десно|мини| Метафазна клетка позитивна во преуредување на генската секвенца BCR/ABL, гледана со користење на техниката флуоресцентна „на лице место“ хибридизација. Цитогенетика ― во суштина е гранка на генетиката, но исто така е дел од клеточната биологија/цитологија (поделба на човечката анатомија), која се занимава со тоа како хромозомите се поврзани со однесувањето на клетките, особено со нивното однесување за време на митоза и мејоза. Техниките што се користени се кариотипизација, анализа на хромозоми со G-појас, други техники за цитогенетско поврзување, како и молекуларна цитогенетика како што е флуоресцентна „на лице место“ хибридизација и споредбена геномска хибридизација.

Историја

Почетоци Хромозомите првпат биле забележани во растителните клетки од Карл Негели во 1842 година. Нивното однесување во клетките на животните (саламандери) било опишано од Валтер Флеминг, откривачот на митозата, во 1882 година. Името било измислено од страна друг германски анатом, фон Валдејер во 1888 година.

Следната фаза се случи по развојот на генетиката на почетокот на 20 век, кога било ценето дека збирот на хромозоми (кариотипот) е носител на гените. Се чини дека Левицки е првиот што го дефинирал кариотипот како фенотипски изглед на соматските хромозоми, за разлика од нивната генска содржина. Истражувањето на човечкиот кариотип траело многу години за да биде решено најосновното прашање: колку хромозоми содржи нормална диплоидна човечка клетка? Во 1912 година, Ханс фон Винивартер пријавил 47 хромозоми во сперматогонија и 48 во оогонија, заклучувајќи XX/XO механизам за определување на полот. Сликарот во 1922 година не бил сигурен дали диплоидниот број на луѓе е 46 или 48, најпрвин фаворизирајќи 46.Painter T.S. "The spermatogenesis of man" p. 129 in Подоцна го ревидирал своето мислење од 46 на 48 и правилно инсистирал луѓето да имаат XX/XY систем на определување пол. Со оглед на нивните техники, овие резултати биле доста извонредни. Во научните книги, бројот на човечки хромозоми останал на 48 повеќе од триесет години. Биле потребни нови техники за да биде поправена оваа грешка. Џо Хин Тџио работела во лабораторијата на Алберт Леван бил одговорен за наоѓање на пристапот:

Користење на клетки во културата Клетките пред-третман во хипотоничен раствор, кој ги отекува и ги шири хромозомите Запирање на митоза во метафаза со раствор на колхицин Стискање на препаратот на слајдот принудувајќи ги хромозомите во една рамнина Сечење фотомикрограф и распоредување на резултатот во неоспорен кариограм.

Било потребно до 1956 година за да биде општо прифатено дека кариотипот на човекот вклучува само 46 хромозоми. Encyclopædia Britannica, The Human Chromosome Големите човеколики мајмуни имаат 48 хромозоми. Човечкиот хромозом 2 е создаден со спојување на хромозоми на предците, со што се намалува бројот. Evolution Pages, Chromosome fusion

Примени на цитогенетиката

Работата на Меклинток за пченката Барбара Меклинток ја започнала својата кариера како цитогенетичар на пченка. Во 1931 година, Меклинток и Хариет Крејтон покажаа дека цитолошката рекомбинација на означените хромозоми е во корелација со рекомбинација на генетски особини (гени). Меклинток, додека била во Карнегиевиот институт, продолжила со претходните студии за механизмите на кршење на хромозомите и фузија на пченката. Таа идентификувала одреден настан на кршење на хромозомот што секогаш се случувал на истиот локус на 9-тиот хромозом на пченка, која го нарекла „дисоцијациски“ локус. Меклинток ја продолжила својата кариера во цитогенетиката проучувајќи ја механиката и наследувањето на скршените и прстенестите (кружни) хромозоми на пченката. За време на нејзината цитогенетска работа, Меклинток открила транспозони, откритие што на крајот доведе до нејзината Нобелова награда во 1983 година.

Природни населенија на Drosophila Во 1930-тите, Добжански и неговите соработници ги собрале Drosophila pseudoobscura и D. persimilis од диви населенија во Калифорнија и соседните држави. Користејќи ја техниката на Painter. тие ги проучувале политенските хромозоми и откриле дека дивите населенија се полиморфни за хромозомски инверзии. Сите муви изгледаат слично без оглед на инверзии што ги носат: ова е пример за криптичен полиморфизам.

Брзо биле собрани докази за да биде покажано дека природната селекција е одговорна. Користејќи го методот измислен од Л'еритје и Тејсје, Добжански одгледувал животни во кафези, што овозможило хранење, размножување и земање примероци додека го спречувало бегството. Ова имало корист од елиминирање на преселувањето како можно објаснување на резултатите. Залихите што содржат инверзии со позната почетна честота може да се одржуваат во контролирани услови. Откриено е дека различните врсти на хромозоми не флуктуираат по случаен избор, како што би флуктуираат кога би биле селективно неутрални, туку се прилагодуваат на одредени честоти на кои тие се стабилизираат. До моментот кога Добжански го објавил третото издание на својата книга во 1951 година,Dobzhansky T. 1951. Genetics and the origin of species. 3rd ed, Columbia University Press, New York. тој бил убеден дека морфите на хромозомите се одржувани во населението поради селективната предност на хетерозиготите, како и кај повеќето полиморфизми.Dobzhansky T. 1970. Genetics of the evolutionary process. Columbia University Press N.Y.[Dobzhansky T.] 1981. Dobzhansky's genetics of natural populations. eds Lewontin RC, Moore JA, Provine WB and Wallace B. Columbia University Press N.Y.

Лилјана и глушец Лилјаната е омилен организам за цитолошко испитување на мејозата бидејќи хромозомите се големи и секоја морфолошка фаза на мејозата може лесно да биде идентификувана микроскопски. Хота, Чендли и сор. ги претставиле докази за вообичаена шема на синтеза на пробивање и поправка на ДНК кај машките мејотски клетки на лилјаните и глодарите за време на зиготен-пахитенските фази на мејозата кога било претпоставувано дека се случува вкрстување. Присуството на заедничка шема помеѓу организмите толку филогенетски оддалечени како крин и глушец ги навело авторите да заклучат дека организацијата за мејотично вкрстување кај барем повисоките еукариоти е веројатно универзална по распространетост.

Човечки абнормалности и медицински примени мини| Транслокацијата „Филаделфија“ t(9;22)(q34;q11.2) забележана кај хроничната миелогена леукемија. По појавата на процедури кои овозможуваа лесно набројување на хромозомите, брзо беа направени откритија поврзани со аберантните хромозоми или хромозомскиот број.

Конституционална цитогенетика: кај некои вродени нарушувања, како што е Даунов синдром, цитогенетиката ја открила природата на хромозомскиот дефект: „едноставна“ трисомија. Абнормалностите кои произлегуваат од недисјункционите настани може да предизвикаат клетки со анеуплоидија (додавања или бришења на цели хромозоми) кај еден од родителите или кај фетусот. Во 1959 година, Лежун открил дека пациентите со Даунов синдром имаат дополнителна копија од хромозомот 21. Даунов синдром е нарекуван и како трисомија 21.

Други откриени бројчани абнормалности се абнормалности на половите хромозоми. Жена со само еден Х хромозомот има Тарнеров синдром, додека мажот со дополнителен Х хромозом, што резултира со вкупно 47 хромозоми, има Клинефелтеров синдром. Многу други комбинации на полови хромозоми се компатибилни со живо раѓање, вклучувајќи XXX, XYY и XXXX. Способноста на цицачите да толерираат анеуплоиди во половите хромозоми произлегува од способноста да ги исклучат, што е потребно кај нормалните женки за да биде надокнадено поради тоа што имаат две копии од хромозомот. Не сите гени на X хромозомите се исклучени, поради што постои фенотипски ефект забележан кај единки со дополнителни Х хромозоми.

Трисомија 13 била поврзана со Патауовиот синдром и трисомија 18 со Едвардсовиот синдром.

Стекната цитогенетика: Во 1960 година, Питер Ноуел и Дејвид ХангерфордNowell PC, Hungerford DA. "A minute chromosome in human chronic granulocytic leukemia". pp. 1497–1501 in откриле мал хромозом во белите крвни зрнца на пациенти со Хронична миелогидна леукемија. Овој абнормален хромозом бил наречен филаделфиски хромозом - додека и двајцата научници го правеле своето истражување во Филаделфија, Пенсилванија. Тринаесет години подоцна, со развојот на понапредни техники, Џенет Роули покажала дека абнормалниот хромозом е резултат на транслокација на хромозоми 9 и 22. Идентификацијата на филаделхискиот хромозом со цитогенетика е дијагностичка за хроничната миелогидна леукемија. Повеќе од 780 леукемии и стотици цврсти тумори (бели дробови, простата, бубрези итн.) сега се карактеризирани со стекната хромозомска абнормалност, чија прогностичка вредност е клучна. Идентификацијата на овие хромозомски абнормалности доведе до откривање на многу голем број „гени за рак“ (или онкогени). Зголеменото знаење за овие гени за рак сега овозможува развој на насочени терапии, кои ги преобразуваат изгледите за преживување на пациентот. Така, цитогенетиката имала и продолжува да има суштинска улога во напредокот на разбирањето на ракот. Големите бази на податоци (Атлас на генетиката и цитогенетиката во онкологијата и хематологијата, базата на податоци за рак на COSMIC, Мителмановата база на податоци за аберации на хромозомите и фузијата на гените кај ракот) им овозможуваат на истражувачите и лекарите да го имаат потребниот корпус за нивната работа во оваа област.

Доаѓањето на техниките на бендирање десно|мини|250x250пкс| Микрографски кариограм на човек маж. мини| Шематски кариограм на човек, со означени ленти и под-појаси како што се користат во Меѓународниот систем за човечка цитогеномска номенклатура за хромозомски абнормалности . Покажува темни и бели региони на лентата G. Покажува 22 хомологни хромозоми, и машка (XY) и женска (XX) верзија на половиот хромозом (долу десно), како и митохондријален геном (долу лево). Во доцните 1960-ти, Торбјерн Касперсон развил техника на квинакрино флуоресцентно боење која открила уникатни обрасци на ленти за секој пар на хромозом. Ова им овозможи на хромозомските парови со инаку еднаква големина да бидат разликувани со различни хоризонтални обрасци. Сега се користени обрасци за поврзување за да се разјаснат точките на прекин и составните хромозоми вклучени во хромозомските транслокации. Бришењето и инверзиите во поединечен хромозом, исто така, може да бидат идентификувани и попрецизно да бидат опишани со користење на стандардизирана номенклатура за ленти. Поврзувањето „G“ (користење трипсин и Гимзово/Рајтово боење) било истовремено развиена во раните 1970-ти и овозможува визуелизација на обрасците на ленти со помош на микроскоп со светло поле.

Дијаграмите што ги идентификуваат хромозомите врз основа на обрасците на ленти се познати како идиограми. Овие карти станале основа и за пренаталните и за онколошките полиња за брзо преместување на цитогенетиката во клиничката лабораторија каде кариотипизацијата им овозможи на научниците да бараат хромозомски промени. Техниките биле проширени за да биде овозможена култура на слободни амниоцити обновени од плодовата вода и техники на издолжување за сите врсти култури кои овозможуваат појаси со поголема резолуција.

Почетоци на молекуларната цитогенетика Во 1980-тите, бил постигнат напредок во молекуларната цитогенетика. Додека сонди означени со радиоизотоп беа хибридизирани со ДНК од 1969 година, сега беше направено движење со користење на флуоресцентни означени сонди. Нивното хибридирање со хромозомски препарати со користење на постоечки техники стана познато како флуоресцентна „на лице место“ хибридизација. Оваа промена значително ја зголемила употребата на техники на сондирање бидејќи сондите означени со флуоресцентни се побезбедни. Понатамошните достигнувања во микроманипулацијата и испитувањето на хромозомите доведоа до техника на микродисекција на хромозомите при што аберациите во хромозомската структура можеле да бидат изолирани, клонирани и да бидат проучувани подетално.

Техники

Кариотипизација