세포유전학

Cytogenetics
FISH를 이용한 BCR/ABL 전위 양성 중상세포

세포유전학은 본질적으로 유전학의 한 분야이지만, 염색체가 세포 행동, 특히 유사분열감수분열 [1]동안의 행동과 어떻게 관련이 있는지에 관한 세포생물학/세포학의 한 부분이기도 하다.사용된 기술에는 핵형성, G-밴드 염색체 분석, 기타 세포유전학적 밴딩 기술뿐만 아니라 형광인사이트하이브리제이션(FISH) 및 비교게놈하이브리제이션(CGH)과 같은 분자세포유전학이 포함된다.

역사

시작

염색체는 1842년 칼 빌헬름나겔리에 의해 식물 세포에서 처음 관찰되었다.동물 세포에서의 그들의 행동은 1882년 유사분열의 발견자인 발터 플레밍에 의해 설명되었습니다.이 이름은 1888년 또 다른 독일 해부학자 폰 발데이어에 의해 만들어졌다.

다음 단계는 20세기 초 유전학 개발 이후 발생했는데, 이때 염색체 집합(핵형)이 유전자의 운반체라는 것이 인정되었다.레빗스키는 유전자 [2][3]함량과는 대조적으로 핵형을 체세포 염색체의 표현형 외관으로 정의한 최초의 사람으로 보인다.인간의 핵형에 대한 연구는 가장 기본적인 의문을 해결하기 위해 수년이 걸렸다: 정상적인 이배체 인간 세포는 몇 개의 염색체를 [4]포함하고 있는가?1912년 한스위니워터는 XX/XO 성별 결정 [5]메커니즘을 결론짓고 정조세포 47개, 난조세포 48개 염색체를 보고했다.1922년 화가는 인간의 수가 46명인지 48명인지 처음에는 [6]46명인지 확실치 않았다.그는 나중에 자신의 의견을 46에서 48로 수정했고, 그는 인간이 XX/XY 방식의 성별 [7]결정 시스템을 가지고 있다고 올바르게 주장했다.그들의 기술을 고려하면, 이러한 결과는 꽤 주목할 만했다.과학 서적에서 인간의 염색체 수는 30년 이상 48개로 유지되었다.이 오류를 수정하려면 새로운 기술이 필요했습니다.Albert Levan의 연구실에서[8][9] 일하는 Joe Hin Tjio는 다음과 같은 접근방식을 찾아냈습니다.

  1. 배양에서 세포 사용
  2. 세포들을 부풀리고 염색체를 확산시키는 저혈압 용액에서 세포를 전처리하는 것
  3. 코르히틴 용액에 의한 중기유사분열 억제
  4. 슬라이드의 준비물을 뭉개어 염색체를 단일 평면으로 만드는 것
  5. 현미경을 잘라내고 그 결과를 논란의 여지가 없는 핵그래프로 배열하는 것.

1956년까지 인간의 핵형이 46개의 [10][11][12]염색체만을 포함한다는 것이 일반적으로 받아들여졌다.유인원은 48개의 염색체를 가지고 있다.인간 2번 염색체는 조상 염색체의 합성으로 형성되어 그 [13]수가 감소하였다.

세포유전학에서의 응용

맥클린톡의 옥수수 연구

바바라 맥클린톡은 옥수수 세포유전학자로 경력을 시작했다.1931년 맥클린톡과 해리엇 크레이튼은 표시된 염색체의 세포학적 재조합이 유전적 특성(유전자)의 재조합과 관련이 있다는 것을 증명했다.맥클린톡은 카네기 연구소에 있는 동안 옥수수에서 염색체 파괴와 융합 플레어의 메커니즘에 대한 이전 연구를 계속했다.그녀는 옥수수 9번 염색체의 동일한 위치에서 항상 발생하는 특정 염색체 파괴 사건을 확인했고, 이를 "D" 또는 "분리"[14] 궤적이라고 명명했다.맥클린톡은 세포유전학 분야에서 옥수수의 부서진 염색체와 고리(원형) 염색체의 역학과 유전학을 연구하며 경력을 계속했다.그녀의 세포유전학 연구 중에, 맥클린톡은 결국 1983년 노벨상을 받게 된 트랜스포존을 발견했다.

드로소필라의 자연 개체군

1930년대에 도브잔스키와 그의 동료들은 캘리포니아와 인근 주들의 야생 개체군으로부터 드로소필라 의사두브스쿠라와 D. persimilis수집했다.Panker의 기술을[15] 사용하여 그들은 폴리텐 염색체를 연구했고 야생 개체군이 염색체 반전을 위해 다형성을 가지고 있다는 것을 발견했다.모든 파리들은 그들이 가지고 있는 어떤 반전이라도 비슷하게 생겼다: 이것은 불가사의한 다형성의 한 예이다.

자연 도태가 원인이라는 증거가 빠르게 축적되었다.L'Héritier와 Teissier에 의해 발명된 방법을 사용하여 돕잔스키는 탈출을 막으면서 먹이, 번식, 샘플링을 가능하게 하는 개체군을 집단 우리에서 번식시켰다.그 결과, 이행이 불필요하게 되는 메리트가 있었습니다.알려진 초기 주파수로 반전을 포함하는 재고는 제어된 조건에서 유지될 수 있습니다.다양한 염색체 유형은 선택적으로 중성인 것처럼 무작위로 변동하는 것이 아니라 안정되는 특정 주파수에 맞춰 조정되는 것으로 밝혀졌다.1951년[16] 도브잔스키가 그의 책의 제3판을 출판했을 때, 그는 염색체 모형이 대부분의 [17][18]다형증과 마찬가지로 헤테로 접합체의 선택적 이점에 의해 집단에서 유지되고 있다고 설득되었다.

릴리와 쥐

백합은 염색체가 크고 감수분열의 각 형태학적 단계를 현미경으로 쉽게 확인할 수 있기 때문에 감수분열의 세포학적 검사에 선호되는 유기체이다.호타,[19] 찬들리 등은 교차할 때 감수 분열의 지고틴-파키텐 단계 동안 백합과 설치류 수컷 감수생물 세포에서 DNA 절단 및 복구 합성의 일반적인 패턴에 대한 증거를 제시했다.백합과 생쥐처럼 계통학적으로 동떨어진 유기체 간의 공통 패턴의 존재는 저자들이 적어도 진핵생물에서 감수생물 교차를 위한 조직이 아마도 분포에서 보편적이라는 결론을 내리게 했다.

인간의 이상과 의료 응용

만성 골수성 백혈병에서 나타나는 필라델피아 전위 t(9;22)(q34;q11.2).

염색체를 쉽게 열거할 수 있는 절차의 등장에 따라, 이상 염색체 또는 염색체 숫자와 관련된 발견이 빠르게 이루어졌다.다운 증후군과 같은 일부 선천성 질환에서 세포 유전학은 염색체 결함의 본질을 밝혀냈다: "단순한" 삼분절제술.비접합 이벤트에서 발생하는 이상은 부모 중 하나 또는 태아에서 이배체(전체 염색체의 추가 또는 결실)를 가진 세포를 유발할 수 있습니다.1959년 Lejeune은[20] 다운증후군 환자들이 21번 염색체를 추가로 가지고 있다는 것을 발견했다.다운증후군은 트리소미 21이라고도 불린다.

발견된 다른 수치적 이상으로는 성염색체 이상이 있다.X염색체가 1개뿐인 여성은 터너증후군, X염색체가 추가돼 총 47개 염색체가 생긴 남성은 클라인펠터증후군이다.XXX, XYY 및 XXXX를 포함한 많은 다른 성 염색체 조합이 실제 출산과 호환됩니다.포유류가 성염색체에서 배수를 견딜 수 있는 능력은 정상적인 암컷이 두 개의 염색체를 가진 것을 보상하기 위해 필요한 그것들을 불활성화하는 능력에서 비롯된다.X염색체의 모든 유전자가 불활성화된 것은 아니며, 이것이 X염색체를 추가로 가진 사람에게서 나타나는 표현형 효과가 있는 것이다.

트리소미 13은 파타우 증후군과 관련이 있고 트리소미 18은 에드워즈 증후군과 관련이 있다.

1960년 피터 노웰과 데이비드[21] 헝거포드는 만성 골수성 백혈병 환자의 백혈구에서 작은 염색체를 발견했다.이 비정상적인 염색체는 두 과학자 모두 펜실베니아 필라델피아에서 연구를 하고 있었기 때문에 필라델피아 염색체라고 불렸다.13년 후, 좀 더 발전된 기술의 발달로, 자넷 롤리에 의해 비정상적인 염색체는 9번과 22번 염색체의 전위 결과라는 것이 밝혀졌다.세포유전학에 의한 필라델피아 염색체의 식별은 CML의 진단이다.

밴딩 기술의 등장

인간 남성 핵형.

1960년대 후반, Torbjörn Casperson은 각 염색체 쌍에 고유한 밴딩 패턴을 드러내는 퀴나크린 형광 염색 기술(Q-banding)을 개발했습니다.이를 통해 크기가 동일한 염색체 쌍이 뚜렷한 수평 띠 패턴으로 구별될 수 있었다.이제 밴딩 패턴은 염색체 전위에 관여하는 중단점과 구성 염색체를 명확히 하기 위해 사용된다.개별 염색체 내의 결손과 반전도 표준화된 밴딩 명명법을 사용하여 보다 정확하게 식별 및 기술할 수 있다.G밴딩(트립신과 Giemsa/Wright 염색 사용)은 1970년대 초에 개발되었으며 밝은 필드 현미경을 사용하여 밴딩 패턴을 시각화할 수 있습니다.

밴딩 패턴에 기초한 염색체를 식별하는 도표는 이디오그램으로 알려져 있다.이 지도들은 산전 분야와 종양학 분야 모두에서 세포유전학을 빠르게 연구실로 이동시키는 기초가 되었다. 여기서 핵형 입력은 과학자들이 염색체 변화를 찾을 수 있게 해주었다.양수에서 회복된 자유 양수세포의 배양과 고해상도 밴딩을 가능하게 하는 모든 배양 유형에 대한 신장 기법이 확장되었다.

분자 세포 유전학의 시작

1980년대에 분자 세포 유전학이 발전했다.1969년부터 방사성 동위원소 표지 탐침이 DNA와 교배된 반면, 형광 표지 탐침은 이제 움직임이 이루어졌다.기존 기술을 사용하여 염색체 제제로 교배하는 것은 FISH([22]fluorence in sit hybridization)로 알려졌다.이러한 변화는 형광 라벨이 부착된 탐침이 더 안전하기 때문에 탐침 기술의 사용을 크게 증가시켰다.염색체의 미세조절과 검사의 추가적인 발전은 염색체 미세해부 기술로 이어졌고, 염색체 구조의 이상들은 더욱 상세하게 분리, 복제, 연구될 수 있었다.

기술

카리오타이핑

일상 염색체 분석(Karyotypeing)은 젬사, 라이슈만스, 또는 둘의 혼합물에 이어 트립신을 사용하여 띠를 이룬 중기 염색체의 분석을 말한다.이것은 염색체에 독특한 밴딩 패턴을 만듭니다.이러한 패턴의 분자 메커니즘과 이유는 알려지지 않았지만 복제 타이밍과 염색질 패킹과 관련이 있을 수 있다.

세포유전학 실험실에서 여러 염색체 밴딩 기술이 사용된다.퀴나크린 밴딩(Q-banding)은 특정 밴딩 패턴을 만드는 데 사용된 첫 번째 염색 방법입니다.이 방법은 형광 현미경을 필요로 하며 더 이상 Giemsa banding(G-밴드링)만큼 널리 사용되지 않습니다.리버스 밴딩(R-banding)은 열처리를 필요로 하며 G밴드 및 Q밴드에서 볼 수 있는 일반적인 흑백 패턴을 반전시킵니다.이 방법은 염색체의 말단 염색에 특히 도움이 된다.다른 염색 기법으로는 C-밴드링 및 핵조직화 영역 얼룩(NOR 얼룩)이 있습니다.후자의 방법들은 특히 염색체의 특정 부분을 염색한다.C-밴딩은 보통 동원체 근처에 있는 구성 헤테로크로마틴을 염색하고 NOR 염색은 직교중심 염색체의 위성과 줄기를 강조합니다.

고해상도 밴딩은 염색체가 최대 응축에 도달하기 전 단계 또는 초기 중기(프로메타기) 동안 염색체를 염색하는 것을 포함한다.전상프로메타phase 염색체는 중기 염색체보다 더 확장되어 있기 때문에, 모든 염색체에 대해 관찰할 수 있는 밴드(반수체 세트당 밴드, bph; "밴드 레벨")의 수는 약 300개에서 450개에서 많게는 800개까지 증가한다.이것에 의해, 종래의 [23]밴딩에서는 볼 수 없었던, 보다 명확한 이상을 검출할 수 있습니다.

슬라이드 준비

골수, 혈액, 양수, 제대혈, 종양, 그리고 조직 (피부, 탯줄, 융모막, 간, 그리고 많은 다른 장기들을 포함)의 세포들은 그들의 수를 증가시키기 위해 표준 세포 배양 기술을 사용하여 배양될 수 있습니다.이어서 유사분열 억제제(콜히틴, 콜세미드)를 배양물에 첨가한다.이것은 유사분열에서 세포분열을 멈추어 분석을 위한 유사분열세포의 생산량을 증가시킨다.그런 다음 세포는 원심분리되고 배지와 유사분열 억제제는 제거되며 저혈압 용액으로 대체된다.이것은 백혈구나 섬유아세포가 부풀어오르게 해서 적혈구를 녹일 뿐만 아니라 염색체가 슬라이드에 추가될 때 확산되도록 합니다.세포들이 저혈압 용액에 머무르게 한 후, 카르노이의 고정제(빙하 아세트산에 대한 3:1 메탄올)가 첨가된다.이것은 세포를 죽이고 남아있는 백혈구의 핵을 단단하게 만든다.세포는 일반적으로 이물질이나 남아있는 적혈구를 제거하기 위해 반복적으로 고정된다.그런 다음 셀 서스펜션이 검체 슬라이드에 떨어집니다.슬라이드를 오븐에서 숙성하거나 며칠을 기다린 후 밴딩 및 분석을 위한 준비가 완료됩니다.

분석.

띠 염색체의 분석은 세포유전학 임상실험실 전문가(CLSP(CG))에 의해 현미경으로 이루어진다.일반적으로 20개의 세포가 분석되는데, 이는 허용 가능한 수준으로 모자이즘을 배제하기에 충분한 양이다.결과를 요약하여 이사회 인증 세포유전학자에게 제출하여 검토하고 환자의 이전 병력과 기타 임상 소견을 고려하여 해석서를 작성합니다.그 결과는 'International System for Human Cytogenetic Nomenclature 2009'(ISCN2009)에 보고된다.

형광성 현장 교배

t(9;22) 재배치에 양성인 상간 셀

형광인사이트하이브리제이션(FISH)은 형광표지 프로브를 사용하여 세포유전학적 세포제제로 하이브리드하는 것을 말합니다.

표준 준비물 외에, FISH는 다음 작업에도 수행할 수 있습니다.

슬라이드 준비

이 섹션에서는 표준 세포유전학적 제제의 준비에 대해 설명합니다.

슬라이드는 보통 2X SSC(소금, 구연산나트륨)로 구성된 소금 용액을 사용하여 숙성됩니다.그런 다음 슬라이드를 에탄올에서 탈수시키고 프로브 혼합물을 추가합니다.그런 다음 검체 DNA와 프로브 DNA를 가열판을 사용하여 공동 변성하고 최소 4시간 동안 재결합합니다.그런 다음 슬라이드를 세척하여 여분의 결합 탐촉자를 제거하고 4', 6-Diamidino-2-페닐인돌(DAPI) 또는 요오드화 프로피듐으로 대항합니다.

분석.

FISH 검체 분석은 세포유전학 임상실험실 전문가의 형광현미경 검사를 통해 이루어집니다.종양학에서는 일반적으로 저수준 잔존질환을 배제하기 위해 다수의 상간세포를 채점하고, 일반적으로 200~1000개의 세포를 계수하여 채점한다.선천적인 문제의 경우 보통 20개의 중상세포를 채점한다.

세포유전학의 미래

이제 표준 FISH 준비의 결과를 세는 자동화된 시스템과 비교 유전체 교배열, CGH단일 뉴클레오티드 다형성 배열과 같은 가상 핵형성을 위한 기술을 포함한 분자 세포 유전학에 대한 진보가 초점을 맞추고 있다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Rieger, R.; Michaelis, A.; Green, M.M. (1968), A glossary of genetics and cytogenetics: Classical and molecular, New York: Springer-Verlag, ISBN 978-0-387-07668-3{{citation}}: CS1 maint: 작성자 파라미터 사용(링크)
  2. ^ Levitsky, Grigorii Andreevich (1924). Material'nye osnovy nasledstvennosti [The Material Basis of Heredity] (in Russian). Kiev: Gosizdat Ukrainy.[페이지 필요]
  3. ^ Levitsky GA (1931). "The morphology of chromosomes". Bull. Applied Bot. Genet. Plant Breed. 27: 19–174.
  4. ^ Kottler, Malcolm Jay (1974). "From 48 to 46: cytological technique, preconception, and the counting of human chromosomes". Bulletin of the History of Medicine. 48 (4): 465–502. JSTOR 44450164. PMID 4618149. ProQuest 1296285397.
  5. ^ von Winiwarter H (1912). "Études sur la spermatogenese humaine" [Human spermatogenesis studies]. Arch. Biologie (in French). 27 (93): 147–149.
  6. ^ 화가 T.S. "인간의 정자 형성" 129페이지
  7. ^ Painter, Theophilus S. (April 1923). "Studies in mammalian spermatogenesis. II. The spermatogenesis of man". Journal of Experimental Zoology. 37 (3): 291–336. doi:10.1002/jez.1400370303.
  8. ^ Wright, Pearce (11 December 2001). "Joe Hin Tjio The man who cracked the chromosome count". The Guardian. Archived from the original on 25 August 2017.
  9. ^ Saxon, Wolfgang (7 December 2001). "Joe Hin Tjio, 82; Research Biologist Counted Chromosomes". The New York Times. Archived from the original on 12 May 2013.
  10. ^ Tjio, Joe Hin; Levan, Albert (9 July 2010). "The chromosome number of man". Hereditas. 42 (1–2): 723–4. doi:10.1111/j.1601-5223.1956.tb03010.x. PMID 345813.
  11. ^ Hsu, T. C. (2012). Human and Mammalian Cytogenetics: An Historical Perspective. Springer Science & Business Media. ISBN 978-1-4612-6159-9.[페이지 필요]
  12. ^ "Archived copy". Archived from the original on 2011-02-17. Retrieved 2011-03-15.{{cite web}}: CS1 maint: 제목으로 아카이브된 카피 (링크) 브리태니커 백과사전, 인간 염색체
  13. ^ "Archived copy". Archived from the original on 2011-08-09. Retrieved 2010-05-29.{{cite web}}: CS1 maint: 제목으로 복사(링크) Evolution 페이지, 염색체 융합
  14. ^ Ravindran, Sandeep (11 December 2012). "Barbara McClintock and the discovery of jumping genes". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109 (50): 20198–20199. doi:10.1073/pnas.1219372109. PMC 3528533. PMID 23236127.
  15. ^ Painter, T. S. (22 December 1933). "A new method for the study of chromosome rearrangements and the plotting of chromosome maps". Science. 78 (2034): 585–586. Bibcode:1933Sci....78..585P. doi:10.1126/science.78.2034.585. PMID 17801695.
  16. ^ 도브잔스키 T. 1951년유전학과 종의 기원.뉴욕 컬럼비아 대학 출판부 제3판
  17. ^ 도브잔스키 T. 1970년진화 과정의 유전학.컬럼비아 대학교 프레스 N.y.
  18. ^ [도브잔스키 T.]1981년도브잔스키의 자연집단 유전학.eds Lewontin RC, Moore JA, Provine WB 및 Wallace B.컬럼비아 대학교 프레스 N.y.
  19. ^ Hotta, Yasuo; Chandley, Ann C.; Stern, Herbert (September 1977). "Meiotic crossing-over in lily and mouse". Nature. 269 (5625): 240–242. Bibcode:1977Natur.269..240H. doi:10.1038/269240a0. PMID 593319. S2CID 4268089.
  20. ^ Lejeune, Jérôme; Gautier, Marthe; Turpin, Raymond (16 March 1959). "Étude des chromosomes somatiques des neuf enfants mongoliens" [Study of somatic chromosomes from 9 mongoloid children]. Comptes rendus hebdomadaires des séances de l'Académie des Sciences (in French). 248 (11): 1721–1722. OCLC 871332352. PMID 13639368. NAID 10008406728.
  21. ^ 노웰 PC, 헝거포드 DA. "인간 만성 과립구 백혈병의 미세한 염색체." 페이지 1497–1501
  22. ^ Gupta, P. K. (2007). Cytogenetics. Rastogi Publications. ISBN 978-81-7133-737-8.[페이지 필요]
  23. ^ Geiersbach, Katherine B.; Gardiner, Anna E.; Wilson, Andrew; Shetty, Shashirekha; Bruyère, Hélène; Zabawski, James; Saxe, Debra F.; Gaulin, Rebecca; Williamson, Cynthia; Van Dyke, Daniel L. (February 2014). "Subjectivity in chromosome band–level estimation: a multicenter study". Genetics in Medicine. 16 (2): 170–175. doi:10.1038/gim.2013.95.

외부 링크