживать менее очевидные отклонения, обычно не наблюдаемые при использовании обычного бандажирования. [23]

Подготовка слайдов

[ редактировать ]

Клетки костного мозга , крови, околоплодных вод, пуповинной крови , опухолей и тканей (включая кожу, пуповину , ворсинки хориона, печень и многие другие органы) можно культивировать с использованием стандартных методов культивирования клеток, чтобы увеличить их количество. ингибитор митоза ( колхицин , колцемид Затем к культуре добавляют ). Это останавливает деление клеток при митозе , что позволяет увеличить выход митотических клеток для анализа. Затем клетки центрифугируют, среду и митотический ингибитор удаляют и заменяют гипотоническим раствором. Это приводит к набуханию лейкоцитов или фибробластов, что приводит к распространению хромосом при добавлении на предметное стекло, а также к лизису эритроцитов. После того как клеткам дают возможность постоять в гипотоническом растворе, фиксатор Карнуа (3:1 метанол : ледяная уксусная кислота добавляют ). Это убивает клетки и затвердевает ядра оставшихся лейкоцитов. Клетки обычно фиксируют несколько раз, чтобы удалить остатки или оставшиеся эритроциты. Затем клеточную суспензию наносят на предметные стекла. После выдержки слайдов в печи или ожидания в течение нескольких дней они готовы к бандажированию и анализу.

Анализ полосчатых хромосом проводится под микроскопом специалистом клинической лаборатории по цитогенетике (CLSp(CG)). Обычно анализируют 20 клеток, чего достаточно, чтобы исключить мозаицизм до приемлемого уровня. Результаты суммируются и передаются сертифицированному цитогенетику для проверки и написания интерпретации с учетом предыдущего анамнеза пациента и других клинических данных. Результаты затем публикуются в Международной системе цитогенетической номенклатуры человека 2009 (ISCN2009).

Флуоресцентная гибридизация in situ

[ редактировать ]
Интерфазные клетки положительные на перегруппировку at(9;22)

Флуоресцентная гибридизация in situ (FISH) означает использование флуоресцентно-меченного зонда для гибридизации с препаратами цитогенетических клеток.

Помимо стандартных препаратов FISH также можно проводить:

Подготовка слайдов

[ редактировать ]

В данном разделе речь идет о приготовлении стандартных цитогенетических препаратов.

Слайд состаривают 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-зонд совместно денатурируют с использованием нагретой пластины и оставляют повторно отжигаться в течение по меньшей мере 4 часов. Затем предметные стекла промывают для удаления избытка несвязавшегося зонда и докрашивают 4',6-диамидино-2-фенилиндолом ( DAPI ) или йодидом пропидия.

Анализ образцов FISH проводится методом флуоресцентной микроскопии специалистом клинической лаборатории по цитогенетике. В онкологии, как правило, оценивают большое количество интерфазных клеток, чтобы исключить остаточную болезнь низкого уровня. Обычно подсчитывают и оценивают от 200 до 1000 клеток. При врожденных проблемах обычно оценивают 20 метафазных клеток. [ нужна ссылка ]

Будущее цитогенетики

[ редактировать ]

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, массивы CGH и однонуклеотидного полиморфизма .

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Ригер, Р.; Михаэлис, А.; Грин, М.М. (1968), Глоссарий генетики и цитогенетики: классическая и молекулярная , Нью-Йорк: Springer-Verlag, ISBN.  978-0-387-07668-3
  2. ^ Levitsky, Grigorii Andreevich (1924). Material'nye osnovy nasledstvennosti [ The Material Basis of Heredity ] (in Russian). Kiev: Gosizdat Ukrainy. [ нужна страница ]
  3. ^ Левицкий Г.А. (1931). «Морфология хромосом». Бык. Прикладной бот. Жене. Порода растений . 27 : 19–174.
  4. ^ Коттлер, Малкольм Джей (1974). «От 48 до 46: цитологический метод, предвзятое мнение и подсчет хромосом человека». Бюллетень истории медицины . 48 (4): 465–502. JSTOR   44450164 . ПМИД   4618149 . ПроКвест   1296285397 .
  5. ^ фон Винивартер Х (1912). «Изучение сперматогенеза человека». Арх. Биология (на французском языке). 27 (93): 147–149.
  6. ^ Художник Т.С. "Сперматогенез человека" с. 129 дюймов «Рефераты» . Анатомическая запись . 23 (1): 89–132. Январь 1922 г. doi : 10.1002/ar.1090230111 .
  7. ^ Художник Теофил С. (апрель 1923 г.). «Исследования сперматогенеза млекопитающих. II. Сперматогенез человека». Журнал экспериментальной зоологии . 37 (3): 291–336. дои : 10.1002/jez.1400370303 .
  8. ^ Райт, Пирс (11 декабря 2001 г.). «Джо Хин Тджио. Человек, который взломал подсчет хромосом» . Хранитель . Архивировано из оригинала 25 августа 2017 года.
  9. ^ Саксон, Вольфганг (7 декабря 2001 г.). «Джо Хин Тджио, 82 года; биолог-исследователь подсчитал хромосомы» . Нью-Йорк Таймс . Архивировано из оригинала 12 мая 2013 года.
  10. ^ Тио, Джо Хин; Леван, Альберт (9 июля 2010 г.). «Число хромосом человека» . Эредитас . 42 (1–2): 723–4. дои : 10.1111/j.1601-5223.1956.tb03010.x . ПМИД   345813 .
  11. ^ Сюй, ТК (2012). Цитогенетика человека и млекопитающих: историческая перспектива . Springer Science & Business Media. ISBN  978-1-4612-6159-9 . [ нужна страница ]
  12. ^ «Генетика человека (биология) :: Хромосомы человека — Интернет-энциклопедия Britannica» . Архивировано из оригинала 17 февраля 2011 г. Проверено 15 марта 2011 г. Британская энциклопедия, Хромосома человека
  13. ^ «Слияние хромосом» . Архивировано из оригинала 9 августа 2011 г. Проверено 29 мая 2010 г. Страницы эволюции, Слияние хромосом
  14. ^ Равиндран, Сандип (11 декабря 2012 г.). «Барбара МакКлинток и открытие прыгающих генов» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 109 (50): 20198–20199. дои : 10.1073/pnas.1219372109 . ПМЦ   3528533 . ПМИД   23236127 .
  15. ^ Художник, Т.С. (22 декабря 1933 г.). «Новый метод изучения хромосомных перестроек и построения хромосомных карт». Наука . 78 (2034): 585–586. Бибкод : 1933Sci....78..585P . дои : 10.1126/science.78.2034.585 . ПМИД   17801695 .
  16. ^ Добжанский Т. 1951. Генетика и происхождение видов . 3-е изд., Издательство Колумбийского университета, Нью-Йорк.
  17. ^ Добжанский Т. 1970. Генетика эволюционного процесса . Издательство Колумбийского университета, Нью-Йорк
  18. ^ [Добжанский Т.] 1981. Генетика природных популяций Добжанского . редакторы Левонтин Р.К., Мур Дж.А., Провайн В.Б. и Уоллес Б. Издательство Колумбийского университета, Нью-Йорк
  19. ^ Хотта, Ясуо; Чендли, Энн С.; Стерн, Герберт (сентябрь 1977 г.). «Мейотический кроссинговер у лилии и мыши». Природа . 269 ​​(5625): 240–242. Бибкод : 1977Natur.269..240H . дои : 10.1038/269240a0 . ПМИД   593319 . S2CID   4268089 .
  20. ^ Лежен, Жером; Готье, Марта; Терпин, Раймонд (16 марта 1959 г.). «Исследование соматических хромосом 9 монголоидных детей». Еженедельные отчеты сессий Академии наук (на французском языке). 248 (11): 1721–1722. OCLC   871332352 . ПМИД   13639368 . НАИД   10008406728 .
  21. ^ Nowell PC, Хангерфорд, Д.А. «Минутная хромосома при хроническом гранулоцитарном лейкозе человека». стр. 1497–1501 в «Национальная академия наук». Наука . 132 (3438): 1488–1501. 18 ноября 1960 г. doi : 10.1126/science.132.3438.1488 . ПМИД   17739576 .
  22. ^ Гупта, ПК (2007). Цитогенетика . Публикации Растоги. ISBN  978-81-7133-737-8 . [ нужна страница ]
  23. ^ Гейерсбах, Кэтрин Б.; Гардинер, Анна Э.; Уилсон, Эндрю; Шетти, Шаширеха; Брюйер, Элен; Забавски, Джеймс; Сакс, Дебра Ф.; Гаулин, Ребекка; Уильямсон, Синтия; Ван Дайк, Дэниел Л. (февраль 2014 г.). «Субъективность в оценке уровня хромосомных групп: многоцентровое исследование» . Генетика в медицине . 16 (2): 170–175. дои : 10.1038/gim.2013.95 . ПМИД   23887773 .
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 19598a6784f60f347784e36f8d3ff5f6__1709123280
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/19/f6/19598a6784f60f347784e36f8d3ff5f6.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Cytogenetics - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)