CYTOGENETIKK: HISTORIE, HVA DEN STUDERER, TEKNIKKER, APPLIKASJONER - BIOLOGI - 2026

Den cytogenetiske er studiet av morfologien, strukturen og funksjonen til kromosomer, inkludert deres endringer under somatisk celledeling, eller mitose, og under reproduktiv celledeling, eller meiose.

Cytologi studerer også faktorene som forårsaker kromosomale forandringer, inkludert patologiske, som vises fra en generasjon til en annen, og evolusjonære som virker over mange generasjoner.

Kilde: pixabay.com

Historie

De minneverdige årene og hendelsene i cytogenetikkens historie er som følger:

- I 1842 observerte Karl Wilhelm von Nägeli "forbigående stamceller", senere kalt kromosomer.

- I 1875 identifiserte Eduard Strasburger kromosomer i planter. I 1979 gjorde Walther Flemming det hos dyr. Flemming myntet begrepene kromatin, profase, metafase, anafase og telofase.

- I 1888 myntet W. Waldeyer begrepet kromosom.

- I 1893 publiserte Oscar Hertwig den første teksten om cytogenetikk.

- I 1902 oppdaget Theodor Boveri og Walter Sutton homologe kromosomer.

- I 1905 identifiserte Nettie Stevens Y-kromosomet.

- I 1937 stoppet Albert Blakeslee og AG Avery metafasen med kolkisin, noe som i stor grad letter observasjonen av kromosomer.

- I 1968 beskrev Torbjörn Caspersson et al. Q-bandene. I 1971 beskrev Bernard Dutrillaux og Jerome Lejeune R-bandene.

- I 1971 ble C-band diskutert på en konferanse om menneskelig kromosomenomenklatur.

- I 1975 beskrev C. Goodpasture og SE Bloom Ag-NOR-farging.

- I 1979 beskrev Jorge Yunis metodene med høy oppløsning for G-band.

- I 1986–1988 utviklet Daniel Pinkel og Joe Gray FISH (fluorescerende in situ hybridisering) teknikk.

- I 1989 mikro Hermed - Josef Lüdecke mikrodissekterte kromosomer.

- I 1996 beskrev Evelyn Schröck og Thomas Ried multikromatisk spektralkarotypisk typing.

Funn hos mennesker

I 1914 foreslo Theodor Boveri at kreft kunne skyldes kromosomale forandringer. I 1958 observerte Charles E. Ford kromosomavvik under leukemi.

I 1922 publiserte Theophilus Painter at mennesker har 48 kromosomer. Det tok til 1956 for Jo Hin Tjio og Albert Levan å slå fast at de faktisk har 46 kromosomer.

I 1932 foreslo PJ Waardenburg, uten å bevise det, at Downs syndrom kunne være et resultat av en kromosomavvik. I 1959 demonstrerte Jerome Lejeune tilstedeværelsen av et ekstra somatisk kromosom hos pasienter med Downs syndrom.

Også i 1959 rapporterte Charles E. Ford at kvinner med Turner-syndrom mangler ett av de to X-kromosomene, mens Patricia Jacobs og John Strong oppdaget tilstedeværelsen av et ekstra X-kromosom hos menn med Klinefelter-syndrom.

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

I 1969 oppdaget Herbert Lubs First Fragile X-syndrom. Samme år begynte fostervannsprøven å bli brukt til cytogenetisk diagnose.

Fagfelt

Cytogeneticists studerer den kromosomale utviklingen av levende ting, ved å bruke karyotyper for å gjøre fylogenetisk analyse og løse taksonomiske problemer.

I tillegg undersøker de epidemiologiske aspekter ved menneskelige kromosomavvik og miljøfaktorene som produserer dem, diagnostiserer og behandler pasienter som er berørt av kromosomavvik, og utvikler molekylære tilnærminger for å dechiffrere strukturen, funksjonen og utviklingen av kromosomer.

Kromosommorfologi

Hvert kromosom består av to kromatider, holdt sammen av en innsnevring kalt sentromer. Seksjonene av kromosom som starter fra sentromeren kalles armer.

Kromosomer kalles metasentriske når de har sentromer i midten; submetasentrisk hvis de har det litt vekk fra midten, slik at de motsatte armene ikke har samme lengde; akrocentric hvis sentromeren er nær en av ytterpunktene; og telosentrisk hvis sentromer er bare i den ene enden av kromosomet.

Teknikker: prøvebehandling

Trinnene å ta for å behandle prøvene er som følger.

Innhenting av prøven

Anskaffelse av det nødvendige vevet, lagring i mediet og i passende hetteglass.

Kultur

Med unntak av prøver for FISH-analyse er det nødvendig med en kulturperiode på mellom en dag og flere uker før høsting.

høstet

Det er oppnåelse av celler i metafase.

Stopper mitose

Standard cytogenetisk analyse krever stans av mitose slik at celler forblir i metafase ved bruk av colchicine eller Colcemid®.

Hypotonbehandling

Det øker volumet av celler, som gjør at kromosomer kan utvides.

Fiksering

3: 1 metanol - eddiksyre brukes til å fjerne vann fra celler, herding av membraner og kromatin for farging.

Arkforberedelse

De faste cellene er spredt på mikroskopbilder, hvoretter de tørkes.

Kromosomfarging

Det er flere fargemetoder for å gjenkjenne forskjeller mellom kromosomer. Det vanligste er G.

Mikroskopisk analyse

Lar deg velge passende celler for å observere og fotografere kromosomer.

Utarbeidelse av karyogrammer

Basert på fotografier av celler i metafase, er bilder av settet med kromosomer av en representativ celle sammensatt for senere studier.

Kromosomband

Det er fire typer kromosomale bånd: heterokromatiske bånd; eukromatiske bånd, nukleolusorganiserende regioner (NORs); kinetochores.

Heterokromatiske bånd fremstår som diskrete blokker. De tilsvarer heterokromatin, som inneholder svært repeterende DNA-sekvenser som representerer konvensjonelle gener og ikke er dekondensert ved grensesnittet.

Eukromatiske bånd består av en serie vekslende segmenter som er eller ikke er påvirket av farging. Disse båndene er forskjellige i størrelse og danner særegne mønstre som er karakteristiske for hvert par kromosomer av en art, noe som gjør dem veldig nyttige for å identifisere kromosomale translokasjoner og omorganiseringer.

NORer er de segmentene av kromosomene som inneholder hundrevis eller tusenvis av ribosomale RNA-gener. De blir ofte visualisert som innsnevringer.

Kinetokorer er bindingsstedene til mikrotubulespindelen til kromosomer.

Kromosomal båndfarging

Kromosombånd består av fargeteknikker som avslører mønstre av langsgående differensiering (lyse og mørke regioner) som ikke kunne sees ellers. Disse mønstrene gjør det mulig å sammenligne forskjellige arter og studere evolusjonære og patologiske forandringer på kromosomnivå.

Kromosombåndingsmetoder er delt inn i de som bruker absorpsjonsfarging, typisk Giemsa-pigmenter, og de som bruker fluorescens. Metoder for farging av absorpsjon krever en foreløpig fysisk-kjemisk behandling, som beskrevet i "Eksempelbehandling."

Noen typer banding tillater bevis for mønstre av begrensede områder av kromosomer relatert til funksjonelle egenskaper. Andre tillater visualisering av forskjeller mellom homologe kromosomer som gjør det mulig å identifisere segmenter.

C-band

C-båndet farger mest heterokromatiske bånd, noe som gjør det til den universelle teknikken for å vise tilstedeværelsen av heterokromatin i kromosomer. Andre metoder befarer bare en del av det totale heterokromatin, noe som gjør dem mer nyttige enn C-bånd for å skille mellom typer heterokromatin.

Q-band

Q-banding er den eldste fargeteknikken. Det skylder navnet sitt på bruk av kinakrin. Den er effektiv uansett kromosomfremstillingsmetode. Det er en alternativ metode for banding av g. Det brukes sjelden, men påliteligheten gjør det nyttig når materialet er sparsomt eller vanskelig å båndføre.

G-band

G-bandet, basert på bruk av Giemsa og trypsin, er det mest brukte i dag. Det gjør det mulig å oppdage translokasjoner, inversjoner, slettinger og duplikasjoner. Det er den mest brukte metoden for karakterisering av karyotyper i virveldyr, og viser forskjeller mellom kromosomer som ikke bare kan skilles ut fra deres morfologi.

R-band

R-båndet gir et omvendt fargemønster med hensyn til G-båndet (lyse R-bånd er like mørke G-bånd og omvendt). R-båndet er spesielt nyttig for å fremheve endene på kromosomer, som er litt beiset når G-båndet brukes.

T band

T-båndet er en variant av R-båndet der det ikke er flekker på de fleste av de interstitielle båndene til kromosomene, slik at de terminale regionene til kromosomene er intenst beiset.

Ag-NOR-band

Ag-NOR banding brukes til å lokalisere NORs ved sølvfarging. I Ag-NOR-banding kan det hende at inaktive NOR-gener ikke er farget. Derfor brukes denne båndingen til å studere endringer i aktiviteten til ribosomgener under gametogenese og embryonal utvikling.

Fluorescerende in situ hybridisering (FISH)

FISH-bånding gjør det mulig å visualisere kromosomer ved hjelp av fluorescerende merkede sonder. FISH-teknologi tillater karyotypisk analyse av celler som ikke deler seg.

FISH-banding tillater påvisning av spesifikke DNA-sekvenser i kromosomer, celler og vev. Derfor kan den brukes til å oppdage kromosomavvik som involverer små segmenter av DNA.

FISH-banding banet vei for to mer sofistikerte relaterte teknikker, kjent som spektral karyotyping (SKY) og multicolour FISH (M-FISH).

I SKY og M-FISH brukes fluorescerende fargestoffer, som til sammen produserer kombinasjoner av farger, en for hvert kromosom. Disse teknikkene har vært veldig nyttige for å påvise komplekse kromosomavvik, slik som de som er sett i visse svulster og ved akutt lymfoblastisk leukemi.

Medisinske applikasjoner

- Cytogenetikk av kreft. Kromosomavvik og aneuploidi er vanlig i svulster. Kromosomale translokasjoner kan ha kreftfremkallende effekter gjennom produksjon av fusjonsproteiner. Cytogenetikk brukes til å overvåke fremdriften for kreftbehandling.

- Skjøre steder og kromosombrudd. Fragile kromosomsteder kan føre til patologier som Fragile X-syndrom. Eksponering for cytotoksiske midler kan forårsake kromosombrudd. Bærere av visse autosomale mutasjoner mangler evnen til å reparere DNA skadet under kromosombrudd.

- Numeriske avvik hos kromosomer. Kromosomtelling kan diagnostisere trisomier, for eksempel den som forårsaker Down, Edwards og Patau syndromer. Det tillater også diagnosen Turner og Klinefelter syndromer.

- Ved kronisk myelogen leukemi har de hvite blodcellene et "Philadelphia-kromosom". Dette unormale kromosomet er resultatet av translokasjonen av kromosomene 9 og 22.

referanser

1. Abbott, JK, Nordén, AK, Hansson, B. 2017. Sexkromosomutvikling: historisk innsikt og fremtidsperspektiver. Proceedings of the Royal Society B, 284, 20162806.
2. Cregan, ERC 2008. Alt om mitose og meiose. Teacher Created Materials Publishing, Huntington Beach, CA.
3. Gersen, SL, Keagle, MB, red. 2013. Prinsippene for klinisk cytogenetikk. Springer, New York.
4. Gosden, JR, red. 1994. Metoder i molekylærbiologi, bind 29. Kromosomanalyseprotokoller. Humana Press, Totowa, NJ
5. Hughes, JF, Page, DC 2015. Biologien og evolusjonen av Y-kromosomer fra pattedyr. Årlig gjennomgang av genetikk, 49, 22.1–22.21.
6. Kannan, TP, Alwi, ZB 2009. Cytogenetikk: fortid, nåtid og fremtid. Malaysian Journal of Medical Sciences, 16, 4–9.
7. Lawce, HJ, Brown, MG 2017. Cytogenetikk: en oversikt. I: AGT Cytogenetics Laboratory Manual, fjerde utgave. Arsham, MS, Barch, MJ, Lawce, HJ, eds. Wiley, New York.
8. Sacerdot, C., Louis, A., Bon, C., Berthelot, C., Crollius, HR 2018. Kromosomutvikling ved opprinnelsen til det forfedre virveldyrsgenomet. Genbiologi, 19, 166.
9. Schubert, I. 2007. Kromosomutvikling. Nåværende mening i plantebiologi, 10, 109-115.
10. Schulz-Schaeffer, J. 1980. Cytogenetics - planter, dyr, mennesker. Springer-Verlag, New York.