SITOGENETIK: SEJARAH, APA YANG DIKAJI, TEKNIK, APLIKASI - BIOLOGI - 2025

The Citogenetik ialah kajian morfologi, struktur dan fungsi kromosom, termasuk perubahan mereka semasa pembahagian sel somatik, atau mitosis, dan semasa pembahagian sel pembiakan, atau meiosis.

Sitologi juga mengkaji faktor-faktor yang menyebabkan perubahan kromosom, termasuk patologi, yang muncul dari satu generasi ke generasi yang lain, dan evolusi, yang bertindak selama beberapa generasi.

Sumber: pixabay.com

Sejarah

Tahun dan peristiwa yang tidak dapat dilupakan dalam sejarah sitogenetik adalah seperti berikut:

- Pada tahun 1842, Karl Wilhelm von Nägeli mengamati "sel punca sementara", yang kemudian disebut kromosom.

- Pada tahun 1875, Eduard Strasburger mengenal pasti kromosom pada tumbuhan. Pada tahun 1979, Walther Flemming melakukannya pada haiwan. Flemming mencipta istilah kromatin, prophase, metaphase, anaphase, dan telophase.

- Pada tahun 1888, W. Waldeyer mencipta istilah kromosom.

- Pada tahun 1893, Oscar Hertwig menerbitkan teks pertama mengenai sitogenetik.

- Pada tahun 1902, Theodor Boveri dan Walter Sutton menemui kromosom homolog.

- Pada tahun 1905, Nettie Stevens mengenal pasti kromosom Y.

- Pada tahun 1937, Albert Blakeslee dan AG Avery menghentikan metafasa dengan colchicine, sangat memudahkan pengamatan kromosom.

- Pada tahun 1968, Torbjörn Caspersson dan kolaborator menggambarkan kumpulan Q. Pada tahun 1971, Bernard Dutrillaux dan Jerome Lejeune menggambarkan kumpulan R.

- Pada tahun 1971, band C dibincangkan dalam sebuah persidangan mengenai tatanama kromosom manusia.

- Pada tahun 1975, C. Goodpasture dan SE Bloom menggambarkan pewarnaan Ag-NOR.

- Pada tahun 1979, Jorge Yunis menerangkan kaedah resolusi tinggi untuk kumpulan G.

- Pada tahun 1986-1988, Daniel Pinkel dan Joe Gray mengembangkan teknik FISH (fluorescent in situ hybridization).

- Pada tahun 1989, kromosom microdissected Hermann - Josef Lüdecke.

- Pada tahun 1996, Evelyn Schröck dan Thomas Ried menggambarkan penaipan kariotip spektrum multikromatik.

Penemuan pada manusia

Pada tahun 1914, Theodor Boveri mencadangkan bahawa barah boleh disebabkan oleh perubahan kromosom. Pada tahun 1958, Charles E. Ford memerhatikan kelainan kromosom semasa leukemia.

Pada tahun 1922, Theophilus Painter menerbitkan bahawa manusia mempunyai 48 kromosom. Jo Hin Tjio dan Albert Levan mengambil masa sehingga 1956 untuk membuktikan bahawa mereka sebenarnya mempunyai 46 kromosom.

Pada tahun 1932, PJ Waardenburg menyarankan, tanpa membuktikannya, bahawa sindrom Down boleh menjadi akibat penyimpangan kromosom. Pada tahun 1959, Jerome Lejeune menunjukkan adanya kromosom somatik tambahan pada pesakit dengan sindrom Down.

Juga pada tahun 1959, Charles E. Ford melaporkan bahawa wanita dengan sindrom Turner kekurangan satu daripada dua kromosom X, sementara Patricia Jacobs dan John Strong mendapati adanya kromosom X tambahan pada lelaki dengan sindrom Klinefelter.

Pada tahun 1960, JA Böök dan Berta Santesson menerangkan triploidy, Klaus Patau menggambarkan trisomi 13, dan John Edwards menggambarkan trisomi 18.

Pada tahun 1969, Herbert Lubs First menemui sindrom Fragile X. Pada tahun yang sama, amniosentesis mula digunakan untuk diagnosis sitogenetik.

Bidang pengajian

Ahli sitogenetik mengkaji evolusi kromosom makhluk hidup, menggunakan kariotip untuk melakukan analisis filogenetik dan menyelesaikan masalah taksonomi.

Di samping itu, mereka menyelidiki aspek epidemiologi penyimpangan kromosom manusia dan faktor persekitaran yang menghasilkannya, mendiagnosis dan merawat pesakit yang terkena kelainan kromosom, dan mengembangkan pendekatan molekul untuk menguraikan struktur, fungsi, dan evolusi kromosom.

Morfologi kromosom

Setiap kromosom terdiri dari dua kromatid, disatukan oleh penyempitan yang disebut sentromer. Bahagian kromosom yang bermula dari sentromer disebut lengan.

Kromosom disebut metasentrik apabila mereka mempunyai sentromer di tengahnya; submetacentric jika mereka memilikinya sedikit dari tengah, sehingga lengan yang bertentangan tidak sama panjang; akrosentrik jika sentromer mendekati salah satu ekstrem; dan telosentrik jika sentromer berada pada satu hujung kromosom.

Teknik: pemprosesan sampel

Langkah-langkah yang perlu diambil untuk memproses sampel adalah seperti berikut.

Mendapatkan sampel

Pemerolehan tisu yang diperlukan, menyimpannya dalam medium dan dalam botol yang sesuai.

Budaya

Dengan pengecualian sampel untuk analisis IKAN, diperlukan waktu pemeliharaan antara satu hari hingga beberapa minggu sebelum penuaian.

Dituai

Ia adalah pengambilan sel dalam metafasa.

Menghentikan mitosis

Analisis sitogenetik standard memerlukan menghentikan mitosis sehingga sel kekal dalam metafasa, menggunakan colchicine atau Colcemid®.

Rawatan hipotonik

Ini meningkatkan jumlah sel, yang memungkinkan kromosom memanjang.

Pembetulan

Metanol 3: 1 - asid asetik digunakan untuk mengeluarkan air dari sel, mengeraskan membran dan kromatin untuk pewarnaan.

Penyediaan helaian

Sel-sel tetap disebarkan pada slaid mikroskop, selepas itu dikeringkan.

Pewarnaan kromosom

Terdapat beberapa kaedah pewarnaan untuk mengenali perbezaan antara kromosom. Yang paling biasa adalah G.

Analisis mikroskopik

Membolehkan anda memilih sel yang sesuai untuk memerhatikan dan memotret kromosom.

Penyediaan karyogram

Berdasarkan gambar sel dalam metafasa, gambar sekumpulan kromosom sel perwakilan disusun untuk kajian selanjutnya.

Jalur kromosom

Terdapat empat jenis jalur kromosom: jalur heterokromatik; jalur euchromatic, kawasan penyusun nukleolus (NOR); kinetochores.

Jalur heterokromatik muncul sebagai blok diskrit. Mereka sesuai dengan heterokromatin, yang mengandungi urutan DNA yang sangat berulang yang mewakili gen konvensional dan tidak terurai di antara muka.

Jalur euchromatic terdiri daripada rangkaian segmen bergantian yang tidak atau tidak dipengaruhi oleh pewarnaan. Jalur ini berbeza ukuran, membentuk corak khas dari setiap pasangan kromosom spesies, yang menjadikannya sangat berguna untuk mengenal pasti translokasi dan penyusunan semula kromosom.

NOR adalah segmen kromosom yang mengandungi ratusan atau ribuan gen RNA ribosom. Mereka biasanya dilihat sebagai penyempitan.

Kinetochores adalah tempat pengikat gelendong mikrotubulus ke kromosom.

Pewarnaan pita kromosom

Jalur kromosom terdiri daripada teknik pewarnaan yang menunjukkan corak pembezaan membujur (kawasan terang dan gelap) yang tidak dapat dilihat sebaliknya. Corak ini memungkinkan untuk membandingkan pelbagai spesies dan mengkaji perubahan evolusi dan patologi pada tahap kromosom.

Kaedah pita kromosom dibahagikan kepada kaedah yang menggunakan pewarnaan penyerapan, biasanya pigmen Giemsa, dan kaedah yang menggunakan pendarfluor. Kaedah pewarnaan penyerapan memerlukan rawatan fisiko-kimia awal, seperti yang dijelaskan dalam "Pemprosesan Sampel."

Beberapa jenis pita membenarkan bukti corak kawasan kromosom terlarang yang berkaitan dengan sifat fungsional. Yang lain membenarkan visualisasi perbezaan antara kromosom homolog yang memungkinkan untuk mengenal pasti segmen.

Pita C

Jalur C mengotorkan kebanyakan pita heterokromatik, menjadikannya teknik universal untuk menunjukkan kehadiran heterokromatin dalam kromosom. Kaedah lain mengotorkan sebahagian daripada keseluruhan heterokromatin, menjadikannya lebih berguna daripada C-banding untuk membezakan antara jenis heterokromatin.

Pita Q

Q-banding adalah teknik pewarnaan tertua. Ini berkat namanya penggunaan quinacrine. Ia berkesan tanpa mengira kaedah penyediaan kromosom. Ini adalah kaedah alternatif untuk penggabungan G. Ia jarang digunakan, tetapi kebolehpercayaannya menjadikannya berguna apabila bahannya jarang atau sukar diikat.

Pita G

G-band, berdasarkan penggunaan Giemsa dan trypsin, adalah yang paling banyak digunakan sekarang. Ia membolehkan pengesanan translokasi, penyongsangan, penghapusan dan pendua. Ini adalah kaedah yang paling banyak digunakan untuk pencirian kariotip pada vertebrata, menunjukkan perbezaan antara kromosom yang tidak dapat dibezakan hanya berdasarkan morfologi mereka.

Pita R

Jalur R menghasilkan corak pewarnaan terbalik sehubungan dengan jalur G (jalur cahaya R sama dengan jalur G gelap dan sebaliknya). Jalur R sangat berguna untuk menonjolkan hujung kromosom, yang sedikit bernoda ketika jalur G digunakan.

Jalur T

T-band adalah varian dari band-R di mana tidak ada pewarnaan pada kebanyakan pita interstisial kromosom, sehingga daerah terminal kromosom diwarnai secara intensif.

Kumpulan Ag-NOR

Jalur Ag-NOR digunakan untuk mencari NOR dengan pewarnaan perak. Dalam penjenamaan Ag-NOR, gen NOR yang tidak aktif mungkin tidak ternoda. Oleh itu, penjilidan ini digunakan untuk mengkaji perubahan aktiviti gen ribosom semasa gametogenesis dan perkembangan embrio.

Hibridisasi in situ pendarfluor (IKAN)

Jalur IKAN membolehkan kromosom dipvisualisasikan menggunakan probe berlabel fluoresen. Teknologi FISH membolehkan analisis kariotipik sel yang tidak membahagi.

FISH banding membolehkan pengesanan urutan DNA spesifik dalam kromosom, sel dan tisu. Oleh itu, ia dapat digunakan untuk mengesan kelainan kromosom yang melibatkan segmen kecil DNA.

FISH banding membuka jalan untuk dua teknik berkaitan yang lebih canggih, yang dikenali sebagai karyotyping spektrum (SKY) dan IKAN pelbagai warna (M-FISH).

Di SKY dan M-FISH, pewarna pendarfluor digunakan, yang bersama-sama menghasilkan kombinasi warna, satu untuk setiap kromosom. Teknik-teknik ini sangat berguna untuk mengesan penyimpangan kromosom kompleks, seperti yang dilihat pada tumor tertentu dan pada leukemia limfoblastik akut.

Aplikasi perubatan

- Sitogenetik kanser. Penyimpangan kromosom dan aneuploidi biasa terjadi pada tumor. Translokasi kromosom boleh memberi kesan karsinogenik melalui penghasilan protein peleburan. Sitogenetik digunakan untuk memantau kemajuan rawatan barah.

- Tapak rapuh dan patah kromosom. Laman kromosom rapuh boleh menyebabkan patologi seperti sindrom Fragile X. Pendedahan kepada agen sitotoksik boleh menyebabkan keretakan kromosom. Pembawa mutasi autosom tertentu tidak mempunyai keupayaan untuk memperbaiki DNA yang rosak semasa patah kromosom.

- Kelainan kromosom berangka. Kiraan kromosom dapat mendiagnosis trisomi, seperti yang menyebabkan sindrom Down, Edwards dan Patau. Ia juga membolehkan diagnosis sindrom Turner dan Klinefelter.

- Dalam leukemia myelogenous kronik, sel darah putih mempunyai "kromosom Philadelphia". Kromosom tidak normal ini adalah hasil translokasi kromosom 9 dan 22.

Rujukan

1. Abbott, JK, Nordén, AK, Hansson, B. 2017. Evolusi kromosom seks: pandangan sejarah dan perspektif masa depan. Prosiding Royal Society B, 284, 20162806.
2. Cregan, ERC 2008. Semua mengenai mitosis dan meiosis. Penerbitan Bahan Buatan Guru, Huntington Beach, CA.
3. Gersen, SL, Keagle, MB, ed. 2013. Prinsip sitogenetik klinikal. Springer, New York.
4. Gosden, JR, ed. 1994. Kaedah dalam biologi molekul, Jilid 29. Protokol analisis kromosom. Humana Press, Totowa, NJ
5. Hughes, JF, Page, DC 2015. Biologi dan evolusi kromosom Y mamalia. Ulasan Tahunan Genetik, 49, 22.1–22.21.
6. Kannan, TP, Alwi, ZB 2009. Sitogenetik: masa lalu, masa kini dan masa depan. Jurnal Sains Perubatan Malaysia, 16, 4–9.
7. Lawce, HJ, Brown, MG 2017. Sitogenetik: gambaran keseluruhan. Dalam: Manual Makmal Sitogenetik AGT, Edisi Keempat. Arsham, MS, Barch, MJ, Lawce, HJ, ed. Wiley, New York.
8. Sacerdot, C., Louis, A., Bon, C., Berthelot, C., Crollius, HR 2018. Evolusi kromosom pada asal usul genom vertebrata leluhur. Biologi Genom, 19, 166.
9. Schubert, I. 2007. Evolusi kromosom. Pendapat Semasa dalam Biologi Tumbuhan, 10, 109-115.
10. Schulz-Schaeffer, J. 1980. Sitogenetik - tumbuhan, haiwan, manusia. Springer-Verlag, New York.