CYTOGENETICA: GESCHIEDENIS, WAT HET BESTUDEERT, TECHNIEKEN, TOEPASSINGEN - BIOLOGIE - 2026

Het cytogenetische is de studie van de morfologie, structuur en functie van chromosomen, inclusief hun veranderingen tijdens somatische celdeling of mitose, en tijdens reproductieve celdeling of meiose.

Cytologie bestudeert ook de factoren die chromosomale veranderingen veroorzaken, inclusief pathologische, die van de ene generatie op de andere verschijnen, en evolutionaire, die gedurende vele generaties werken.

Bron: pixabay.com

Geschiedenis

De gedenkwaardige jaren en gebeurtenissen in de geschiedenis van cytogenetica zijn als volgt:

- In 1842 observeerde Karl Wilhelm von Nägeli "voorbijgaande stamcellen", later chromosomen genoemd.

- In 1875 identificeerde Eduard Strasburger chromosomen in planten. In 1979 deed Walther Flemming het bij dieren. Flemming bedacht de termen chromatine, profase, metafase, anafase en telofase.

- In 1888 bedacht W. Waldeyer de term chromosoom.

- In 1893 publiceerde Oscar Hertwig de eerste tekst over cytogenetica.

- In 1902 ontdekten Theodor Boveri en Walter Sutton homologe chromosomen.

- In 1905 identificeerde Nettie Stevens het Y-chromosoom.

- In 1937 stopten Albert Blakeslee en AG Avery de metafase met colchicine, wat de waarneming van chromosomen aanzienlijk vergemakkelijkte.

- In 1968 beschreven Torbjörn Caspersson et al. De Q-bands. In 1971 beschreven Bernard Dutrillaux en Jerome Lejeune de R-bands.

- In 1971 werden C-banden besproken tijdens een conferentie over de nomenclatuur van menselijke chromosomen.

- In 1975 beschreven C. Goodpasture en SE Bloom Ag-NOR-kleuring.

- In 1979 beschreef Jorge Yunis de hoge resolutie-methoden voor G-banden.

- In 1986–1988 ontwikkelden Daniel Pinkel en Joe Gray de FISH-techniek (fluorescent in situ hybridization).

- In 1989 microdissecteerden Hermann - Josef Lüdecke chromosomen.

- In 1996 beschreven Evelyn Schröck en Thomas Ried multichromatische spectrale karyotypische typering.

Ontdekkingen bij mensen

In 1914 suggereerde Theodor Boveri dat kanker te wijten zou kunnen zijn aan chromosomale veranderingen. In 1958 constateerde Charles E. Ford chromosomale afwijkingen tijdens leukemie.

In 1922 publiceerde Theophilus Painter dat mensen 48 chromosomen hebben. Het duurde tot 1956 voordat Jo Hin Tjio en Albert Levan vaststelden dat ze daadwerkelijk 46 chromosomen hebben.

In 1932 suggereerde PJ Waardenburg, zonder het te bewijzen, dat het syndroom van Down het gevolg zou kunnen zijn van een chromosomale afwijking. In 1959 toonde Jerome Lejeune de aanwezigheid van een extra somatisch chromosoom aan bij patiënten met het syndroom van Down.

Ook in 1959 meldde Charles E. Ford dat vrouwen met het syndroom van Turner een van de twee X-chromosomen missen, terwijl Patricia Jacobs en John Strong de aanwezigheid van een extra X-chromosoom ontdekten bij mannen met het Klinefelter-syndroom.

In 1960 beschreven JA Böök en Berta Santesson triploïdie, Klaus Patau beschreef trisomie 13 en John Edwards beschreef trisomie 18.

In 1969 ontdekte Herbert Lubs voor het eerst het Fragile X-syndroom. Datzelfde jaar begon vruchtwaterpunctie te worden gebruikt voor cytogenetische diagnose.

Studierichting

Cytogenetici bestuderen de chromosomale evolutie van levende wezens, met behulp van karyotypen om fylogenetische analyses uit te voeren en taxonomische problemen op te lossen.

Daarnaast onderzoeken ze epidemiologische aspecten van menselijke chromosomale afwijkingen en de omgevingsfactoren die deze veroorzaken, diagnosticeren en behandelen ze patiënten met chromosomale afwijkingen, en ontwikkelen ze moleculaire benaderingen om de structuur, functie en evolutie van chromosomen te ontcijferen.

Chromosoom morfologie

Elk chromosoom bestaat uit twee chromatiden, bij elkaar gehouden door een vernauwing die de centromeer wordt genoemd. De secties van chromosoom die beginnen bij het centromeer worden armen genoemd.

Chromosomen worden metacentrisch genoemd als ze de centromeer in het midden hebben; submetacentrisch als ze het iets uit het midden hebben, zodat de tegenoverliggende armen niet even lang zijn; acrocentrisch als het centromeer dicht bij een van de extremen ligt; en telocentrisch als de centromeer zich net aan het ene uiteinde van het chromosoom bevindt.

Technieken: monsterverwerking

De stappen die moeten worden genomen om de monsters te verwerken, zijn als volgt.

Verkrijgen van het monster

Verkrijging van het benodigde weefsel, opslag in het medium en in geschikte flesjes.

Cultuur

Met uitzondering van monsters voor FISH-analyse, is vóór de oogst een kweekperiode van één dag tot enkele weken vereist.

Geoogst

Het is het verkrijgen van cellen in metafase.

Mitose stoppen

Standaard cytogenetische analyse vereist het stoppen van mitose zodat cellen in metafase blijven, met behulp van colchicine of Colcemid®.

Hypotone behandeling

Het vergroot het celvolume, waardoor chromosomen zich kunnen uitbreiden.

Fixatie

3: 1 methanol - azijnzuur wordt gebruikt om water uit cellen te verwijderen, de membranen te verharden en chromatine voor kleuring.

Sheet voorbereiding

De gefixeerde cellen worden uitgespreid op objectglaasjes, waarna ze worden gedroogd.

Chromosoomkleuring

Er zijn verschillende kleurmethoden om verschillen tussen chromosomen te herkennen. De meest voorkomende is de G.

Microscopische analyse

Hiermee kunt u geschikte cellen kiezen om chromosomen te observeren en te fotograferen.

Voorbereiding van karyogrammen

Op basis van foto's van cellen in metafase, worden afbeeldingen van de set chromosomen van een representatieve cel samengesteld voor later onderzoek.

Chromosoombanden

Er zijn vier soorten chromosomale banden: heterochromatische banden; euchromatische banden, nucleolus-organiserende regio's (NOR's); kinetochores.

Heterochromatische banden verschijnen als discrete blokken. Ze komen overeen met heterochromatine, dat zeer repetitieve DNA-sequenties bevat die conventionele genen vertegenwoordigen en niet worden gedecondenseerd aan het grensvlak.

Euchromatische banden bestaan ​​uit een reeks afwisselende segmenten die wel of niet worden aangetast door kleuring. Deze banden verschillen in grootte en vormen onderscheidende patronen die kenmerkend zijn voor elk paar chromosomen van een soort, waardoor ze erg nuttig zijn voor het identificeren van chromosomale translocaties en herschikkingen.

NOR's zijn die segmenten van de chromosomen die honderden of duizenden ribosomale RNA-genen bevatten. Ze worden gewoonlijk gevisualiseerd als vernauwingen.

Kinetochoren zijn de bindingsplaatsen van de microtubuli-spoel aan chromosomen.

Chromosomale bandkleuring

Chromosoombanding bestaat uit kleurtechnieken die patronen van longitudinale differentiatie (lichte en donkere gebieden) onthullen die anders niet zichtbaar waren. Deze patronen maken het mogelijk verschillende soorten te vergelijken en evolutionaire en pathologische veranderingen op chromosoomniveau te bestuderen.

Chromosoombanding-methoden zijn onderverdeeld in methoden die absorptiekleuring gebruiken, meestal Giemsa-pigmenten, en methoden die fluorescentie gebruiken. Absorptiekleuringsmethoden vereisen een voorafgaande fysisch-chemische behandeling, zoals beschreven in "Monsterverwerking".

Bij sommige soorten bandvorming kunnen patronen van beperkte chromosoomregio's worden aangetoond die verband houden met functionele eigenschappen. Anderen maken de visualisatie mogelijk van verschillen tussen homologe chromosomen die het mogelijk maken om segmenten te identificeren.

C-banden

De C-band kleurt de meeste heterochromatische banden, waardoor het de universele techniek is om de aanwezigheid van heterochromatine in chromosomen aan te tonen. Andere methoden kleuren slechts een deel van het totale heterochromatine, waardoor ze nuttiger zijn dan C-banding om onderscheid te maken tussen typen heterochromatine.

Q-banden

Q-banding is de oudste kleurtechniek. Het dankt zijn naam aan het gebruik van quinacrine. Het is effectief ongeacht de bereidingsmethode van het chromosoom. Het is een alternatieve methode voor het aanbrengen van banden met G. Het wordt zelden gebruikt, maar door zijn betrouwbaarheid is het nuttig wanneer het materiaal schaars of moeilijk te banderen is.

G-banden

De G-band, gebaseerd op het gebruik van Giemsa en trypsine, wordt tegenwoordig het meest gebruikt. Hiermee kunnen translocaties, inversies, verwijderingen en duplicaties worden gedetecteerd. Het is de meest gebruikte methode voor de karakterisering van karyotypen bij gewervelde dieren, en laat verschillen tussen chromosomen zien die niet kunnen worden onderscheiden op basis van alleen hun morfologie.

R-banden

De R-bandvorming produceert een omgekeerd kleurpatroon met betrekking tot de G-bandvorming (lichte R-banden zijn gelijk aan donkere G-banden en vice versa). De R-band is vooral handig voor het markeren van de uiteinden van chromosomen, die lichtjes gekleurd zijn wanneer de G-band wordt gebruikt.

T-banden

De T-band is een variant van de R-band waarbij de meeste interstitiële banden van de chromosomen niet worden gekleurd, zodat de eindgebieden van de chromosomen intens worden gekleurd.

Ag-NOR-banden

Ag-NOR-banden worden gebruikt om NOR's te lokaliseren door middel van zilverkleuring. Bij Ag-NOR-banding worden inactieve NOR-genen mogelijk niet gekleurd. Daarom wordt deze banding gebruikt om veranderingen in de activiteit van ribosomale genen tijdens gametogenese en embryonale ontwikkeling te bestuderen.

Fluorescerende in situ hybridisatie (FISH)

FISH-banding maakt het mogelijk chromosomen te visualiseren met behulp van fluorescent gelabelde sondes. De FISH-technologie maakt karyotypische analyse mogelijk van cellen die niet delen.

FISH-banding maakt de detectie mogelijk van specifieke DNA-sequenties in chromosomen, cellen en weefsels. Daarom kan het worden gebruikt om chromosomale afwijkingen op te sporen waarbij kleine stukjes DNA betrokken zijn.

FISH-banding maakte de weg vrij voor twee meer geavanceerde gerelateerde technieken, bekend als spectrale karyotypering (SKY) en meerkleurige FISH (M-FISH).

In SKY en M-FISH worden fluorescerende kleurstoffen gebruikt, die samen kleurencombinaties produceren, één voor elk chromosoom. Deze technieken zijn zeer nuttig geweest bij het detecteren van complexe chromosomale afwijkingen, zoals die worden waargenomen bij bepaalde tumoren en bij acute lymfoblastische leukemie.

Medische toepassingen

- Cytogenetica van kanker. Chromosomale afwijkingen en aneuploïdie komen vaak voor bij tumoren. Chromosomale translocaties kunnen kankerverwekkende effecten hebben door de productie van fusie-eiwitten. Cytogenetica wordt gebruikt om de voortgang van kankerbehandelingen te volgen.

- Kwetsbare plaatsen en chromosoomfracturen. Kwetsbare chromosoomlocaties kunnen leiden tot pathologieën zoals het fragiele X-syndroom. Blootstelling aan cytotoxische middelen kan chromosoombreuken veroorzaken. Dragers van bepaalde autosomale mutaties zijn niet in staat om tijdens chromosoomfracturen beschadigd DNA te herstellen.

- Numerieke afwijkingen van chromosomen. Het aantal chromosomen kan trisomieën diagnosticeren, zoals degene die de syndromen van Down, Edwards en Patau veroorzaakt. Het maakt ook de diagnose van Turner- en Klinefelter-syndromen mogelijk.

- Bij chronische myeloïde leukemie hebben de witte bloedcellen een "Philadelphia-chromosoom". Dit abnormale chromosoom is het resultaat van de translocatie van chromosomen 9 en 22.

Referenties

1. Abbott, JK, Nordén, AK, Hansson, B. 2017. Evolutie van geslachtschromosomen: historische inzichten en toekomstperspectieven. Proceedings of the Royal Society B, 284, 20162806.
2. Cregan, ERC 2008. Alles over mitose en meiose. Teacher Created Materials Publishing, Huntington Beach, CA.
3. Gersen, SL, Keagle, MB, eds. 2013. De principes van klinische cytogenetica. Springer, New York.
4. Gosden, JR, uitg. 1994. Methods in Molecular Biology, deel 29. Chromosoomanalyseprotocollen. Humana Press, Totowa, NJ
5. Hughes, JF, Page, DC 2015 De biologie en evolutie van zoogdier Y-chromosomen. Jaaroverzicht van genetica, 49, 22.1–22.21.
6. Kannan, TP, Alwi, ZB 2009. Cytogenetica: verleden, heden en toekomst. Malaysian Journal of Medical Sciences, 16, 4–9.
7. Lawce, HJ, Brown, MG 2017. Cytogenetica: een overzicht. In: The AGT Cytogenetics Laboratory Manual, Fourth Edition. Arsham, MS, Barch, MJ, Lawce, HJ, eds. Wiley, New York.
8. Sacerdot, C., Louis, A., Bon, C., Berthelot, C., Crollius, HR 2018. Chromosoomevolutie aan de oorsprong van het voorouderlijke gewervelde genoom. Genome Biology, 19, 166.
9. Schubert, I. 2007. Chromosoomevolutie. Current Opinion in Plant Biology, 10, 109-115.
10. Schulz-Schaeffer, J. 1980. Cytogenetica - planten, dieren, mensen. Springer-Verlag, New York.