CITOGENETICA: ISTORIC, CE STUDIAZĂ, TEHNICI, APLICAȚII - BIOLOGIE - 2025

Citogenetic este studiul morfologiei, structurii și funcției de cromozomi, inclusiv modificările lor în timpul diviziunii celulare somatice, sau mitozei, și în timpul diviziunii celulare reproductive sau meiozei.

Citologia studiază, de asemenea, factorii care provoacă modificări cromozomiale, inclusiv cele patologice, care apar de la o generație la alta, și cele evolutive, care acționează de-a lungul mai multor generații.

Sursa: pixabay.com

Istorie

Anii și evenimentele memorabile din istoria citogeneticii sunt următoarele:

- În 1842, Karl Wilhelm von Nägeli a observat „celule stem tranzitorii”, numite ulterior cromozomi.

- În 1875, Eduard Strasburger a identificat cromozomii la plante. În 1979, Walther Flemming a făcut-o la animale. Flemming a inventat termenii cromatină, profază, metafază, anafază și telofază.

- În 1888, W. Waldeyer a inventat termenul de cromozom.

- În 1893, Oscar Hertwig a publicat primul text despre citogenetică.

- În 1902, Theodor Boveri și Walter Sutton au descoperit cromozomi omologi.

- În 1905, Nettie Stevens a identificat cromozomul Y.

- În 1937, Albert Blakeslee și AG Avery au oprit metafazele cu colchicină, facilitând foarte mult observarea cromozomilor.

- În 1968, Torbjörn Caspersson și alții au descris benzile Q. În 1971, Bernard Dutrillaux și Jerome Lejeune au descris benzile R.

- În 1971, benzile C au fost discutate la o conferință despre nomenclatura cromozomilor umani.

- În 1975, C. Goodpasture și SE Bloom au descris colorarea Ag-NOR.

- În 1979, Jorge Yunis a descris metodele de înaltă rezoluție pentru benzile G.

- În 1986–1988, Daniel Pinkel și Joe Gray au dezvoltat tehnica FISH (fluorescent in hibridizare in situ).

- În 1989, Hermann - Josef Lüdecke cromozomii microdisecți.

- În 1996, Evelyn Schröck și Thomas Ried au descris tipărirea cariotipului spectral multichromatic.

Descoperiri la oameni

În 1914, Theodor Boveri a sugerat că cancerul se poate datora modificărilor cromozomiale. În 1958, Charles E. Ford a observat anomalii cromozomiale în timpul leucemiei.

În 1922, Theophilus Painter a publicat că oamenii au 48 de cromozomi. A fost nevoie până în 1956 pentru Jo Hin Tjio și Albert Levan să stabilească că au de fapt 46 de cromozomi.

În 1932, PJ Waardenburg a sugerat, fără să dovedească, că sindromul Down ar putea fi rezultatul unei aberații cromozomiale. În 1959, Jerome Lejeune a demonstrat prezența unui cromozom somatic suplimentar la pacienții cu sindrom Down.

Tot în 1959, Charles E. Ford a raportat că femeile cu sindrom Turner nu au unul dintre cei doi cromozomi X, în timp ce Patricia Jacobs și John Strong au descoperit prezența unui cromozom X suplimentar la bărbații cu sindrom Klinefelter.

În 1960, JA Böök și Berta Santesson au descris triploidie, Klaus Patau a descris trisomia 13, iar John Edwards a descris trisomia 18.

În 1969, Herbert Lubs a descoperit primul sindrom Fragile X. În același an, amniocenteza a început să fie utilizată pentru diagnosticul citogenetic.

Domeniu de studiu

Citogeneticienii studiază evoluția cromozomială a viețuitoarelor, folosind cariotipuri pentru a face analize filogenetice și pentru a rezolva probleme taxonomice.

În plus, aceștia investighează aspecte epidemiologice ale aberațiilor cromozomiale umane și factorii de mediu care le produc, diagnostică și tratează pacienții afectați de anomalii cromozomiale și dezvoltă abordări moleculare pentru a descifra structura, funcția și evoluția cromozomilor.

Morfologie cromozomială

Fiecare cromozom este format din două cromatide, ținute împreună de o constricție numită centromere. Secțiunile cromozomului care pornesc de la centromer se numesc brațe.

Cromozomii sunt numiți metacentrici atunci când au centromerul în mijlocul lor; submetacentric dacă îl au ușor departe de mijloc, astfel încât brațele opuse să nu fie de lungime egală; acrocentric dacă centromerul este aproape de una dintre extreme; și telocentric dacă centromerul este doar la un capăt al cromozomului.

Tehnici: prelucrarea probelor

Pașii de urmat pentru procesarea eșantioanelor sunt următorii.

Obținerea eșantionului

Achiziționarea țesutului necesar, depozitarea acestuia în mediu și în flacoane adecvate.

Cultură

Cu excepția probelor pentru analiza FISH, este necesară o perioadă de cultură cuprinsă între o zi și câteva săptămâni înainte de recoltare.

exploatari

Este obținerea de celule în metafază.

Oprirea mitozei

Analiza citogenetică standard necesită oprirea mitozei, astfel încât celulele să rămână în metafază, folosind colchicină sau Colcemid®.

Tratament hipotonic

Crește volumul de celule, ceea ce permite extinderea cromozomilor.

Fixare

Metanolul 3: 1 acid acetic este utilizat pentru a îndepărta apa din celule, întărirea membranelor și cromatina pentru colorare.

Pregătirea foilor

Celulele fixe sunt răspândite pe lamelele microscopului, după care sunt uscate.

Colorarea cromozomilor

Există mai multe metode de colorare pentru a recunoaște diferențele dintre cromozomi. Cel mai frecvent este G.

Analiza microscopică

Vă permite să alegeți celule adecvate pentru a observa și fotografia cromozomii.

Prepararea cariogramelor

Pe baza fotografiilor cu celule din metafază, imaginile setului de cromozomi ai unei celule reprezentative sunt compuse pentru studiul ulterior.

Benzi cromozomiale

Există patru tipuri de benzi cromozomiale: benzi heterocromatice; benzi euchromatice, regiuni organizatoare de nucleoli (NOR); kinetochores.

Benzile heterocromatice apar ca blocuri discrete. Ele corespund heterocromatinei, care conține secvențe de ADN extrem de repetitive care reprezintă gene convenționale și nu sunt decondensate la interfață.

Benzi eucromatice constau dintr-o serie de segmente alternante care sunt sau nu sunt afectate de colorare. Aceste benzi diferă ca mărime, formând modele distinctive caracteristice fiecărei perechi de cromozomi ai unei specii, ceea ce le face foarte utile pentru identificarea translocărilor și rearanjărilor cromozomiale.

NOR-urile sunt acele segmente ale cromozomilor care conțin sute sau mii de gene ARN ribozomale. Ele sunt vizualizate în mod obișnuit ca constricții.

Kinetochorele sunt site-urile de legătură ale fusului microtubulelor la cromozomi.

Colorarea benzilor cromozomiale

Bandajul cromozomial constă în tehnici de colorare care dezvăluie modele de diferențiere longitudinală (regiuni deschise și întunecate) care nu puteau fi văzute altfel. Aceste tipare permit compararea diferitelor specii și studierea modificărilor evolutive și patologice la nivelul cromozomilor.

Metodele de bandare a cromozomilor sunt împărțite în cele care utilizează colorarea prin absorbție, în mod obișnuit pigmenții Giemsa, și cele care utilizează fluorescență. Metodele de colorare prin absorbție necesită un tratament fizico-chimic preliminar, așa cum este descris în „Prelucrarea probelor”.

Unele tipuri de bandaj permit evidența tiparelor regiunilor restrânse ale cromozomilor legate de proprietățile funcționale. Alții permit vizualizarea diferențelor dintre cromozomii omologi care fac posibilă identificarea segmentelor.

Benzi C

C-banding colora cele mai multe benzi heterocromatice, ceea ce face tehnica universală pentru a arăta prezența heterocromatinei în cromozomi. Alte metode colora doar o parte din heterocromatina totală, prin urmare sunt mai utile decât banda C pentru a diferenția între tipurile de heterocromatină.

Benzi Q

Q-banding-ul este cea mai veche tehnică de colorare. Își datorează numele folosirii chinacrinei. Este eficientă indiferent de metoda de preparare a cromozomilor. Este o metodă alternativă la bandajul G. Este foarte rar utilizat, dar fiabilitatea acestuia îl face util atunci când materialul este rar sau dificil de format.

Benzi G

Banda G, bazată pe utilizarea Giemsa și trypsin, este cea mai folosită astăzi. Permite detectarea translocărilor, inversiunilor, ștergerilor și duplicărilor. Este cea mai utilizată metodă pentru caracterizarea cariotipurilor la vertebrate, care prezintă diferențe între cromozomii care nu pot fi distinși doar pe baza morfologiei lor.

Benzi R

Bandajul R produce un model de colorare inversă în raport cu bandajul G (benzile R ușoare sunt egale cu benzile G întunecate și invers). Banda R este utilă în special pentru evidențierea capetelor cromozomilor, care sunt ușor pătate atunci când este utilizată banda G.

Benzi T

Banda T este o variantă a benzii R în care nu există o colorare a majorității benzilor interstițiale ale cromozomilor, astfel încât regiunile terminale ale cromozomilor sunt colorate intens.

Benzi Ag-NOR

Banding Ag-NOR este utilizat pentru localizarea NOR-urilor prin colorarea argintului. În bandă Ag-NOR, genele NOR inactive nu pot fi colorate. Prin urmare, această bandă este utilizată pentru a studia modificările activității genelor ribozomale în timpul gametogenezei și dezvoltării embrionare.

Hibridizare fluorescentă in situ (FISH)

Banding FISH permite vizualizarea cromozomilor folosind sonde marcate fluorescent. Tehnologia FISH permite analiza cariotipică a celulelor care nu se împart.

Bandajul FISH permite detectarea secvențelor de ADN specifice în cromozomi, celule și țesuturi. Prin urmare, poate fi utilizat pentru a detecta anomalii cromozomiale care implică segmente mici de ADN.

Bandajul FISH a deschis calea pentru două tehnici mai sofisticate, cunoscute sub numele de cariotipare spectrală (SKY) și FISH multicolor (M-FISH).

În SKY și M-FISH se folosesc coloranți fluorescenti, care produc împreună combinații de culori, una pentru fiecare cromozom. Aceste tehnici au fost foarte utile în detectarea aberațiilor cromozomiale complexe, precum cele observate în anumite tumori și în leucemia limfoblastică acută.

Aplicații medicale

- Citogenetica cancerului. Aberațiile cromozomiale și aneuploidia sunt frecvente în tumori. Translocările cromozomiale pot avea efecte cancerigene prin producerea de proteine ​​de fuziune. Citogenetica este utilizată pentru a monitoriza progresul tratamentelor împotriva cancerului.

- site-uri fragile și fractură de cromozom. Situsurile de cromozomi fragili pot duce la patologii precum sindromul X fragil. Expunerea la agenți citotoxici poate provoca fractură de cromozom. Purtătorii anumitor mutații autosomale nu au capacitatea de a repara ADN deteriorat în timpul fracturii cromozomilor.

- Anomalii numerice ale cromozomilor. Numărul cromozomilor poate diagnostica trisomii, cum ar fi cea care provoacă sindroamele Down, Edwards și Patau. De asemenea, permite diagnosticul sindroamelor Turner și Klinefelter.

- În leucemia mielogenă cronică, globulele albe din sânge au un „cromozom Philadelphia”. Acest cromozom anormal este rezultatul translocării cromozomilor 9 și 22.

Referințe

1. Abbott, JK, Nordén, AK, Hansson, B. 2017. Evoluția cromozomilor sexuali: perspective istorice și perspective de viitor. Proceedings of the Royal Society B, 284, 20162806.
2. Cregan, ERC 2008. Totul despre mitoză și meioză. Editura de materiale create pentru profesori, Huntington Beach, CA.
3. Gersen, SL, Keagle, MB, eds. 2013. Principiile citogeneticii clinice. Springer, New York.
4. Gosden, JR, ed. 1994. Metode în biologia moleculară, vol. 29. Protocoale de analiză a cromozomilor. Humana Press, Totowa, NJ
5. Hughes, JF, Page, DC 2015. Biologia și evoluția cromozomilor Y de mamifere. Revizuirea anuală a geneticii, 49, 22.1–22.21.
6. Kannan, TP, Alwi, ZB 2009. Citogenetica: trecut, prezent și viitor. Jurnalul malaezian de științe medicale, 16, 4-9.
7. Lawce, HJ, Brown, MG 2017. Citogenetică: o imagine de ansamblu. În: Manual de laborator pentru citogenetică AGT, ediția a patra. Arsham, MS, Barch, MJ, Lawce, HJ, eds. Wiley, New York.
8. Sacerdot, C., Louis, A., Bon, C., Berthelot, C., Crollius, HR 2018. Evoluția cromozomilor la originea genomului vertebratului ancestral. Biologia genomului, 19, 166.
9. Schubert, I. 2007. Evoluția cromozomilor. Opinia curentă în Biologia plantelor, 10, 109-115.
10. Schulz-Schaeffer, J. 1980. Citogenetică - plante, animale, oameni. Springer-Verlag, New York.