علم الوراثة الخلوية

علم الوراثة الخلوية هو دراسة بنية وخصائص الكروموسومات ، وكذلك سلوكها أثناء انقسام الخلية ودورها في الوراثة. يمكن ملاحظة الكروموسوم ، وهو جزيء من الحمض النووي والبروتينات المرتبطة به ، تحت المجهر بمساعدة الأصباغ والمجسات. هذه الملاحظات هي طريقة قوية للكشف عن العيوب في بنية الكروموسوم وعدده، والتي غالبا ما ترتبط بالأمراض والاضطرابات.

سيغطي هذا الفيديو مبادئ علم الوراثة الخلوية ، وهو بروتوكول لتقنية مستخدمة على نطاق واسع لتسليط الضوء على ميزات كروموسوم محددة ، والمعروفة باسم التهجين الفلوري في الموقع ، وبعض تطبيقات هذه التقنية.

لنبدأ بمناقشة أهمية علم الوراثة الخلوية والمبادئ الكامنة وراء بعض التقنيات الكلاسيكية والحديثة في هذا المجال.

يستلزم علم الوراثة الخلوية الملاحظة المباشرة لبنية وعدد كروموسوم الخلية ، والمعروف باسم "النمط النووي". يمكن استخدامه للكشف عن الانحرافات عن رقم الكروموسوم ثنائي الصبغيات الطبيعي ، أو المزدوج ، والذي يسمى اختلال الصيغة الصبغية ، بالإضافة إلى عيوب في بنية الكروموسوم.

تنتج العديد من الأمراض والاضطرابات عن تشوهات الكروموسومات. على سبيل المثال ، يرتبط كروموسوم فيلادلفيا ، الناتج عن الانتقال المتبادل بين أجزاء من الكروموسومات 9 و 22 ، بابيضاض الدم النقوي المزمن. مثال آخر هو التثلث الصبغي 21 ، السبب الأكثر شيوعا لمتلازمة داون ، حيث يتم توريث نسخة إضافية من الكروموسوم 21.

عادة ما يتم إجراء التنميط النووي على الخلايا التي تستعد للانقسام ، عندما تكون كروموسوماتها مكثفة ويمكن تمييزها بسهولة.

يمكن معالجة الكروموسومات الموجودة في النمط النووي بالبقع التي تكشف عن أنماط النطاقات المميزة. يمكن بعد ذلك ترتيب الكروموسومات الملطخة حسب الحجم والشكل لتحليل النمط النووي. يمكن تطبيق العديد من الأصباغ لتسليط الضوء على ميزات كروموسومية معينة. يشير التلوين باستخدام Giemsa ، أو G-banding ، إلى المناطق المعبأة بكثافة ، وعادة ما تكون مناطق فقيرة بالجينات الغنية بقواعد APT. R-banding عبارة عن صبغة Giemsa عكسية تسلط الضوء على مناطق الكروموسومات الغنية بقواعد G-C. يسلط النطاقات C الضوء على المناطق الكروموسومية الأكثر كثافة حول السنترومير ، وهو الهيكل الذي ينضم إلى النصفين المتطابقين من الكروموسوم المكرر ، بينما يسلط النطاقات T الضوء على نهايات الكروموسومات أو التيلوميرات.

تقنية أخرى ، تسمى التألق في الموقع التهجين ، أو FISH ، تسمح باكتشاف كروموسومات معينة أو مناطق من الحمض النووي أو نسخ الحمض النووي الريبي. يتم تحقيق ذلك عن طريق احتضان عينة بمجسات قليلة النوكليوتيدات عالية التحديد والتي تم تصنيفها بالفلورسنت. نظرا لأن هذه المجسات قد يتم تهجينها إلى كروموسومات غير مكثفة في الخلايا غير المنقسمة ، فقد يتم تطبيق FISH على نطاق أوسع من طرق التنميط النووي الكلاسيكية.

أخيرا ، طور الباحثون أيضا طريقة تسمى التهجين الجيني المقارن للكشف عن مناطق الكروموسومات المفقودة أو المكررة. يتم عزل الحمض النووي الجيني من موضوع الاختبار والتحكم وتجزئته وتصنيفه بفلوروفورات ملونة مختلفة. ثم يتم خلط المستحضرات الجينومية المجزأة وتهجينها بشكل تنافسي إلى انتشار كروموسوم طبيعي. تشير الألوان الموجودة على النمط النووي الناتج إلى ما إذا كانت المنطقة مكررة في عينة الاختبار ، مما يولد المزيد من الأجزاء لربط السبريد ، أو إذا تم حذف المنطقة ، مما يؤدي إلى ارتباط تفضيلي لأجزاء التحكم الأكثر وفرة.

الآن بعد أن فهمت مبادئ علم الوراثة الخلوية ، دعنا نضعها موضع التنفيذ ونلقي نظرة فاحصة على كيفية إجراء FISH.

أولا ، يتم التعامل مع الأنسجة أو الخلايا المعزولة بمثبت مثل بارافورمالدهيد للحفاظ على مورفولوجيا الكروموسوم وسلامته. بعد ذلك ، يتم تحضير انتشار الكروموسوم ، على سبيل المثال عن طريق تعطيل المادة ميكانيكيا. ثم يتم تجفيف الكروموسومات في سلسلة محلول من تركيزات الإيثانول المتزايدة ، ويتم نفاذها في محلول البيبسين لجعل التسلسلات المستهدفة في متناول المجسات. ثم يتم غسل الكروموسومات وتثبيتها باستخدام لاحق ، وتشويهها بالفورماميد بحيث يمكن للحمض النووي أحادي الشريطة الآن ربط المجسات ، وتجفيفه في سلسلة ثانية من محاليل الإيثانول المركزة بشكل متزايد.

يتم تحضير مجسات الحمض النووي عالية التحديد والمصنفة بالفلورسنت وخلطها مع شظايا الحمض النووي المتكررة غير المسماة لمنع الارتباط غير المحدد. ثم يتم تطبيق المسبار على انتشار الكروموسوم ، حيث يتم تهجينه إلى تسلسله المستهدف ، ويتم إزالة المسبار غير المرتبط بسلسلة من الغسل.

أخيرا ، يتم تثبيت الكروموسومات في وسط يحافظ على العينة ويحتوي على صبغة مضادة عامة للحمض النووي ، مثل DAPI الذي يصنف الحمض النووي الجيني في الخلفية ، ويتم تطبيق غطاء. في هذه المرحلة ، يمكن ملاحظة العينات تحت المجهر الفلوري باستخدام مجموعات المرشحات المناسبة لتصور الحمض النووي الجيني والميزات الخاصة بالتسلسل.

بعد رؤية كيفية أداء FISH ، دعنا نلقي نظرة على بعض تطبيقات هذه التقنية القوية.

يمكن استخدام FISH لتأكيد أن النمط النووي للجنين طبيعي قبل الزرع. هنا ، تم أخذ خزعة خلية واحدة ، تعرف باسم بلاستومير ، من الجنين بعد ثلاثة أيام من الإخصاب ، ثم تحللها وتثبيتها مباشرة على شريحة مجهرية. ثم تم تهجين انتشار الكروموسوم إلى مجسات تم اختيارها خصيصا لتحديد اضطرابات الكروموسومات المحتملة. في هذه الحالة ، تشير الانحرافات عن النمط المتوقع لإشارات التهجين إلى حدوث اضطرابات في عدد الكروموسومات أو بنيتها.

كما تم تطوير تقنيات مبتكرة لتسمية جميع الكروموسومات من عينة بيولوجية واحدة. تتضمن إحدى هذه الطرق جهاز Octochrome ، وهو شريحة زجاجية ثماني الخلايا محملة مسبقا بمجسات الفلورسنت. تم تصنيف جميع الكروموسومات ال 22 غير المحددة للجنس ، والتي تسمى الجسيمات الجسدية ، والكروموسومات الجنسية عن طريق توزيعها على النوافذ الثمانية ، كل منها يحتوي على ثلاثة فلوروفورات خاصة بالكروموسوم. سمح ذلك بالفحص المتزامن لجميع الكروموسومات من تهجين واحد.

أخيرا ، بدلا من فصل المجسات إلى نوافذ مختلفة على شريحة ، يمكن تسمية جميع الكروموسومات ثم اكتشافها معا باستخدام نهج يسمى التنميط النووي الطيفي أو SKY. تم تهجين مجسات متعددة خاصة بالكروموسوم مع ملصقات فلورية مختلفة لكل كروموسوم ، مما أعطى كل واحد لونا طيفيا فريدا. تعتبر الملاحظات المتزامنة لخليط الكروموسومات المركبة مفيدة بشكل خاص لتحديد عيوب النمط النووي ، ويمكن استخدامها لتحديد اختلال الصيغة الصبغية وكذلك حذف الكروموسومات ونقلها.

لقد شاهدت للتو فيديو JoVE حول علم الوراثة الخلوية. في هذا الفيديو، تعرفت على مبادئ علم الوراثة الخلوية، وتقنيات مثل التنميط النووي والأسماك التي تستخدم لتسليط الضوء على ميزات كروموسوم محددة، وتطبيقات هذه التقنيات. زادت التطورات الحديثة في علم الوراثة الخلوية من قدراتها في مختبرات البحث وعلم الأمراض على حد سواء ، وستستمر في العثور على استخدام واسع النطاق في طليعة أبحاث الأمراض وتشخيصها. شكرا للمشاهدة!