 ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение Как определить диапазон голоса - ваш вокал Игровые автоматы с быстрым выводом Как самому избавиться от обидчивости Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам Вкуснейший "Салат из свеклы с чесноком" Натюрморт и его изобразительные возможности Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д. Как научиться брать на себя ответственность Зачем нужны границы в отношениях с детьми? Световозвращающие элементы на детской одежде Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ) Глава 3. Завет мужчины с женщиной
Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.
| История развития цитогенетики
МаШКИНА Е.В.
ЦИТОГЕНЕТИКА (учебно-методическое пособие)
Ростов-на-Дону
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 3 Модуль 1. Цитогенетика как наука 3 1.1. История развития цитогенетики 3 1.2. Окрашивание хромосом 6 1.3. FISH – окрашивание хромосом 8 1.4. Сравнительная геномная гибридизация 12 1.5. Проектное задание 16 1.6. Тесты рубежного контроля 17 Модуль 2. Хромосомы эукариот 19 2.1. Химический состав хроматина 19 2.2. Уровни организации хроматина. Гетерохроматин и эухроматин26 2.3. Строение хромосом эукариот 44 2.4. Половые хромосомы 55 2.5. Эволюция хромосом млекопитающих 62 2.6. Номенклатура хромосом человека 66 2.7. Проектное задание 67 2.8. Тесты рубежного контроля 68 Модуль 3. Поведение хромосом в клеточном цикле 70 3.1. Клеточный цикл. Митоз. Хромосомы в митозе 70 3.2. Хромосомы в мейозе 79 3.2.1. Конъюгация хромосом 79 3.2.2. Реципрокная рекомбинация 83 3.3. Проектное задание 86 3.4. Тесты рубежного контроля 88 Литература 89
Введение Достижения последних лет в области молекулярной биологии, генетики и цитогенетики привели к созданию огромного информационного пространства, в котором имеется множество фактов, касающихся строения, морфологии, функций, методов изучения хромосом. Изучение морфо-функциональной организации хромосом сегодня требует реализации системного, структурно-функционального подхода, который позволит представить хромосомы как единое целое, где структура и функции нераздельно связаны друг с другом. В данном пособии затронуты основные аспекты организации хромосом эукарио. Простота и доступность изложения материала позволит студентам получить важнейшие основополагающие знания, которые необходимы при освоении более сложной специальной литературы. Задачами учебно-методического пособия являются: - подготовка высококвалифицированных биологов, обладающих теоретическими знаниями и практическими навыками по цитогенетике; - стимуляция творческой активности, формирование навыков исследовательской деятельности, умения работать самостоятельно; - понимание основных проблем и достижений современной цитогенетики, ее важности для других биологических дисциплин.
Модуль 1. Цитогенетика как наука Комплексная цель:формирование у студентов представлений о цитогенетике как о науке, изучающей строение, воспроизведение, функции и поведение хромосом в клеточном цикле; а также представлений о методах приготовления и окраски цитогенетических препаратов. История развития цитогенетики Цитогенетика – это наука о материальных основах наследственности. Она изучает особенности строения, воспроизведения, рекомбинации, изменения и функционирования генетических структур клетки, их распределение в митозе, мейозе и при оплодотворении. В 1867 году немецкий ботаник Вильгельм Гофмейстер, а в 1871 году Александр Ковалевский и в 1872 году ботаник Эдмунд Руссов описали отдельные стадии митоза. В 1873 году немецкий зоолог и эмбриолог Антон Шнейдер при исследовании дробления яйцеклетки низших червей обнаружил стадии митоза, позднее названные как метафаза и анафаза. В 1974 году немецкий биолог Отто Бючли на клетках нематод и моллюсков описал митотическое веретено и показал одновременность деления структур, позднее названных хромосомами. В 1874 году ботаник Иван Чистяков впервые наблюдал митоз у растений (плауны, хвощи). В 1875 году Эдуард Страсбургер обратил внимание на общность картин митоза в клетках растений и животных. Он устанавливает последовательность его фаз. В 1882 году Вальтер Флеммннг открыл продольное расщепление хромосом в митозе. Он создал теорию митоза – индивидуальность хромосом, их генетическая непрерывность в череде поколений. В 1884 году Ван-Бенеден и в 1892 году Вейсман описали мейоз. Первое обсуждение цитогенетики как науки – 1896 год – вышла книга Вильсона «Клетка в развитии и наследственности». Хромосомы человека впервые наблюдали Арнольд(1879) иФлемминг(1882).Винивортер в 1912 году исследовал гистологические срезы тестикул; он пришел к выводу, что у мужчин должно быть 47 хромосом, а у женщин – 48. Пэйнтер в 1921-1923 гг. анализировал тестикулы трех душевнобольных; вывод – в клетках человека 48 хромосом. Он впервые наблюдал половой бивалент в первом мейотическом делении. В 1956 году, когда Tjio и Levan добавив воду к суспензии митотических клеток (фибробласты легкого эмбриона) человека перед их фиксацией на стекле, смогли отделить хромосомы друг от друга и сосчитать их количество. Независимо от их исследования, в том же году, число хромосом человека - 46, было установлено Ford. В 1959 году Лежен показал, что причиной синдрома Дауна является трисомия хромосомы 21, а аномалии количества половых хромосом приводят к развитию синдрома Тернера (Форд) и синдрома Клайнфельтера (Джекобс, Стронг). В 1963 году был описан первый делеционный синдром – cri du chat - потеря участка короткого плеча хромосомы 5 у больных с выраженной задержкой умственного развития и плачем, похожим на крик кошки. В 1961 году в Лондоне Пенроуз и Делханти впервые описали триплоидию у спонтанного абортуса. В 1967 году Якобсон и Бартер впервые на препаратах культуры клеток амниотической жидкости диагностировали у плода хромосомную аберрацию. Развитие пренатальной цитогенетики. В 1982 году впервые успешно провели анализ кариотипа плода в культуре лимфоцитов пуповинной крови после кордоцентеза. В конце 60-х годов цитогенетические исследования получили новый толчок к развитию. Caspersson разработал протоколы дифференциального окрашивания, при которых получался набор из темных и светлых полос по всей длине каждой хромосомы. В 1971 году было принято соглашение о единой системе нумерации полос при дифференциальной окраске. Следующим революционным шагом в развитии методов цитогенетики стала гибридизация нуклеиновых кислот in situ. Она была первоначально разработана для локализации фрагментов ДНК в метафазных и профазных хромосомах. В основе метода – создание препаратов ДНК, содержащих последовательность нуклеотидов, гомологичную последовательности изучаемого района. Эти препараты ДНК («ДНК-пробы») должны быть помечены для дальнейшего их обнаружения. В первых экспериментах в качестве метки использовали радиоактивные изотопы водорода. Гибридизация in situ заключается в денатурации ДНК-пробы и цитологического препарата с последующей совместной ренатурацией, при которой образуется дуплекс меченной ДНК и ДНК препарата. Несвязанная меченная ДНК вымывается.
Окрашивание хромосом Красители – это сложные органические соединения, имеющие в своем составе хромофорную группу атомов. По происхождению делятся на 3 группы: - животного происхождения – кармин; - растительного – гематоксилин; - минерального – анилиновые красители. Выделяют 3 основные группы методов окраски. 1. Простая или рутинная окраска. Уксуснокислый кармин, орсеин, краситель Гимза. Эти красители в стандартных условиях окрашивают хромосомы равномерно по всей длине. Применяется для определения числовых аномалий кариотипа, для выявления структурных хромосомных аберраций. 2. Дифференциальная окраска хромосом – избирательное окрашивание по длине. В 1968 году Caspersson разработал первый метод дифференциального окрашивания, давший набор из темных и светлых полос по длине каждой хромосомы, что позволило легко идентифицировать хромосомы, выявлять перестройки. Для дифференциальной окраски Касперсон использовал флуоресцентное алкилирующее веществоакрихин-иприт (Q-окрашивание). Данное вещество интеркалирует в двойную спираль ДНК и специфически связывается с атомом азота в положении 7 гуанина. Интеркалирование в спираль ДНК приводит к флуоресценции в видимой области спектра – в хромосомах появляются ярко флуоресцирующие участки - полосы или band. Полосы, окрашивающиеся темным цветом при использовании одного метода, могут оставаться светлыми при использовании других методик. Способы получения полос делятся на две группы: (1)дающие полосы по длине целой хромосомы (G-, Q-, R-полосы); (2) окрашивающие специфические хромосомные структуры. Последним способом окрашивают конституциональный гетерохроматин (С-полосы), теломерные Т-полосы и районы ядрышкового организатора. «Полосатость» хромосом коррелирует с насыщенностью различными основаниями, плотностью упаковки хроматина.
Рисунок 1. Дифференциальное окрашивание хромсоом В настоящее время основными методами дифференциальной окраски является G-, R-, C-методы. С-окрашивание – метод выявления прицентромерного гетерохроматина. Перед окрашиванием зафиксированных хромосом красителем Гимза их обрабатывают Ba(OH)2 или NaOH. При воздействии щелочи происходит денатурация ДНК. Из-за более плотной упаковки прицентромерный гетерохроматин менее подвержен действию щелочного раствора и способен к ренатурации. При окрашивании красителем Гимза окрашиваются только эти ренатурированные участки хромосомы. G-окрашивание хромосом. В качестве предварительной обработки хромосом чаще всего используют инкубацию в солевом растворе или инкубацию с трипсином (или другой протеазой). Происходит денатурация и последующая ренатурация. Окрашивание G-сегментов. Предполагают, что данные сегменты богаты А-Т-парами, содержат мало генов (в основном гены тканевой дифференцировки клеток). Q и G-сегменты идентичны. Для материала G-сегментов характерна средняя или поздняя репликация, ранняя конденсация, обогащенность АТ-основаниями и LINE-повторами. R-окрашивание хромосом. При этом окрашивании хромосомные препараты инкубируют при температуре +60°С в течение 3-5 минут в насыщенном растворе Ва(ОН)2. Затем их окрашивают раствором красителя Гимза. Рисунок хромосом при R-окрашивании противоположен G-исчерченности: R-положительные сегменты содержат большое количество пар G-C; содержат основное число генов, в том числе и гены домашнего хозяйства. Репликация ранняя, конденсация поздняя, обогащенность SINE-повторами. Окрашивание Ag – специфическое выявление районов ядрышкового организатора, которые были активны в предыдущем клеточном цикле.
|
