Кіріспе
Генетиканың саласы – бұрын осы атаумен белгілі болған ғылыми журнал. Цитогенетика – генетиканың бір саласы, сонымен қатар клетка биологиясының/цитологиясының (адам анатомиясының бөлімшесі) құрамына кіреді. Ол хромосомалардың клетка мінез-құлқымен, әсіресе митоз және мейоз кезіндегі олардың қызметімен байланысын зерттейді. Қолданылатын әдістерге кариотипизация, G-жолақты хромосомалардың талдауы, басқа цитогенетикалық жолақтау техникалары, сондай-ақ флуоресценттік in situ гибридтеу (FISH) және салыстырмалы геномдық гибридтеу (CGH) сияқты молекулалық цитогенетикалық әдістер жатады.
the scientific journal formerly known by this title
Cytogenetics is essentially a branch of genetics, but is also a part of cell biology/cytology (a subdivision of human anatomy), that is concerned with how the chromosomes relate to cell behaviour, particularly to their behaviour during mitosis and meiosis. Techniques used include karyotyping, analysis of G banded chromosomes, other cytogenetic banding techniques, as well as molecular cytogenetics such as fluorescence in situ hybridization (FISH) and comparative genomic hybridization (CGH).
Макклинтоктың жүгері туралы еңбегі
Барбара МакКлинток өз мансабын жүгері цитогенетигі ретінде бастады. 1931 жылы МакКлинток пен Харриет Крейтон белгіленген хромосомалардың цитологиялық рекомбинациясы генетикалық қасиеттердің (гендердің) рекомбинациясымен сәйкес келетінін көрсетті. Карнеги институтында жұмыс істеген кезде МакКлинток жүгерідегі хромосомалардың үзілуі мен бірігуінің механизмдерін зерттеуді жалғастырды. Ол жүгерінің 9-шы хромосомасында әрқашан бірдей локуста болатын нақты хромосома үзілуін анықтады және оны "Ds" немесе "диссоциация" локусы деп атады. МакКлинток цитогенетика саласындағы мансабын жүгерінің үзілген және сақина тәрізді (дөңгелек) хромосомаларының механикасы мен мұрагерлік қасиеттерін зерттеумен жалғастырды. Цитогенетикалық жұмысы барысында МакКлинток транспозонды ашты, бұл жаңалық 1983 жылы оған Нобель сыйлығын әкелді.
Drosophila табиғи популяциялары
1930 жылдары Добжанский және оның әріптестері Калифорния мен көршілес штаттардағы жабайы популяциялардан Drosophila pseudoobscura және D. persimilis түрлерін жинады. Олар Пейнердің әдісін қолданып политен хромосомаларын зерттеді және жабайы популяциялардың хромосомалық инверсиялар бойынша полиморфты екенін анықтады. Барлық шыбықтар, қандай инверсияларды тасыса да, бірдей көрінеді: бұл жасырын полиморфизмнің мысалы. Табиғи іріктеудің себепкер екеніне дәлелдер жылдам жиналды. Л’Эритье және Тейсье ойлап тапқан әдісті пайдалана отырып, Добжанский популяцияларды популяциялық камераларда өсірді, бұл қашып кетуге жол бермей, оларды тамақтандыруға, көбейтуге және сынама алуға мүмкіндік берді. Бұл нәтижелердің мүмкін түсіндірмесі ретінде миграцияны жоюға мүмкіндік берді. Белгілі бастапқы жиіліктегі инверсияларды қамтитын штамдарды бақыланатын жағдайларда сақтауға болады. Хромосома түрлерінің әртүрлілігі кездейсоқ түрде өзгеретіні анықталды, егер олар таңдауға бейтарап болса, онда олар тұрақтанатын белгілі бір жиілікке бейімделеді. 1951 жылы кітабының үшінші басылымын жариялаған кезде Добжанский хромосомалық морфтардың көптеген полиморфизмдер сияқты гетерозиготтардың селекциялық артықшылығы арқасында популяцияда сақталады деп сенді.
Сәбіз мен тышқан
Лилия - мейоздың цитологиялық зерттеуі үшін артықшылықты организм, себебі оның хромосомалары ірі және мейоздың әрбір морфологиялық кезеңін микроскоп арқылы оңай анықтауға болады. Хотта, Чандли және авторлар тобы мейоздың зиготен-пахитен кезеңдерінде, яғни кроссинговер жүзеге асылатын кезде, лилия мен кеміргіштердің еркек мейоздық жасушаларында ДНК-ның кесілуі және жөндеу синтезінің ортақ үлгісі бар екенін көрсетті. Лилия мен тышқан сияқты филогенетикалық тұрғыдан алыс организмдерде ортақ үлгілердің кездесуі авторларды кем дегенде жоғары эукариоттардағы мейотикалық кроссинговерді ұйымдастырудың таралуы әмбебап болуы мүмкін деген қорытындыға жеткізді.
Адамдағы аномалиялар және медициналық қолдану
Хромосомаларды оңай санауға мүмкіндік беретін процедуралардың енгізілуінен кейін, аберрант хромосомалар немесе хромосома санының өзгеруіне қатысты жаңалықтар тез ашылды. Конституциялық цитогенетика: Даун синдромы сияқты кейбір туа біткен ауруларда цитогенетика хромосомалық ақаудың мәнін анықтады: «қарапайым» трисомия. Нондизъюнкция нәтижесінде туындайтын аномалиялар ата-ананың бірінде немесе ұрықта толық хромосомалардың артық болуы немесе жетіспеуінен (анеуплоидия) туындаған жасушаларды құрайды. 1959 жылы Лежеун Даун синдромымен ауыратын пациенттерде 21-хромосоманың қосымша көшірмесі бар екенін анықтады. Даун синдромы 21-трисомия деп те аталады. Табылған басқа сандық аномалиялар жыныс хромосомаларының аномалияларын қамтиды. Тек бір Х хромосомасы бар әйелде Тернер синдромы, ал қосымша Х хромосомасы бар еркекте, яғни барлығы 47 хромосомасы барда, Клайнфельтер синдромы дамиды. XXX, XYY және XXXX сияқты көптеген басқа жыныс хромосомалық комбинациялар тірі туылған баламен үйлесімді. Сүтқоректілер жыныс хромосомаларында анеуплоидияны төзе алады, себебі оларды инактивациялау қабілетіне ие, бұл қалыпты әйелдерде хромосоманың екі көшірмесін өтеу үшін қажет. X хромосомасындағы барлық гендер инактивацияланбайды, сондықтан қосымша X хромосомасы бар адамдарда фенотиптік белгілер байқалады. Трисомия 13 Патау синдромымен, ал трисомия 18 Эдвардс синдромымен байланысты. Алынған цитогенетика: 1960 жылы Питер Ноуэлл мен Дэвид Хангерфорд созылмалы миелогенді лейкозбен (СМЛ) ауыратын науқастардың ақ қан жасушаларында кішкентай хромосоманы тапты. Бұл аномальды хромосома Филадельфия хромосомасы деп аталды, өйткені екі ғалым да Филадельфияда (Пенсильвания штаты) зерттеу жұмыстарын жүргізді. Он үш жылдан кейін, одан да жетілдірілген техникалардың дамуымен, Жанет Роули аномальды хромосоманы 9-шы және 22-ші хромосомалардың транслокациясының нәтижесі деп көрсетті. Цитогенетика арқылы Филадельфия хромосомасын анықтау СМЛ диагностикасы үшін маңызды. 780-нен астам лейкемия және жүздеген қатты ісіктер (өкпе, простата, бүйрек және т.б.) алынған хромосомалық аномалиялармен сипатталады, олардың прогностикалық құндылығы өте жоғары. Осы хромосомалық аномалияларды анықтау көптеген «қатерлі ісік гендерін» (немесе онкогендерді) табуға әкелді. Осы қатерлі ісік гендері туралы білімнің артуы қазір пациенттердің өмір сүру мүмкіндіктерін жақсартатын мақсатты терапияны әзірлеуге мүмкіндік береді. Осылайша, цитогенетика қатерлі ісіктерді түсінуде маңызды рөл атқарды және осы рөлін жалғастыруда. Ірі деректер базалары (Онкология және гематологиядағы генетика мен цитогенетиканың атласы, COSMIC қатерлі ісік деректер базасы, қатерлі ісіктегі хромосомалық аберрациялар мен гендер бірігуінің Мительман деректер базасы) зерттеушілер мен клиникалық дәрігерлерге осы саладағы жұмыстарына қажетті ақпараттық базаны ұсынуда.
Жапсыру техникасының пайда болуы
1960 жылдардың аяғында Торбьёрн Касперсон әрбір хромосома жұбы үшін ерекше жолақты үлгілерді көрсететін квинакрин флуоресценттік бояу техникасын (Q-жолақты) жасады. Бұл, әйтпесе бірдей өлшемдегі хромосома жұптарын ерекше көлденең жолақтар арқылы ажыратуға мүмкіндік берді. Қазіргі кезде жолақты үлгілер хромосомалық транслокацияларға қатысқан үзілу нүктелерін және құрамдас хромосомаларды анықтау үшін қолданылады. Жеке хромосомадағы жойылулар мен инверсияларды стандартталған жолақты номенклатураны пайдалану арқылы анықтап, дәлірек сипаттауға болады. Трипсин және Giemsa/Wright бояуын қолданатын G-жолақты бояу (G-таспалы бояу) 1970 жылдардың басында бір уақытта жасалды және жарық микроскопы арқылы жолақты үлгілерді көруге мүмкіндік береді. Жолақты үлгілерге негізделген хромосомаларды анықтайтын схемалар идиограмма деп аталады. Бұл карталар цитогенетиканы клиникалық зертханаға жылдам енгізуге және перинаталдық және онкологиялық салаларда кариотипинг арқылы ғалымдарға хромосомалық өзгерістерді іздеуге мүмкіндік берді. Амниотик сұйықтықтан алынған бос амниоциттерді өсіруге және жоғары ажыратымдылықтағы жолақты алуға мүмкіндік беретін барлық мәдениет түрлері үшін ұзарту техникалары дамытылды.
Молекулалық цитогенетиканың басталуы
1980 жылдары молекулалық цитогенетика саласында үлкен жетістіктерге қол жеткізілді. 1969 жылдан бері радиоизотоптармен белгіленген зондтар ДНК-мен гибридтеуге қолданылып келсе, енді флуоресценттік белгіленген зондтарды пайдалануға көшті. Оларды қолданыстағы әдістерді пайдаланып хромосомалық препараттарға гибридтеу, флуоресценттік ин ситу гибридтеу (FISH) деп аталды. Бұл өзгеріс флуоресценттік белгіленген зондтардың қауіпсіздігі жоғары болғандықтан, зондтау әдістерін қолдануды едәуір арттырды. Микроманипуляция және хромосомаларды зерттеудегі одан әрі жетістіктер хромосомалық микродисекция техникасының пайда болуына әкелді, осы арқылы хромосомалық құрылымдағы бұзылыстарды оқшаулап, клондап, одан да толық зерттеуге мүмкіндік туды.
Кариотиптеу
Кәдімгі хромосомалық талдау (кариотиптеу) – трипсинмен, одан кейін Гиемса, Лейшман немесе екеуінің қоспасымен жолақталған метафазалық хромосомаларды талдау. Бұл хромосомаларда бірегей жолақтардың үлгісін қалыптастырады. Бұл үлгілердің молекулалық механизмі мен себебі белгісіз, бірақ олардың репликация уақытымен және хроматин жинақылығымен байланысты болуы мүмкін. Цитогенетикалық зертханаларда бірнеше хромосомалық жолақтау техникалары қолданылады. Квинакринді жолақтау (Q жолақтау) – ерекше жолақтар үлгісін жасау үшін қолданылған алғашқы бояу әдісі. Бұл әдіс флуоресценттік микроскопты қажет етеді және қазірде Гиемса жолақтауына (G жолақтау) қарағанда аз қолданылады. Кері жолақтау, немесе R жолақтау, қыздыру арқылы өңдеуді қажет етеді және G және Q жолақтарында көрінетін әдеттегі қара-ақ үлгіні керітеді. Бұл әдіс хромосомалардың дистальді ұштарын бояу үшін ерекше пайдалы. Басқа бояу техникаларына C-жолақтау және ядролық ұйымдастыру аймағының бояуы (NOR бояуы) жатады. Бұл соңғы әдістер хромосоманың нақты бөліктерін бояуға арналған. C-жолақтау конститутивтік гетерохроматинды бояйды, ол әдетте центромерге жақын орналасқан, ал NOR бояуы акроцентрлік хромосомалардың спутниктері мен сабақтарын анықтайды. Жоғары ажыратымдылықтағы жолақтау хромосомалардың максималды конденсацияға жетпеген профаза немесе ерте метафаза (прометафаза) кезінде боялуын қамтиды. Профазалық және прометафазалық хромосомалар метафазалық хромосомалардан ұзын болғандықтан, барлық хромосомалар үшін байқалатын жолақтар саны (хаплоидты жиынға шаққандағы жолақтар, bph; «жолақтар деңгейі») шамамен 300-ден 450-ге дейін, ал кейде 800-ге дейін жетеді. Бұл дәстүрлі жолақтаумен көрінбейтін, аз байқалатын аномалияларды анықтауға мүмкіндік береді.
Слайдты дайындау
Сүйек миының, қанның, ұрық суының, кіндік қанның, ісіктің және тіндердің (тері, кіндік, бауыр және көптеген басқа да мүшелерді қоса алғанда) жасушаларын олардың санын арттыру үшін стандартты жасуша өсіру әдістерін қолдана отырып өсіруге болады. Митозға қарсы зат (колхицин, колцемид) содан кейін культураға қосылады. Бұл митоз кезінде жасуша бөлінуін тоқтатады, бұл талдау үшін митоздық жасушалардың мөлшерін арттыруға мүмкіндік береді. Жасушалар центрифугаланады, орта және митозға қарсы зат алынып, гипотоникалық ерітіндімен алмастырылады. Бұл ақ қан жасушаларын немесе фибробластарды ісінуіне себеп болады, нәтижесінде хромосомалар слайдқа жайғанда таралады, сондай-ақ қызыл қан жасушалары лизис болады. Жасушалар гипотоникалық ерітіндіде тұрғаннан кейін, Карной фиксаторы (3:1 метанол мен мұздық сірке қышқылы) қосылады. Бұл жасушаларды өлтіріп, қалған ақ қан жасушаларының ядроларын қатайтады. Жасушалар әдетте қалдықтарды немесе қалған қызыл қан жасушаларын жою үшін бірнеше рет бекітіледі. Жасуша суспензиясы содан кейін препаратты слайдтарға тамшылатылады. Слайдтарды пеште кептіру немесе бірнеше күн күтуден кейін олар жолақтау және талдау үшін дайын болады.
Талдау
Жапсырмалы хромосомаларды талдау цитогенетика бойынша клиникалық зертхана маманы (CLSp(CG)) микроскоп арқылы жүргізеді. Әдетте, 20 жасуша талданады, бұл мозаицизмді қабылдау деңгейіне дейін жою үшін жеткілікті. Нәтижелер жинақталып, сертификатталған цитогенетикке қарауға және пациенттің бұрынғы тарихы мен басқа клиникалық тұжырымдамаларды ескере отырып, интерпретация жасау үшін беріледі. Содан кейін нәтижелер Адам цитогенетикалық номенклатурасының халықаралық жүйесі 2009 (ISCN2009) бойынша баяндалады.
Талдау
FISH үлгілерін талдау цитогенетика саласындағы клиникалық зертхана маманы флуоресценттік микроскопия арқылы жүргізеді. Онкологияда, әдетте, қалдық аурудың төмен деңгейін жоққа шығару мақсатында көптеген интерфазалық жасушалар қарастырылады, көбінесе 200-ден 1000-ға дейін жасушалар саналып, бағаланады. Туа біткен мәселелер үшін әдетте 20 метафазалық жасуша қарастырылады.
Цитогенетиканың болашағы
Қазіргі зерттеулер молекулалық цитогенетикаға, оның ішінде стандартты FISH дайындамаларының нәтижелерін санауға арналған автоматтандырылған жүйелерге және салыстырмалы геномдық гибридизация массивтері (CGH) және жалғыз нуклеотидтік полиморфизм массивтері сияқты виртуалды кариотиптеу техникаларына бағытталған.