Цитологический метод в генетике человека — АНТИ-РАК

Общие сведения

Цитогенетический метод исследования генетики человека, его развитие и становление связаны с такими учеными, как Леван и Тио. Они в 1956 году первыми установили точное количество хромосом у людей.

Их оказалось не 48, как думали ранее, а 46. Именно это и положило начало исследованию мейотических и митотических хромосом человека. В 1959-м году французскими учеными Готье, Тюрпеном и Леженом была установлена природа синдрома Дауна.

Используя цитогенетический метод, они выявили, что болезнь имеет хромосомную этиологию. В последующие годы было описано еще множество патологий, часто встречающихся у людей и имеющих ту же природу.

Сегодня цитогенетический метод изучения наследственности используется при диагностировании, составлении хромосомных карт, анализа мутационного процесса и решения прочих важных проблем.

В 1960 году в США была разработана 1 Международная классификация. В основе нее использовались размеры хромосом, а также расположение центромеры — первичной перетяжки.

Методы генетики

Применительно к человеку классический генетический анализ исключен из-за невозможности экспериментальных скрещиваний, длительности времени между поколениями и малым количеством потомства на пару (семью).

1. Генеалогический метод (метод родословных). В медицинской генетике этот метод называют клинико-генеалогическим. Генеалогия — это учение о родословных.

Поэтому смысл данного метода заключается в изучении наследственности человека путем учета и анализа распределения наследственных признаков в семьях, т. е.

в изучении наследственности человека по родословным. Метод сводится к изучению родственных связей и передачи признаков среди близких и дальних родственников, прямых и непрямых.

Исследование того или иного признака в семье начинают с того члена семьи, который представляет интерес или является больным (исходный пациент, или пробанд).

Потомки одних и тех же родителей, происходящие из разных зигот (братья и сестры), получили название сибсов. Родословные составляют путем учета возможно большего количества родственников, используя для обозначения поколений, мужчин, женщин, браков, типов зиготности и т. д., различные символы, перечень которых приводится на рис. 65.

С помощью этого метода возможно установление наследственного характера признака, типа и частоты наследования того или иного

Рис. 65. Символы, используемые при составлении родословных человека

Признака, сцепленности признака с полом, а также определение зависимости или независимости распределения признаков. Анализируя родословные, можно обнаружить различия между близким сцеплением и аллелизмом. На рис.

66 приводится в качестве примера родословная с доминантным наследованием, а на рис. 67 — родословная, демонстрирующая независимое распределение неаллельных генов.

Метод характеризуется относительно большой разрешающей способностью. Однако он имеет и недостаток, связанный с трудностями сбора сведений о проявлении того или иного признака у родственни — ков пробанда, поскольку люди плохо знают свою родословную.

2. Цитогенетический метод. Этот метод заключается в цитологическом анализе кариотипа человека в норме и патологии. С его помощью исследуют нарушения, изменяющие количество и структуру хромосом.

Цитогенетический метод основывается на данных о хромосомах. В соответствии с денверовской классификацией хромосомы обозна — чают номерами, увеличивающимися по мере уменьшения размеров хромосом. В соответствии с рекомендациями IV Международного

Конгресса по генетике человека в Париже (1971) при описании добавочных хромосом их число помещают после общего числа хромосом и половых хромосом со знаком « » или «-» перед номером вовлеченной аутосомы.

Рис. 66. Родословная, позволяющая проследить доминантное наследование

Напротив, кариотип мужчины с экстрахромосомой X обозначают как 47,XXY. Знак плюс или минус помещают, сопровождая хромо — сомный символ, чтобы указать удлинение или укорочение хромосомного плеча.

Буква q символизирует длинное плечо, а р — короткое. Например, запись 46,XY, 1 q указывает на увеличение длины длинного плеча хромосомы? 1. Кариотип 47,XY, 14p символизирует мужчину с 47 хромосомами, включая дополнительную хромосому (?

14) с повышением в длине ее короткого плеча. Сокращения Def (дефишенс), Dup (дупликация), R (кольцо, возникающее после воссоединения двух разрывов в хромосоме), Inv (инверсия) и T (транслокация) обозначают аберрации хромосом.

Номера хромосомы или хромосом помещают после сокращения в скобках. Например, запись 46,ХХ, r (18) означает кариотип женщины с 46 хромосомами, включая r-хромосому? 18.

Формула 46,Х, inv (X q) есть кариотип женщины с 46 хромосомами, включая одну нормальную Х-хромосому и изохромосому X (с двумя генетически идентичными плечами) для длинного плеча хромосомы X.

Главная ценность цитогенетического метода заключается в том, что он позволяет установить связь между нарушениями кариотипа

Рис. 67. Родословная, демонстрирующая независимое распределение

И изменениями фенотипа, т. е. связь между нарушениями в определенной хромосомной паре и определенным наследственным дефектом. Это в свою очередь помогает найти принадлежность гена к опре — деленной группе сцепления.

Основное преимущество этого метода заключается в его простоте. Однако данный подход имеет существенные ограничения. Прежде всего с его помощью могут быть исследованы только крупные нарушения в структуре хромосом, видимые с помощью светового микроскопа.

Следовательно, это ограничивает количество анализируемых генетических детерминантов. Далее, этот подход может обеспечить изучение генотипов лишь на уровне групп сцепления.

3. Популяционный метод. Этот метод основан на законе Харди — Вайнберга и заключается в изучении распространения генов в популяциях человека. В условиях свободного скрещивания частота, с которой возможна встреча двух аллелей в диплоидном организме, равна произведению частот каждого аллеля.

Если относительную частоту доминантного аллеля А в двухаллельной системе обозначить Р, относительную частоту рецессивного аллеля А обозначить Q и если Р q=1, то при свободном скрещивании частота трех генотипов составляет значения: АА = р2, Аа = 2pq и Аа = q2.

Следовательно, зная о равновесии по Харди-Вайнбергу, можно определить влияние названных выше факторов на относительные частоты этих трех генотипов в поколениях. Как видно, данный метод позволяет изучать

Не только географическое распространение и частоту тех или иных генов, но и влияние на эти показатели разных факторов.

4. Близнецовый метод. Этот метод заключается в изучении генетических закономерностей, присущих однояйцовым (монозиготным) и разнояйцовым (дизиготным) близнецам.

Обычно сопоставляют монозиготных партнеров с дизиготными, а результаты анализа близнецовой выборки сравнивают с результатами анализа общей популяции.

Метод позволяет выяснить наследственную предрасположенность в проявлении ряда признаков и заболеваний, установить коэффициент наследуемости и степень влияния факторов внешней среды на проявление признаков.

Успех в использовании этого метода чаще связан с изучением тех признаков, которые не подвержены резкому влиянию со стороны внешних факторов, например группа крови, пигментация глаз и др.

5. Перенос генов. Под этим названием различают группу методов, позволяющих перенос генов от одних клеток к другим.

Гибридизация соматических клеток — это метод, основанный на том, что соматические клетки животных способны к гибридизации, при которой образуются гибриды клеток, в ядрах которых содержится набор хромосом обеих сходных клеточных линий, т. е.

гибриды являются полиплоидами. В процессе роста гибриды могут терять отдельные хромосомы. Для гибридов, полученных из скрещиваний соматических клеток человека с соматическими клетками млекопитающих, характерно то, что преимущественно теряются человеческие хромосомы.

Следовательно, наблюдение одновременной потери той или иной хромосомы и признака указывают на локализацию гена, контролирующего признак в данной хромосоме.

В исходных скрещиваниях можно использовать также клетки человека с частично удаленными из них хромосомами. Метод имеет ограничения, определяемые невозможностью экспрессии чужеродных генов в гибридах.

Перенос хромосом — это метод, позволяющий выделение хромосом и трансформацию ими клеток.

Перенос ДНК — это метод трансформации клеток очищенной ДНК, позволяющий переносить одновременно около 50 генов.

6. Молекулярно-генетические методы. Эти методы связаны с выделением ДНК, рестрикционным картированием, клонированием сегментов длиной до 50 000 пар оснований и секвенированием отдель-

Ных генов. Надежно вошли в практику методы выделения кДНК и полимеразная цепная реакция (ПЦР).

Кроме того, ряд молекулярно-генетических методов направлен на разделение, идентификацию и измерение генных продуктов (белков). Подсчитано, что в клетках человека синтезируется около 30 000 разных белков.

7. Моделирование наследственных болезней. Этот метод основан на законе Н. И. Вавилова о сходных рядах наследственности и заклю — чается в моделировании наследственных болезней на животных, у которых встречаются отдельные из этих болезней, например гемофилии на собаках.

Кроме того, используют «сконструированные» линии лабораторных животных, обладающих теми или иными мутантными генами. Например, для изучения болезни Леша-Найяна используют белых мышей, полученных введением в их эмбрионы культивируемых клеток с дефектом по гипоксантин-фосфорибозилтрансферазе.

На основе результатов изучения наследственности человека создают генетические, молекулярные и белковые карты. В ходе реализации проекта «Геном человека» (1990-2003) был расшифрован весь геном человека.

Цитогенетический метод основан на микроскопическом изучении хромосом в клетках человека.

Изучать нормальную морфологию хромосом и кариотипа в целом,

Определять генетический пол организма,

Диагностировать различные хромосомные болезни, связанные с изменением числа хромосом или с нарушением структуры хромосом.

В соматических клетках человека диплоидный набор хромосом, 2n=46, а в половых – гаплоидный n=23. При оплодотворении диплоидный набор хромосом восстанавливается.

В хромосоме выделяют короткое (р) и длинное (q) плечи. Концы обоих плеч хромосомы называют теломерами. В метафазе митоза хромосомы представлены двумя сестринскими хроматидами, соединенными центромерой.

В настоящее время для идентификации хромосом в соответствии с парижской номенклатурой все чаще используется дифференциальное окрашивание, которое на хромосомах дает полосы поперечной исчерченности (индивидуальная нуклеотидная последовательность, по-разному уложен хроматин), благодаря которым можно более точно идентифицировать пары гомологов.

Культивирование лимфоцитов

Эта процедура необходима для стимулирования их деления. Это связано с тем, что возможности цитогенетического метода напрямую зависят от количества клеток, которые находятся на стадии метафазы, в тот момент когда хромосомы собраны наиболее компактно.

Длительность культивирования, как правило, 72 часа. Увеличению числа метафазных клеток способствует введение в завершении процесса колхицина. Он приостанавливает на стадии метафазы деление, разрушает его веретено и повышает конденсацию хромосом.

Развитие отрасли

В течение последних нескольких лет отмечается достаточно активный сдвиг в становлении области молекулярной биологии. Это прежде всего обуславливается работами по расшифровке генома людей, выполненными в рамках государственных и международных программ «Совокупность человеческих генов».

В результате трудов были не только получены обширные по своему объему сведения по строению дезоксирибонуклеиновой кислоты. Были также проведены исследования современных технологий анализа, способов обработки больших объемов информации, созданы и сохранены информационные базы данных.

На основании этих материалов сформировалось новое направление – молекулярная генетика. Она позволила обнаружить многочисленные специфичности в функциях хромосомного набора.

Цитогенетический метод изучения используется для выявления новых элементов и звеньев, осуществления дешифровки мутации при наличии солидного числа врожденных заболеваний.

Патологии

Причины многих заболеваний, к примеру, синдром Шерешевского-Тернера, Клайнфельтера, Дауна и прочих, долгое время оставались невыясненными. Но использование цитологического метода позволило обнаружить аномалии хромосом.

Мужчины, страдающие синдромом Клайнфельтера, отличаются недоразвитостью гонад, умственной отсталостью, дегенерацией семенных канальцев, непропорциональностью конечностей и прочим.

У женщин диагностируется болезнь Шерешевского-Тернера. Синдром проявляется в отсутствии менструаций и позднем половом созревании, недоразвитости гонад, небольшом росте, бесплодии и прочих признаках.

В результате исследований было выявлено нерасхождение половых хромосом в процессе формирования родительских гамет. Дальнейший анализ показал, что следствием этого являются различные аномалии.

Отмечается, в частности, полисомия. Например, мужчины могут иметь набор XX Y, XXX Y, ХХХХ Y, женщины же — XXX, ХХХХ. Существует особенность значения половых хромосом при детерминации человеческого пола при их нерасхождении.

Так, в отличие от дрозофилы, она проявляется в том, что XX Y определяет исключительно мужской, а Х0 – женский пол. Вместе с этим увеличение количества хромосом Х при сочетании с одной Y только усиливает болезнь Клайнфельтера.

В заключение

Патологии, спровоцированные нарушениями в нормальном количестве половых хромосом, обнаруживаются анализом хроматина. При нормальном наборе у мужчин он в клетках не обнаруживается.

У здоровых женщин хроматин выявляется в виде 1 тельца. На фоне полисмии у женщин и мужчин число телец хроматина всегда меньше количества хромосом Х на единицу.

Для каждой такой зиготы генетическая активность присутствует только у одного структурного элемента. Остальные же хромосомы Х в виде полового хроматина принимают гетеропикнотическое состояние.

Причины данной закономерности сегодня выявлены не до конца. Тем не менее предполагается, что она обуславливается нивелированием активности генов в половых хромосомах гомо- и гетерогаметного пола.

Кроме описанных выше, патологии могут возникать вследствие нерасхождения аутосом, а также благодаря разнообразным перестройкам типа делеций, транслокаций и прочих.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Медицинский взгляд на еду
Adblock
detector