ציטוגנטיקה: היסטוריה, מה היא לומדת, טכניקות, יישומים - ביולוגיה - 2025

ציטוגנטית הוא חקר את המורפולוגיה, המבנה והתפקוד של כרומוזומים, כולל שינויים שלהם במהלך חלוקת תאים סומטיים, או מיטוזה, ובמהלך חלוקת תאים הרבייה, או המיוזה.

הציטולוגיה בוחנת גם את הגורמים הגורמים לשינויים כרומוזומליים, כולל אלה פתולוגיים, המופיעים מדור לדור, ואלו אבולוציוניים, הפועלים לאורך דורות רבים.

מקור: pixabay.com

הִיסטוֹרִיָה

השנים והאירועים הבלתי נשכחים בתולדות הציטוגנטיקה הם כדלקמן:

- בשנת 1842 צפה קארל וילהלם פון נג'לי ב"תאי גזע חולפים ", שנקראו לימים כרומוזומים.

- בשנת 1875 זיהה אדוארד שטרסבורגר כרומוזומים בצמחים. בשנת 1979, וולטר פלמינג עשה זאת אצל בעלי חיים. פלמינג טבע את המונחים כרומטין, פרובאז, מטאפזה, אנאפזה וטלופאז.

- בשנת 1888 טבע וו. וולדייר את המונח כרומוזום.

- בשנת 1893 פרסם אוסקר הרטוויג את הטקסט הראשון בנושא ציטוגנטיקה.

- בשנת 1902 גילו תיאודור בובי וולטר סאטון כרומוזומים הומולוגיים.

- בשנת 1905 זיהה נטי סטיבנס את הכרומוזום Y.

- בשנת 1937, אלברט בלקסלי ו- AG אייברי הפסיקו את המטאפזה בקולכיצין, והקלו מאוד על התבוננות בכרומוזומים.

- בשנת 1968 תיארו טורבירן קספרסון ואח 'את להקות ה- Q. בשנת 1971 תיארו ברנרד דוטרילה וג'רום Lejeune את להקות R.

- בשנת 1971 נדונו להקות C בכנס בנושא הנוטטת הכרומוזום האנושי.

- בשנת 1975, C. Goodpasture ו- SE Bloom תיארו את הכתמת Ag-NOR.

- בשנת 1979, חורחה יונס תיאר את שיטות הרזולוציה הגבוהה ללהקות G.

בשנים 1986–1988 פיתחו דניאל פינקל וג'ו גריי את טכניקת ה- FISH (פלואורסצנט בהכלאה במקום).

- בשנת 1989, הרמן - יוזף לודקקה ניתק מיקרומומומים של כרומוזומים.

- בשנת 1996, אוולין שרוק ותומס רייד תיארו את ההקלדה הקריוטיפית הספקטרלית המולכרומטית.

תגליות אצל בני אדם

בשנת 1914, הציע תיאודור בוורי כי סרטן יכול להיגרם כתוצאה משינויים כרומוזומליים. בשנת 1958 צפה צ'רלס א. פורד בהפרעות כרומוזומליות במהלך לוקמיה.

בשנת 1922 פרסם תיאופילוס צייר כי לבני האדם 48 כרומוזומים. עד 1956 לקח ג'ו הין צ'יו ואלברט לוין לקבוע כי למעשה יש להם 46 כרומוזומים.

בשנת 1932, PJ Waardenburg הציע, מבלי להוכיח זאת, שתסמונת דאון יכולה להיות תוצאה של סטייה כרומוזומלית. בשנת 1959, ג'רום Lejeune הדגים נוכחות של כרומוזום סומטי נוסף בחולים עם תסמונת דאון.

בנוסף בשנת 1959, צ'ארלס אי פורד דיווח כי נשים עם תסמונת טרנר חסרות אחד משני כרומוזומי ה- X, ואילו פטרישיה ג'ייקובס וג'ון סטרונג גילו נוכחות של כרומוזום X נוסף אצל גברים עם תסמונת קלינפילטר.

בשנת 1960, JA Böök ו Berta Santesson תיארו את הטריפולידיות, קלאוס פאטאו תיאר את טריזומיה 13, וג'ון אדוארדס תיאר את טריזומיה 18.

בשנת 1969, הרברט לובס גילה לראשונה את תסמונת ה- X שביר. באותה שנה החלה להשתמש בבדיקת מי שפיר לאבחון ציטוגנטי.

תחום הלימוד

ציטוגנטיקאים בוחנים את ההתפתחות הכרומוזומלית של היצורים החיים, תוך שימוש בקריוטיפים כדי לבצע ניתוח פילוגנטי ולפתרון בעיות טקסונומיות.

בנוסף, הם חוקרים היבטים אפידמיולוגיים של סטיות כרומוזומליות אנושיות ואת הגורמים הסביבתיים המייצרים אותם, מאבחנים ומטפלים בחולים שנפגעו מהפרעות כרומוזומליות ומפתחים גישות מולקולריות לפענוח המבנה, התפקוד וההתפתחות של הכרומוזומים.

מורפולוגיה כרומוזומית

כל כרומוזום מורכב משני כרומטידים, המוחזקים יחד על ידי היצרות המכונה הצנטרום. קטעי הכרומוזום המתחילים מהצנטרומרים נקראים זרועות.

כרומוזומים נקראים מטצנטריים כאשר יש להם את המרכזיות באמצע; תת-צנטרי אם יש להם מעט מרחק מהאמצע, כך שהזרועות הנגדיות אינן באורך שווה; אקרוצנטרי אם הצנטרום קרוב לאחד הקצוות; וטלוצנטרי אם הצנטרום נמצא רק בקצה אחד של הכרומוזום.

טכניקות: עיבוד מדגם

השלבים שיש לנקוט כדי לעבד את הדגימות הם כדלקמן.

השגת המדגם

רכישת הרקמה הנדרשת, אחסנה במדיום ובבקבוקונים מתאימים.

תַרְבּוּת

למעט דגימות לניתוח FISH, יש צורך בתקופת תרבות של בין יום למספר שבועות לפני הקטיף.

בָּצוּר

זהו השגת תאים במטאפזה.

הפסקת מיטוזה

ניתוח ציטוגנטי סטנדרטי מחייב הפסקת מיטוזה כך שתאים יישארו במטאפז, באמצעות קולכיצין או קולצ'מיד.

טיפול היפוטוני

זה מגדיל את נפח התאים, המאפשר להתרחב בכרומוזומים.

קיבוע

מתנול 3: 1 - חומצה אצטית משמשת להוצאת מים מהתאים, להקשיחת הממברנות והכרומטין לצורך מכתים.

הכנת גיליון

התאים הקבועים נפרסים על מגלשות מיקרוסקופ, לאחר מכן הם מיובשים.

מכתים בכרומוזום

ישנן מספר שיטות מכתים לזהות הבדלים בין כרומוזומים. הנפוץ ביותר הוא ה- G.

ניתוח מיקרוסקופי

מאפשרת לבחור תאים מתאימים להתבוננות ולצלם של כרומוזומים.

הכנת קריוגרמות

על סמך תצלומים של תאים במטאפזה, תמונות של קבוצת הכרומוזומים של תא מייצג מורכבות למחקר מאוחר יותר.

להקות כרומוזומים

ישנם ארבעה סוגים של להקות כרומוזומליות: להקות הטרוכרומטיות; להקות אוקראומטיות, אזורים המארגנים גרעין (NORS); kinetochores.

להקות הטרוכרומטיות מופיעות כבלוקים נפרדים. הם תואמים את ההתרוכרומטין, המכיל רצפי DNA שחוזרים על עצמם מאוד המייצגים גנים קונבנציונליים ואינם מוסדרים בממשק.

להקות אוקראומטיות מורכבות מסדרת קטעים מתחלפים שאינם מושפעים מכתמים. להקות אלה שונות בגודלן ויוצרות דפוסים ייחודיים האופייניים לכל זוג כרומוזומים של מין, מה שהופך אותם לשימושיים מאוד לזיהוי טרנסלוקציות כרומוזומליות וסידור מחדש.

נורמלים הם אותם חלקים של הכרומוזומים המכילים מאות או אלפי גנים RNA ריבוזומליים. הם בדרך כלל מדמיינים כהיצרות.

Kinetochores הם אתרי הכריכה של ציר המיקרו-צינורית לכרומוזומים.

מכתים כרומוזומליים

פסי כרומוזומים מורכבים מטכניקות מכתים החושפות דפוסי בידול אורכי (אזורים בהירים וכהים) שלא ניתן היה לראות אחרת. דפוסים אלה מאפשרים להשוות בין מינים שונים ולחקר שינויים אבולוציוניים ופתולוגיים ברמה הכרומוזומית.

שיטות כרסום של כרומוזומים מחולקות לאלו המשתמשים בכתמי ספיגה, בדרך כלל פיגמנטים של Giemsa, ואלו המשתמשים בפלואורסצנציה. שיטות מכתים בקליטה דורשות טיפול ראשוני פיזיקו-כימי, כמתואר בסעיף "עיבוד דגימות."

סוגים מסוימים של חבישה מאפשרים עדות לדפוסים של אזורים מוגבלים בכרומוזומים הקשורים לתכונות פונקציונליות. אחרים מאפשרים להמחיש את ההבדלים בין כרומוזומים הומולוגיים המאפשרים זיהוי פלחים.

להקות ג

הלהקה C מכתים את הלהקות ההטרוכרומטיות ביותר, מה שהופך אותה לטכניקה האוניברסלית להראות נוכחות של הטרוכרומטין בכרומוזומים. שיטות אחרות מכתימות רק חלק מכלל ההטרוכרומטין, מה שהופך אותם לשימושיים יותר מאשר להקה של C כדי להבדיל בין סוגים של heterochromatin.

להקות ש

Band-Q הוא טכניקת הכתמים העתיקה ביותר. זה חייב את שמו לשימוש בקווינארין. זה יעיל ללא קשר לשיטת הכנת הכרומוזום. זוהי שיטה אלטרנטיבית לפסים של G. לעתים רחוקות משתמשים בה, אך האמינות שלה הופכת אותו לשימושי כאשר החומר נדיר או קשה לחבישה.

להקות G

להקת ה- G, המבוססת על השימוש בג'ימסה ובטריפסין, היא הנפוצה ביותר כיום. זה מאפשר זיהוי של טרנסלוקציות, היפוכים, מחיקות ושכפולים. זוהי השיטה הנפוצה ביותר לאפיון קריוטיפים בחוליות, ומציגה הבדלים בין כרומוזומים שלא ניתן להבחין בהם רק על בסיס המורפולוגיה שלהם.

להקות R

רצועת R מייצרת דפוס מכתים הפוך ביחס לפסים G (רצועות R בהירות שוות להקות G כהות ולהיפך). להקת R שימושית במיוחד להדגשת קצות הכרומוזומים, המוכתמים מעט כאשר משתמשים בגומייה.

להקות T

להקת ה- T היא גרסה של להקת ה- R בה אין מכתים ברוב הלהקות הביניים של הכרומוזומים, כך שהאזורים הסופיים של הכרומוזומים מוכתמים בעוצמה.

להקות Ag-NOR

חבישת Ag-NOR משמשת לאיתור NORs על ידי מכתים מכסף. בחבישה Ag-NOR, גנים NOR לא פעילים עלולים שלא להיות מוכתמים. לפיכך, חבישה זו משמשת לחקר שינויים בפעילותם של גנים ריבוזומליים במהלך גמטוגנזה והתפתחות עוברית.

הכלאה פלואורסצנטית במקום (FISH)

חבישת דגים מאפשרת לדמיין את הכרומוזומים באמצעות בדיקות עם תווי פלורסנט. טכנולוגיית FISH מאפשרת ניתוח קריוטיפי של תאים שאינם מתחלקים.

חבישת FISH מאפשרת איתור רצפי DNA ספציפיים בכרומוזומים, בתאים וברקמות. לכן ניתן להשתמש בו כדי לאתר חריגות כרומוזומליות המערבות קטעי DNA קטנים.

חבישות FISH סללו את הדרך לשתי טכניקות קשורות יותר מתוחכמות, המכונות קריוטיפים ספקטראליים (SKY) וססגוניות FISH (M-FISH).

ב- SKY ו- M-FISH משתמשים בצבעים פלורסנטיים המייצרים יחד שילובי צבעים, אחד לכל כרומוזום. טכניקות אלה שימשו מאוד לגילוי סטיות כרומוזומליות מורכבות, כמו אלה שנראו בגידולים מסוימים ובסרקמת לימפובלסטית חריפה.

יישומים רפואיים

- ציטוגנטיקה של סרטן. סטיות כרומוזומליות ואנאופולידיות שכיחות בגידולים. טרנסלוקציות כרומוזומליות יכולות להיות בעלות השפעה מסרטנת באמצעות ייצור חלבוני היתוך. ציטוגנטיקה משמשת למעקב אחר התקדמות טיפולי הסרטן.

- אתרים שבירים ושבר בכרומוזום. אתרי כרומוזומים שבירים יכולים להוביל לפתולוגיות כמו תסמונת X שביר. חשיפה לחומרים ציטוטוקסיים עלולה לגרום לשבר בכרומוזום. נשאים של מוטציות אוטוזומליות מסוימות חסרים את היכולת לתקן DNA שנפגע במהלך שבר בכרומוזום.

- חריגות נומריות בכרומוזומים. ספירת הכרומוזומים יכולים לאבחן טריזומיות, כמו זו הגורמת לתסמונות דאון, אדוארדס ופאטאו. זה גם מאפשר אבחון של תסמונות טרנר וקלייןפילטר.

- בלוקמיה מיאלוגנית כרונית, לתאי הדם הלבנים יש "כרומוזום פילדלפיה". כרומוזום חריג זה הוא תוצאה של טרנסלוקציה של כרומוזומים 9 ו 22.

הפניות

1. Abbott, JK, Nordén, AK, Hansson, B. 2017. אבולוציה של כרומוזומי מין: תובנות היסטוריות ונקודות מבט עתידיות. הליכי החברה המלכותית ב ', 284, 20162806.
2. Cregan, ERC 2008. הכל על מיטוזה ומיוזה. הוצאת מורה חומרים הוצאת חומרים, חוף האנטינגטון, קליפורניה
3. גרסן, SL, Keagle, MB, עורכים. 2013. עקרונות הציטוגנטיקה הקלינית. שפרינגר, ניו יורק.
4. Gosden, JR, ed. 1994. שיטות בביולוגיה מולקולרית, כרך 29. פרוטוקולי ניתוח כרומוזום. הומאנה פרס, Totowa, NJ
5. יוז, JF, Page, DC, 2015. הביולוגיה וההתפתחות של כרומוזומי Y של יונקים. סקירה שנתית של גנטיקה, 49, 22.1–22.21.
6. Kannan, TP, Alwi, ZB 2009. ציטוגנטיקה: עבר, הווה ועתיד. כתב העת המלזי למדעי הרפואה, 16, 4–9.
7. Lawce, HJ, Brown, MG 2017. ציטוגנטיקה: סקירה כללית. בתוך: מדריך המעבדות לביצוע ציטוגנטיקה של AGT, המהדורה הרביעית. Arsham, MS, Barch, MJ, Lawce, HJ, eds. וויילי, ניו יורק.
8. Sacerdot, C., Louis, A., Bon, C., Berthelot, C., Crollius, HR 2018. התפתחות כרומוזומים במקור הגנום של חוליות החוליות הקדמוניות. ביולוגיה של גנום, 19, 166.
9. שוברט, I. 2007. התפתחות כרומוזומית. חוות דעת נוכחית בביולוגיה מהצומח, 10, 109-115.
10. Schulz-Schaeffer, J. 1980. Cytogenetics - צמחים, בעלי חיים, בני אדם. שפרינגר-ורלאג, ניו יורק.