Цитогенетика – это раздел генетики, который изучает хромосомную структуру ДНК в ядре клетки, расположение элементов хромосом и их функции в клетках. Основным объектом исследования тут выступают хромосомы, которые представляют собой длинные нити ДНК и белка, содержащие большую часть генетической информации в клетке.
Цитогенетические исследования направлены на изучение количества и морфологии хромосом, которые остаются постоянными в большинстве клеток организма (за исключением репродуктивных клеток и некоторых других, таких как клетки печени). Например, у человека число хромосом равно 46.
Цитогенетика предполагает тестирование образцов тканей, крови или костного мозга в лаборатории для поиска изменений в хромосомах, в том числе идентификации сломанных, отсутствующих, перестроенных или дополнительных хромосом, а также изучения числа и внешнего вида хромосом (кариотипирование), физического расположения генов на хромосомах и хромосомного поведения в таких процессах, как деление клеток.
Ранние цитогенетические исследования показали, что лишняя или отсутствующая копия определенных хромосом человека может приводить к различным заболеваниям, а изменения в определенных хромосомах могут быть признаком генетического заболевания или некоторых видов рака. Цитогенетика может быть использована для диагностики заболеваний, планирования лечения, а также определения его эффективности. При этом в ходе цитогенетических исследований первостепенное значение приобретает использование качественных питательных сред и реактивов.
Проточная цитометрия
Метод проточной цитометрии используется для сортировки хромосом человека и изучения отдельных популяций клеток в препарате, состоящем из клеток разных типов. Он предполагает использование флуоресцентного красителя для специфической маркировки интересующей популяции клеток. Отдельные клетки помещаются в проточный цитометр и подвергаются воздействию дифрагированного света для определения формы размера и клеток, после чего их можно исследовать по одной. Данный цитогенетический метод исследования предполагает, что флуоресцентно меченые клетки также можно отсортировать в отдельные пробирки в зависимости от их размера и интенсивности их флуоресцентного сигнала с помощью дифракционных пластин в процессе, называемом сортировкой клеток с активацией флуоресценции (FACS).
Кариотипирование
Изолирование отдельных хромосом с помощью проточной цитометрии, а также знание последовательности генома человека позволили разработать 24-цветные пробы для обозначения каждой хромосомы человека отдельным цветом. Такие пробы создаются путем маркировки фрагментов ДНК, покрывающих длину каждой отдельной хромосомы, ярко окрашенным флуоресцентным красителем. Затем меченые ДНК-пробы объединяют и используют в экспериментах по гибридизации с метафазными хромосомными распределениями. Это позволяет маркировать каждую отдельную хромосому определенным флуоресцентным цветом по всей ее длине. Цитогенетическое исследование предполагает, что в соматической клетке отцовская и материнская копии каждой хромосомы будут помечены одним и тем же цветом. Такой подход позволяет одновременно отслеживать все хромосомы человека, он получил название спектрального кариотипирования.
Это, вероятно, наиболее значительные молекулярно-цитогенетические методы исследования, созданные за последнее десятилетие. Они позволили обнаруживать незначительные изменения хромосом у людей с кажущимся нормальным кариотипом и более точно определять цитогенетические аберрации у людей со сложными аберрантными кариотипами.