Изучение хромосомного набора

Цитогенетический метод в исследовании генетики человека

Среди многих методов изучения наследственной патологии человека цитогенетический метод занимает существенное место. С помощью цитогенетического метода возможен анализ материальных основ наследственности и кариотипа человека в норме и патологии, изучение некоторых закономерностей мутационного и эволюционного процессов.

Методы цитогенетического анализа:

1. Изучение хромосомного набора (кариотипа) в делящихся клетках.

2. Экспресс-метод определения полового хроматина в ядрах интерфазных клеток.

Может проводиться двумя способами:

1) прямым методом - исследование метафазных хромосом в делящихся клетках, например, костного мозга (используется редко, в основном при новообразованиях крови), фибробластов кожи, ворсинчатой оболочки хориона (используется для анализа кариотипа плода на самых ранних сроках беременности).

б) непрямым методом - исследование метафазных хромосом в неделящихся в норме, но стимулированных к делению клетках. Это наиболее широко распространенный метод цитогенетического анализа, позволяющий анализировать кариотип в легко доступных клетках (периферическая кровь, клетки различных тканей и др.).

Проведение цитогенетического анализа хромосом непрямым методом осуществляется в несколько этапов:

1. Культивирование клеток периферической крови на искусственных питательных средах с добавлением фитогемагглютинина (ФГА) – стимулятора митотического деления клеток. В норме лимфоциты (ядерные клетки) периферической крови, как правило, не делятся, находясь в стадии покоя (интерфазы). Под действием ФГА происходит их иммунологическая трансформация и они начинают активно делится.

2. Добавление в среду культивирования колхицина для разрушения нитей веретена деления и остановки митоза на стадии метафазы, когда наблюдается максимальная степень конденсации (спирализации) хромосом.

3. Обработка клеток гипотоническим раствором хлорида натрия, вследствие чего мембрана клеток лопается и хромосомные наборы каждой клетки (пластинки) свободно лежат в плазме крови.

4. Окрашивание хромосом рутинным методом или методом дифференциальной окраски (см. ниже), в результате чего хромосомы становятся хорошо различимыми при микроскопировании.

5. Анализ кариотипа после зарисовки хромосом. В настоящее время используются современные микроскопы, способные выводить с помощью ряда компьютерных программ изображение на монитор компьютера для последующего анализа.

В случае рутинной (равномерной) окраски для окрашивания препаратов хромосом используются основные красители (азур-эозин, краситель Романовского-Гимзы, основной фуксин, орсеин и др.). После рутинной окраски хромосомы можно распределить по группам (от А до G) в соответствии с международной Денверской классификацией. Денверская классификация хромосом позволяет проанализировать общее число хромосом, определить их принадлежность к той или иной группе, а также выявить грубые хромосомные нарушения (поломки, перемещения участков хромосом, нетипичные конфигурации и др.).

Для более точного анализа хромосом используются методы дифференциального окрашивания, которые позволяют идентифицировать хромосомы внутри определенной группы. При дифференциальном окрашивании каждая пара хромосом имеет свой строгоспецифический рисунок!, заключающийся в чередовании окрашенных и неокрашенных полос разной толщины. Рисунок дифференциально окрашенных хромосом является специфической характеристикой кариотипа данного вида организмов. Для точной идентификации дифференциально окрашенных хромосом используется Парижская номенклатура.

С целью получения дифференциальной окраски цитогенетических препаратов применяют специальные красители – флюрохромы в сочетании с основными красителями, использующимися для рутинной окраски.

Существуют следующие методы дифференциального окрашивания хромосом:

Самым популярным способом является G-окрашивание - э то стандартный метод цитогенетического анализа. Применяется при выявлении небольших аберраций и маркерных хромосом (сегментированных иначе, чем нормальные гомологичные хромосомы).

Q-окрашивание - окрашивание акрихин-ипритом с исследованием под флуоресцентным микроскопом. Чаще всего применяется для исследования Y-хромосом (быстрое определения генетического пола, выявление транслокаций между X- и Y-хромосомами или между Y-хромосомой и аутосомами, скрининг мозаицизма с участием Y-хромосом). При Q–окраске число, величина и расположение сегментов в хромосоме аналогично рисунку при G-окраске.

R-окрашивание – используется акридиновый оранжевый и подобные красители, при этом окрашиваются участки хромосом, нечувствительные к G-окрашиванию. R-сегменты окрашиваются после контролируемой тепловой денатурации. Используется для выявления деталей гомологичных G- или Q-негативных участков сестринских хроматид или гомологичных хромосом.

C-окрашивание - применяется для анализа околоцентромерных районов хромосом, содержащих конститутивный гетерохроматин, а также дистальной части Y-хромосомы.

Запомните! Рисунок каждой пары хромосом при дифференциальной окраске специфичен по числу, положению и размерам окрашенных сегментов.