CYTOGENETIK: HISTORIA, VAD DEN STUDERAR, TEKNIKER, APPLIKATIONER - BIOLOGI - 2025

Den cytogenetiska är studiet av morfologi, struktur och funktion av kromosomer, inklusive deras förändringar under somatisk celldelning, eller mitos, och under reproduktiv celldelning, eller meios.

Cytologi studerar också de faktorer som orsakar kromosomala förändringar, inklusive patologiska, som förekommer från en generation till en annan, och evolutionära, som verkar under många generationer.

Källa: pixabay.com

Historia

De minnesvärda åren och händelser i cytogenetikens historia är följande:

1842 observerade Karl Wilhelm von Nägeli ”övergående stamceller”, senare kallad kromosomer.

- År 1875 identifierade Eduard Strasburger kromosomer i växter. 1979 gjorde Walther Flemming det hos djur. Flemming myntade beteckningarna kromatin, profas, metafas, anafas och telofas.

- 1888 myntade W. Waldeyer uttrycket kromosom.

1893 publicerade Oscar Hertwig den första texten om cytogenetik.

1902 upptäckte Theodor Boveri och Walter Sutton homologa kromosomer.

- År 1905 identifierade Nettie Stevens Y-kromosomen.

- 1937 stoppade Albert Blakeslee och AG Avery metafaset med kolchicin, vilket underlättade observationen av kromosomer i hög grad.

- 1968 beskrev Torbjörn Caspersson et al. Q-band. 1971 beskrev Bernard Dutrillaux och Jerome Lejeune R-bandet.

- 1971 diskuterades C-band vid en konferens om mänsklig kromosomenomenklatur.

- 1975 beskrev C. Goodpasture och SE Bloom Ag-NOR-färgning.

- 1979 beskrev Jorge Yunis de högupplösta metoderna för G-band.

- 1986–1988 utvecklade Daniel Pinkel och Joe Gray tekniken FISH (fluorescerande in situ hybridisering).

- 1989, mikrodissekterade Hermann - Josef Lüdecke kromosomer.

- 1996 beskrev Evelyn Schröck och Thomas Ried multikromatisk spektral karyotypisk typning.

Upptäckter hos människor

1914 föreslog Theodor Boveri att cancer kunde bero på kromosomala förändringar. 1958 observerade Charles E. Ford kromosomavvikelser under leukemi.

1922 publicerade Theophilus Painter att människor har 48 kromosomer. Det tog fram till 1956 för Jo Hin Tjio och Albert Levan att fastställa att de faktiskt har 46 kromosomer.

1932 föreslog PJ Waardenburg, utan att bevisa det, att Downs syndrom kunde vara resultatet av en kromosomavvikelse. 1959 demonstrerade Jerome Lejeune närvaron av en extra somatisk kromosom hos patienter med Downs syndrom.

Även 1959 rapporterade Charles E. Ford att kvinnor med Turnersyndrom saknar en av de två X-kromosomerna, medan Patricia Jacobs och John Strong upptäckte förekomsten av en extra X-kromosom hos män med Klinefelter-syndrom.

1960 beskrev JA Böök och Berta Santesson triploidy, Klaus Patau beskrev trisomi 13 och John Edwards beskrev trisomi 18.

1969 upptäckte Herbert Lubs First Fragile X-syndrom. Samma år började amniocentes användas för cytogenetisk diagnos.

Studieområde

Cytogeneticists studerar kromosomal utveckling av levande saker, använder karyotyper för att göra fylogenetisk analys och lösa taxonomiska problem.

Dessutom undersöker de epidemiologiska aspekter av mänskliga kromosomavvikelser och miljöfaktorer som producerar dem, diagnostiserar och behandlar patienter som drabbats av kromosomavvikelser och utvecklar molekylära metoder för att dechiffrera kromosomernas struktur, funktion och utveckling.

Kromosommorfologi

Varje kromosom består av två kromatider, kopplade till en sammandragning som kallas centromeren. De delar av kromosomen som startar från centromeren kallas armar.

Kromosomer kallas metacentriska när de har centromeren i mitten; submetacentriska om de har det något bort från mitten, så att motsatta armar inte har samma längd; akrocentrisk om centromeren är nära en av ytterligheterna; och telocentrisk om centromeren är precis i ena änden av kromosomen.

Tekniker: provbehandling

Stegen att ta för att bearbeta proverna är som följer.

Få provet

Förvärv av den nödvändiga vävnaden, lagring i mediet och i lämpliga injektionsflaskor.

Kultur

Med undantag av prover för FISH-analys krävs en odlingsperiod mellan en dag och flera veckor innan skörden.

Skördad

Det är att få celler i metafas.

Stoppar mitos

Standard cytogenetisk analys kräver stopp av mitos så att celler förblir i metafas, med användning av colchicine eller Colcemid®.

Hypotonbehandling

Det ökar volymen av celler, vilket gör att kromosomer kan förlängas.

Fixering

3: 1 metanol - ättiksyra används för att ta bort vatten från cellerna, härda membranen och kromatin för färgning.

Arkförberedelse

De fasta cellerna sprids på mikroskopglas, varefter de torkas.

Kromosomfärgning

Det finns flera färgningsmetoder för att känna igen skillnader mellan kromosomer. Den vanligaste är G.

Mikroskopisk analys

Gör att du kan välja lämpliga celler för att observera och fotografera kromosomer.

Beredning av karyogram

Baserat på fotografier av celler i metafas är bilder av uppsättningen kromosomer i en representativ cell sammansatta för senare studie.

Kromosomband

Det finns fyra typer av kromosomala band: heterokromatiska band; eukromatiska band, kärnorganiserande regioner (NORs); kinetokorer.

Heterokromatiska band visas som diskreta block. De motsvarar heterokromatin, som innehåller mycket repetitiva DNA-sekvenser som representerar konventionella gener och inte dekondenseras vid gränssnittet.

Eukromatiska band består av en serie alternerande segment som påverkas eller inte påverkas av färgning. Dessa band skiljer sig åt i storlek och bildar distinkta mönster som är karakteristiska för varje kromosompar av en art, vilket gör dem mycket användbara för att identifiera kromosomala translokationer och omarrangemang.

NOR är de segment av kromosomer som innehåller hundratals eller tusentals ribosomala RNA-gener. De visualiseras vanligtvis som sammandragningar.

Kinetokorer är bindningsställena för mikrotubuluspindeln till kromosomer.

Kromosomal bandfärgning

Kromosomband består av färgningstekniker som avslöjar mönster för longitudinell differentiering (ljusa och mörka regioner) som inte kunde ses på annat sätt. Dessa mönster gör det möjligt att jämföra olika arter och studera evolutionära och patologiska förändringar på kromosomnivå.

Kromosombandsmetoder är indelade i de som använder absorptionsfärgning, typiskt Giemsa-pigment, och de som använder fluorescens. Absorptionsfärgningsmetoder kräver en preliminär fysikalisk-kemisk behandling, såsom beskrivs i "Provbehandling."

Vissa typer av banding tillåter bevis för mönster av begränsade områden av kromosomer relaterade till funktionella egenskaper. Andra tillåter visualisering av skillnader mellan homologa kromosomer som gör det möjligt att identifiera segment.

C-band

C-bandet färgar mest heterokromatiska band, vilket gör det till den universella tekniken att visa närvaron av heterokromatin i kromosomer. Andra metoder färgar endast en del av det totala heterokromatinet, vilket gör dem mer användbara än C-banding för att skilja mellan typer av heterokromatin.

Q-band

Q-banding är den äldsta färgningstekniken. Den är skyldig att använda kinakrin. Det är effektivt oavsett metod för framställning av kromosomer. Det är en alternativ metod för banding av G. Det används sällan, men dess tillförlitlighet gör det användbart när materialet är knappt eller svårt att banda.

G-band

G-bandet, baserat på användningen av Giemsa och trypsin, är det mest använda idag. Det gör det möjligt att upptäcka translokationer, inversioner, raderingar och duplikationer. Det är den mest använda metoden för karaktärisering av karyotyper i ryggradsdjur, som visar skillnader mellan kromosomer som inte bara kan skiljas utifrån deras morfologi.

R-band

R-bandingen ger ett omvänt färgningsmönster med avseende på G-bandet (ljusa R-band lika mörka G-band och vice versa). R-bandet är särskilt användbart för att markera ändarna på kromosomer, som är lite färgade när G-bandet används.

T-band

T-bandet är en variant av R-bandet i vilket det inte finns någon färgning av de flesta mellanliggande band av kromosomerna, så att de terminala regionerna för kromosomerna är intensivt färgade.

Ag-NOR-band

Ag-NOR banding används för att lokalisera NORs genom silverfärgning. Vid Ag-NOR-banding kan inaktiva NOR-gener inte färgas. Därför används denna banding för att studera förändringar i aktiviteten hos ribosomala gener under gametogenes och embryonal utveckling.

Fluorescerande in situ-hybridisering (FISH)

FISH-bandning gör det möjligt att visualisera kromosomer med hjälp av fluorescerande märkta prober. FISH-tekniken tillåter karyotypisk analys av celler som inte delar sig.

FISH-banding tillåter detektion av specifika DNA-sekvenser i kromosomer, celler och vävnader. Därför kan den användas för att upptäcka kromosomavvikelser som involverar små segment av DNA.

FISH-banding banade vägen för två mer sofistikerade relaterade tekniker, känd som spektral karyotyping (SKY) och multicolour FISH (M-FISH).

I SKY och M-FISH används fluorescerande färgämnen, som tillsammans ger kombinationer av färger, en för varje kromosom. Dessa tekniker har varit mycket användbara för att detektera komplexa kromosomavvikelser, såsom de som ses i vissa tumörer och vid akut lymfoblastisk leukemi.

Medicinska tillämpningar

- Cytogenetik av cancer. Kromosomavvikelser och aneuploidi är vanliga i tumörer. Kromosomala translokationer kan ha cancerframkallande effekter genom produktion av fusionsproteiner. Cytogenetics används för att övervaka utvecklingen av cancerbehandlingar.

- Bräckliga platser och kromosomfrakturer. Bräckliga kromosomställen kan leda till patologier såsom Fragile X-syndrom. Exponering för cytotoxiska medel kan orsaka kromosomfrakturer. Bärare av vissa autosomala mutationer saknar förmågan att reparera DNA skadat under kromosomfraktur.

- Numeriska avvikelser hos kromosomer. Kromosomräkningen kan diagnostisera trisomier, såsom den som orsakar Down, Edwards och Patau syndrom. Det tillåter också diagnos av Turner- och Klinefelter-syndrom.

- Vid kronisk myelogen leukemi har de vita blodkropparna en "Philadelphia-kromosom". Denna onormala kromosom är resultatet av omlokalisering av kromosomerna 9 och 22.

referenser

1. Abbott, JK, Nordén, AK, Hansson, B. 2017. Sexkromosomutveckling: historiska insikter och framtidsperspektiv. Proceedings of the Royal Society B, 284, 20162806.
2. Cregan, ERC 2008. Allt om mitos och meios. Teacher Created Materials Publishing, Huntington Beach, CA.
3. Gersen, SL, Keagle, MB, eds. 2013. Principerna för klinisk cytogenetik. Springer, New York.
4. Gosden, JR, red. 1994. Methods in molecular biology, Vol. 29. Kromosomanalysprotokoll. Humana Press, Totowa, NJ
5. Hughes, JF, Page, DC 2015. Biologin och utvecklingen av Y-kromosomer från däggdjur. Årlig översyn av genetik, 49, 22.1–22.21.
6. Kannan, TP, Alwi, ZB 2009. Cytogenetik: förflutna, nutid och framtid. Malaysian Journal of Medical Sciences, 16, 4–9.
7. Lawce, HJ, Brown, MG 2017. Cytogenetics: en översikt. I: AGT Cytogenetics Laboratory Manual, fjärde upplagan. Arsham, MS, Barch, MJ, Lawce, HJ, eds. Wiley, New York.
8. Sacerdot, C., Louis, A., Bon, C., Berthelot, C., Crollius, HR 2018. Kromosomutveckling vid ursprunget till förfäderets ryggradsgenom. Genombiologi, 19, 166.
9. Schubert, I. 2007. Kromosomutveckling. Aktuellt yttrande i växtbiologi, 10, 109-115.
10. Schulz-Schaeffer, J. 1980. Cytogenetics - växter, djur, människor. Springer-Verlag, New York.