CYTOGENETICS: ประวัติศาสตร์สิ่งที่ศึกษาเทคนิคการใช้งาน - ชีววิทยา - 2025

ทาง cytogeneticคือการศึกษาลักษณะทางสัณฐานวิทยาโครงสร้างและการทำงานของโครโมโซมรวมทั้งการเปลี่ยนแปลงของพวกเขาในระหว่างการแบ่งตัวของเซลล์ร่างกายหรือเซลล์และในระหว่างการแบ่งตัวของเซลล์สืบพันธุ์หรือเซลล์ชนิดหนึ่ง

เซลล์วิทยายังศึกษาถึงปัจจัยที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของโครโมโซมรวมถึงปัจจัยทางพยาธิวิทยาซึ่งปรากฏจากรุ่นหนึ่งไปสู่อีกรุ่นหนึ่งและปัจจัยทางวิวัฒนาการซึ่งทำหน้าที่ในหลายชั่วอายุคน

ที่มา: pixabay.com

ประวัติศาสตร์

ปีที่น่าจดจำและเหตุการณ์ในประวัติศาสตร์ของเซลล์พันธุศาสตร์มีดังนี้:

- ในปี พ.ศ. 2385 Karl Wilhelm von Nägeliได้สังเกตเห็น "เซลล์ต้นกำเนิดชั่วคราว" ซึ่งต่อมาเรียกว่าโครโมโซม

- ในปีพ. ศ. 2418 Eduard Strasburger ได้ระบุโครโมโซมในพืช ในปีพ. ศ. 2522 Walther Flemming ทำในสัตว์ เฟลมมิงบัญญัติศัพท์ว่า chromatin, prophase, metaphase, anaphase และ telophase

- ในปีพ. ศ. 2431 W. Waldeyer ได้บัญญัติศัพท์ว่าโครโมโซม

- ในปีพ. ศ. 2436 Oscar Hertwig ได้ตีพิมพ์ข้อความแรกเกี่ยวกับ cytogenetics

- ในปี 1902 Theodor Boveri และ Walter Sutton ได้ค้นพบโครโมโซมที่เป็นเนื้อเดียวกัน

- ในปี 1905 Nettie Stevens ระบุโครโมโซม Y

- ในปีพ. ศ. 2480 Albert Blakeslee และ AG Avery หยุด metaphase ด้วย colchicine ซึ่งช่วยอำนวยความสะดวกในการสังเกตโครโมโซมอย่างมาก

- ในปี 1968 Torbjörn Caspersson et al. อธิบายถึงวงดนตรี Q ในปี 1971 Bernard Dutrillaux และ Jerome Lejeune บรรยายถึงวงดนตรี R

- ในปีพ. ศ. 2514 วง C ได้รับการหารือในการประชุมเกี่ยวกับระบบการตั้งชื่อโครโมโซมของมนุษย์

- ในปีพ. ศ. 2518 C. Goodpasture และ SE Bloom ได้อธิบายถึงการย้อมสี Ag-NOR

- ในปี 1979 Jorge Yunis ได้อธิบายวิธีการที่มีความละเอียดสูงสำหรับแถบ G

- ในปี 1986–1988 Daniel Pinkel และ Joe Grey ได้พัฒนาเทคนิค FISH (fluorescent in situ hybridization)

- ในปี 1989 เฮอร์มันน์ - โครโมโซมที่ถูกแมลงของ Josef Lüdecke

- ในปีพ. ศ. 2539 Evelyn Schröckและ Thomas Ried ได้อธิบายถึงการพิมพ์คาริโอไทปิกแบบสเปกตรัมหลายสี

การค้นพบในมนุษย์

ในปีพ. ศ. 2457 Theodor Boveri เสนอว่ามะเร็งอาจเกิดจากการเปลี่ยนแปลงของโครโมโซม ในปีพ. ศ. 2501 Charles E.Ford สังเกตเห็นความผิดปกติของโครโมโซมในระหว่างโรคมะเร็งเม็ดเลือดขาว

ในปีพ. ศ. 2465 Theophilus Painter ได้ตีพิมพ์ว่ามนุษย์มีโครโมโซม 48 ตัว จนถึงปีพ. ศ. 2499 เพื่อให้ Jo Hin Tjio และ Albert Levan พบว่ามีโครโมโซม 46 ตัว

ในปีพ. ศ. 2475 PJ Waardenburg แนะนำโดยไม่ต้องพิสูจน์ว่าดาวน์ซินโดรมอาจเป็นผลมาจากความผิดปกติของโครโมโซม ในปีพ. ศ. 2502 Jerome Lejeune แสดงให้เห็นถึงการมีโครโมโซมร่างกายเสริมในผู้ป่วยดาวน์ซินโดรม

นอกจากนี้ในปีพ. ศ. 2502 Charles E.Ford รายงานว่าผู้หญิงที่เป็นโรค Turner syndrome ขาดโครโมโซม X หนึ่งในสองตัวในขณะที่ Patricia Jacobs และ John Strong ได้ค้นพบโครโมโซม X เพิ่มเติมในผู้ชายที่มีอาการ Klinefelter syndrome

ในปีพ. ศ. 2503 JA Böökและ Berta Santesson ได้บรรยายเรื่อง triploidy โดย Klaus Patau ได้บรรยายเรื่อง trisomy 13 และ John Edwards ได้บรรยายเรื่อง trisomy 18

ในปีพ. ศ. 2512 Herbert Lubs ได้ค้นพบ Fragile X syndrome เป็นครั้งแรก ในปีเดียวกันนั้นการเจาะน้ำคร่ำเริ่มถูกนำมาใช้ในการวินิจฉัยทางเซลล์พันธุศาสตร์

สาขาวิชา

นักเซลล์พันธุศาสตร์ศึกษาวิวัฒนาการโครโมโซมของสิ่งมีชีวิตโดยใช้คาริโอไทป์ในการวิเคราะห์ทางวิวัฒนาการและแก้ปัญหาทางอนุกรมวิธาน

นอกจากนี้ยังตรวจสอบแง่มุมทางระบาดวิทยาของความผิดปกติของโครโมโซมของมนุษย์และปัจจัยแวดล้อมที่ก่อให้เกิดการวินิจฉัยและรักษาผู้ป่วยที่ได้รับผลกระทบจากความผิดปกติของโครโมโซมและพัฒนาวิธีการทางโมเลกุลเพื่อถอดรหัสโครงสร้างหน้าที่และวิวัฒนาการของโครโมโซม

สัณฐานวิทยาของโครโมโซม

โครโมโซมแต่ละตัวประกอบด้วยโครโมโซมสองตัวซึ่งยึดเข้าด้วยกันโดยการรัดที่เรียกว่าเซนโทรเมียร์ ส่วนของโครโมโซมที่เริ่มต้นจากเซนโทรเมียร์เรียกว่าแขน

โครโมโซมเรียกว่าเมตาเซนตริกเมื่อมีเซนโตรเมียร์อยู่ตรงกลาง กึ่งกลางถ้าพวกมันอยู่ห่างจากตรงกลางเล็กน้อยเพื่อไม่ให้แขนตรงข้ามมีความยาวเท่ากัน acrocentric ถ้า centromere อยู่ใกล้กับหนึ่งในสุดขั้ว และเทโลเซนตริกถ้าเซนโทรเมียร์อยู่ที่ปลายด้านหนึ่งของโครโมโซม

เทคนิค: การประมวลผลตัวอย่าง

ขั้นตอนในการดำเนินการกับตัวอย่างมีดังนี้

การรับตัวอย่าง

การได้มาซึ่งเนื้อเยื่อที่ต้องการเก็บไว้ในสื่อกลางและในขวดที่เหมาะสม

วัฒนธรรม

ยกเว้นตัวอย่างสำหรับการวิเคราะห์ FISH ต้องใช้ระยะเวลาเพาะเลี้ยงระหว่างหนึ่งวันถึงหลายสัปดาห์ก่อนการเก็บเกี่ยว

เก็บเกี่ยว

มันคือการได้รับของเซลล์ใน metaphase

การหยุดไมโทซิส

การวิเคราะห์ทางเซลล์วิทยามาตรฐานต้องการการหยุดไมโทซิสเพื่อให้เซลล์ยังคงอยู่ในเมตาเฟสโดยใช้โคลชิซีนหรือโคลซีมิด®

การรักษา Hypotonic

เป็นการเพิ่มปริมาตรของเซลล์ซึ่งทำให้โครโมโซมสามารถขยายได้

ความสำรวม

3: 1 เมทานอล - กรดอะซิติกใช้ในการกำจัดน้ำออกจากเซลล์ทำให้เยื่อหุ้มแข็งและโครมาตินสำหรับย้อมสี

การเตรียมแผ่น

เซลล์คงที่จะแพร่กระจายบนสไลด์ด้วยกล้องจุลทรรศน์หลังจากนั้นจะถูกทำให้แห้ง

การย้อมสีโครโมโซม

มีวิธีการย้อมสีหลายวิธีเพื่อรับรู้ความแตกต่างระหว่างโครโมโซม ที่พบมากที่สุดคือ G.

การวิเคราะห์ด้วยกล้องจุลทรรศน์

ให้คุณเลือกเซลล์ที่เหมาะสมในการสังเกตและถ่ายภาพโครโมโซม

การเตรียมคาริโอแกรม

จากรูปถ่ายของเซลล์ใน metaphase ภาพชุดโครโมโซมของเซลล์ตัวแทนถูกประกอบขึ้นเพื่อการศึกษาในภายหลัง

แถบโครโมโซม

แถบโครโมโซมมีสี่ประเภท: แถบสีต่างกัน; วงขันทีพื้นที่จัดระเบียบนิวคลีโอลัส (NORs); kinetochores

แถบเฮเทอโรโครมาติกปรากฏเป็นบล็อกที่ไม่ต่อเนื่อง พวกเขาสอดคล้องกับเฮเทอโรโครมาตินซึ่งมีลำดับดีเอ็นเอที่ซ้ำซากสูงซึ่งแสดงถึงยีนแบบเดิมและไม่ได้ถอดรหัสที่ส่วนต่อประสาน

แถบสีเหลืองประกอบด้วยชุดของส่วนที่สลับกันซึ่งได้รับผลกระทบหรือไม่ได้รับผลกระทบจากการย้อมสี แถบเหล่านี้มีขนาดแตกต่างกันสร้างรูปแบบที่โดดเด่นของโครโมโซมแต่ละคู่ของสิ่งมีชีวิตชนิดหนึ่งซึ่งทำให้มีประโยชน์มากในการระบุการเปลี่ยนตำแหน่งและการจัดเรียงใหม่ของโครโมโซม

NORs คือส่วนของโครโมโซมที่มียีน RNA ของไรโบโซมหลายร้อยหรือหลายพันตัว โดยทั่วไปมักจะเห็นภาพว่าเป็นการหดตัว

Kinetochores เป็นจุดเชื่อมต่อของแกนหมุนไมโครทูบูลกับโครโมโซม

การย้อมสีแถบโครโมโซม

แถบโครโมโซมประกอบด้วยเทคนิคการย้อมสีที่เผยให้เห็นรูปแบบของความแตกต่างตามยาว (บริเวณที่สว่างและมืด) ซึ่งไม่สามารถมองเห็นได้เป็นอย่างอื่น รูปแบบเหล่านี้ทำให้สามารถเปรียบเทียบสายพันธุ์ต่างๆและศึกษาการเปลี่ยนแปลงทางวิวัฒนาการและพยาธิสภาพในระดับโครโมโซม

วิธีการแถบโครโมโซมแบ่งออกเป็นวิธีที่ใช้การย้อมสีแบบดูดซึมโดยทั่วไปคือ Giemsa pigments และวิธีที่ใช้การเรืองแสง วิธีการย้อมสีแบบดูดซับจำเป็นต้องได้รับการบำบัดทางเคมีกายภาพเบื้องต้นตามที่อธิบายไว้ใน "การประมวลผลตัวอย่าง"

แถบบางประเภทอนุญาตให้แสดงรูปแบบของบริเวณที่ถูก จำกัด ของโครโมโซมที่เกี่ยวข้องกับคุณสมบัติการทำงาน อื่น ๆ อนุญาตให้เห็นภาพความแตกต่างระหว่างโครโมโซมที่คล้ายคลึงกันซึ่งทำให้สามารถระบุส่วนต่างๆได้

วงดนตรี C

C-band จะมีแถบสีที่แตกต่างกันออกไปทำให้เป็นเทคนิคสากลในการแสดงการมีเฮเทอโรโครมาตินในโครโมโซม วิธีการอื่น ๆ ย้อมสีเฮเทอโรโครมาตินทั้งหมดเท่านั้นทำให้มีประโยชน์มากกว่า C-banding เพื่อแยกความแตกต่างระหว่างประเภทของเฮเทอโรโครมาติน

วงดนตรี Q

Q-banding เป็นเทคนิคการย้อมสีที่เก่าแก่ที่สุด เป็นชื่อของการใช้ quinacrine มีประสิทธิภาพโดยไม่คำนึงถึงวิธีการเตรียมโครโมโซม เป็นวิธีทางเลือกหนึ่งสำหรับแถบ G ซึ่งไม่ค่อยมีใครใช้ แต่ความน่าเชื่อถือทำให้เกิดประโยชน์เมื่อวัสดุหายากหรือรัดยาก

วง G

G-band ที่ใช้ Giemsa และ trypsin ถูกใช้มากที่สุดในปัจจุบัน ช่วยให้สามารถตรวจจับการแปลการผกผันการลบและการทำซ้ำ เป็นวิธีการที่ใช้กันมากที่สุดในการกำหนดลักษณะของคาริโอไทป์ในสัตว์มีกระดูกสันหลังโดยแสดงความแตกต่างระหว่างโครโมโซมที่ไม่สามารถแยกแยะได้โดยพิจารณาจากลักษณะทางสัณฐานวิทยาเท่านั้น

วงดนตรี R

แถบ R ก่อให้เกิดรูปแบบการย้อมสีแบบผกผันเมื่อเทียบกับแถบ G (แถบแสง R เท่ากับแถบ G สีเข้มและในทางกลับกัน) แถบ R มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการเน้นส่วนปลายของโครโมโซมซึ่งจะมีรอยเปื้อนเล็กน้อยเมื่อใช้แถบ G

วงดนตรี T

แถบ T เป็นรูปแบบหนึ่งของแถบ R ซึ่งไม่มีการย้อมสีของแถบคั่นระหว่างหน้าส่วนใหญ่ของโครโมโซมซึ่งทำให้บริเวณขั้วของโครโมโซมถูกย้อมอย่างหนาแน่น

วง Ag-NOR

แถบ Ag-NOR ใช้เพื่อค้นหา NORs โดยการย้อมสีเงิน ในแถบ Ag-NOR ยีน NOR ที่ไม่ใช้งานอาจไม่ถูกย้อมสี ดังนั้นแถบนี้จึงใช้เพื่อศึกษาการเปลี่ยนแปลงกิจกรรมของยีนไรโบโซมระหว่างการสร้างเซลล์สืบพันธุ์และการพัฒนาตัวอ่อน

การผสมสารเรืองแสงในแหล่งกำเนิด (FISH)

แถบแถบ FISH ช่วยให้สามารถมองเห็นโครโมโซมได้โดยใช้โพรบที่มีฉลากเรืองแสง เทคโนโลยี FISH ช่วยให้การวิเคราะห์ karyotypic ของเซลล์ที่ไม่แบ่งตัว

แถบปลาช่วยให้สามารถตรวจหาลำดับดีเอ็นเอที่เฉพาะเจาะจงในโครโมโซมเซลล์และเนื้อเยื่อได้ ดังนั้นจึงสามารถใช้เพื่อตรวจหาความผิดปกติของโครโมโซมที่เกี่ยวข้องกับดีเอ็นเอส่วนเล็ก ๆ

แถบคาดของปลาได้ปูทางไปสู่เทคนิคที่เกี่ยวข้องที่ซับซ้อนมากขึ้นอีกสองเทคนิคซึ่งเรียกว่าการกะริโอไทป์แบบสเปกตรัม (SKY) และปลาหลากสี (M-FISH)

ใน SKY และ M-FISH จะใช้สีย้อมเรืองแสงซึ่งทำให้เกิดการผสมกันของสีโดยหนึ่งสีสำหรับโครโมโซมแต่ละตัว เทคนิคเหล่านี้มีประโยชน์อย่างมากในการตรวจหาความผิดปกติของโครโมโซมที่ซับซ้อนเช่นที่พบในเนื้องอกบางชนิดและมะเร็งเม็ดเลือดขาวชนิดเม็ดเลือดขาวเฉียบพลัน

การใช้งานทางการแพทย์

- เซลล์พันธุศาสตร์ของมะเร็ง ความผิดปกติของโครโมโซมและ aneuploidy เป็นเรื่องปกติในเนื้องอก การเปลี่ยนตำแหน่งของโครโมโซมอาจมีผลก่อมะเร็งผ่านการผลิตโปรตีนฟิวชัน Cytogenetics ใช้เพื่อติดตามความก้าวหน้าของการรักษามะเร็ง

- บริเวณที่เปราะบางและการแตกหักของโครโมโซม บริเวณโครโมโซมที่เปราะบางสามารถนำไปสู่โรคเช่น Fragile X syndrome การได้รับสารพิษต่อเซลล์อาจทำให้โครโมโซมแตกหักได้ พาหะของการกลายพันธุ์ของออโตโซมบางชนิดขาดความสามารถในการซ่อมแซมดีเอ็นเอที่เสียหายระหว่างการแตกหักของโครโมโซม

- ความผิดปกติเชิงตัวเลขของโครโมโซม จำนวนโครโมโซมสามารถวินิจฉัยไตรโซมได้เช่นกลุ่มที่ทำให้เกิดกลุ่มอาการดาวน์เอ็ดเวิร์ดและพาตู นอกจากนี้ยังช่วยในการวินิจฉัยกลุ่มอาการของ Turner และ Klinefelter

- ในมะเร็งเม็ดเลือดขาวชนิดไมอีโลเจนเรื้อรังเม็ดเลือดขาวจะมี“ โครโมโซมฟิลาเดลเฟีย” โครโมโซมที่ผิดปกตินี้เป็นผลมาจากการย้ายตำแหน่งของโครโมโซม 9 และ 22

อ้างอิง

1. Abbott, JK, Nordén, AK, Hansson, B. 2017 วิวัฒนาการโครโมโซมเพศ: ข้อมูลเชิงลึกทางประวัติศาสตร์และมุมมองในอนาคต การดำเนินการของ Royal Society B, 284, 25592806
2. Cregan, ERC 2008 ทุกอย่างเกี่ยวกับไมโทซิสและไมโอซิส สำนักพิมพ์ครูสร้างวัสดุฮันติงตันบีชแคลิฟอร์เนีย
3. เกอร์เซน, SL, Keagle, MB, eds 2556. หลักการทางเซลล์พันธุศาสตร์ทางคลินิก. สปริงเกอร์นิวยอร์ก
4. Gosden, JR, ed. 2537. วิธีการในอณูชีววิทยาฉบับที่ 29. โปรโตคอลการวิเคราะห์โครโมโซม. Humana Press, Totowa, NJ
5. Hughes, JF, Page, DC 2015 ชีววิทยาและวิวัฒนาการของโครโมโซม Y ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม Annual Review of Genetics, 49, 22.1–22.21
6. Kannan, TP, Alwi, ZB 2009 Cytogenetics: อดีตปัจจุบันและอนาคต. Malaysia Journal of Medical Sciences, 16, 4–9
7. Lawce, HJ, Brown, MG 2017 Cytogenetics: ภาพรวม ใน: คู่มือห้องปฏิบัติการ AGT Cytogenetics, Fourth Edition Arsham, MS, Barch, MJ, Lawce, HJ, eds Wiley นิวยอร์ก
8. Sacerdot, C. , Louis, A. , Bon, C. , Berthelot, C. , Crollius, HR 2018 วิวัฒนาการของโครโมโซมที่จุดกำเนิดของจีโนมของสัตว์มีกระดูกสันหลังบรรพบุรุษ ชีววิทยาจีโนม, 19, 166
9. Schubert, I. 2007. วิวัฒนาการของโครโมโซม. ความคิดเห็นปัจจุบันทางชีววิทยาพืช, 10, 109-115.
10. Schulz-Schaeffer, J. 1980. Cytogenetics - พืชสัตว์มนุษย์ Springer-Verlag นิวยอร์ก