Struktur der Chromosomen
Der Kern jeder somatischen Zelle des menschlichen Körpers enthält 46 Chromosomen. Der Chromosomensatz jedes Individuums, sowohl normal als auch pathologisch, wird als Karyotyp bezeichnet. Von den 46 Chromosomen, die den menschlichen Chromosomensatz bilden, sind 44 oder 22 Paare autosomale Chromosomen, das letzte Paar sind die Geschlechtschromosomen. Bei Frauen, Geschlechtschromosomenkonstitution normalerweise durch zwei X-Chromosomen dargestellt, während der Männer - von der Mutter - Chromosomen X und Y. In allen Paaren von Chromosomen als autosomal oder Geschlecht, von dem Chromosom vom Vater und die zweiten erhalten wird. Chromosomen eines Paares werden als Homologe oder homologe Chromosomen bezeichnet. In den Geschlechtszellen( Spermatozoen und Ovula) befindet sich ein haploider Chromosomensatz, also 23 Chromosomen. Spermazellen sind in zwei Typen unterteilt, je nachdem, ob sie enthielten Chromosom X oder Y. Alle Eier normalerweise nur Chromosom X.
Chromosomen enthalten sind deutlich sichtbar nach der Sonderfarbe während der Zellteilung, wenn die Chromosomen maximal spiralisierter. In diesem Fall wird in jedem Chromosom eine Verengung sichtbar, die als Zentromer bezeichnet wird. Das Zentromer teilt das Chromosom durch einen kurzen Arm( gekennzeichnet durch den Buchstaben "p") und einen langen Arm( gekennzeichnet durch den Buchstaben "q").Das Zentromer bestimmt die Bewegung des Chromosoms während der Zellteilung. Nach Position werden die Chromosomenzentromere in mehrere Gruppen eingeteilt. Wenn das Zentromer in der Mitte des Chromosoms befindet, dann wird diese metazentrische Chromosom genannt, wenn das Zentromer näher an ein Ende des Chromosoms lokalisiert ist, wird es genannt akrozentrischer. Einige akrozentrische Chromosomen haben sogenannte Satelliten, die in einer nicht-teilenden Zelle Nukleoli bilden. Kernkörperchen enthalten mehrere Kopien von PPH K. Darüber hinaus submetazentrischen Chromosom unterscheiden, wo das Zentromer nicht in der Mitte des Chromosoms befindet, und einige bewegt zu einem der Enden, aber nicht so viel wie in akrozentrischer Chromosomen.
Die Enden jedes Arms des Chromosoms werden Telomere genannt. Es wurde festgestellt, dass Telomere eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Stabilität von Chromosomen spielen. Die Telomere enthalten eine große Anzahl von Wiederholungen einer Nukleotidsequenz, die sogenannten Tandem Repeats. Während der Zellteilung nimmt normalerweise die Anzahl dieser Wiederholungen in Telomeren ab. Jedes Mal, wenn sie mit einem speziellen Enzym namens Telomerase abgeschlossen sind. Eine Abnahme der Aktivität dieses Enzyms führt zu einer Verkürzung der Telomere, von denen angenommen wird, dass sie die Ursache für den Zelltod sind und normalerweise mit dem Altern einhergehen.
Vor dem Auftreten von Methoden zur differentiellen Chromosomenfärbung unterschieden sie sich durch das Substrat, die Position des Zentromers und das Vorhandensein von Satelliten.5 Gruppen zugeordnet - von A bis G, die ziemlich gut voneinander getrennt sind. Innerhalb der Gruppen stellte die Differenzierung der Chromosomen jedoch gewisse Schwierigkeiten dar. Dies änderte sich, als Methoden zur differentiellen Chromosomenfärbung entwickelt wurden. Ein prominenter Beitrag zur Entwicklung dieser Methoden war der russische Wissenschaftler AF Zakharov.
Chromosomenpräparate können aus beliebigen nuklearen spaltbaren somatischen Zellen hergestellt werden. Sie werden oft für periphere Blutlymphozyten erhalten. Lymphozyten werden aus venösem Blut isoliert und unter Zusatz von Phytohämagglutinin in eine kleine Menge Nährmedium überführt. Phytohämagglutinin stimuliert die Teilung von Lymphozyten. Anschließend werden die Zellen bei 37 ° C für drei Tage, danach wird hinzugefügt, um die Lymphozytenkultur Colchicin, die die Zellteilung in der Metaphase stoppt, wenn die Chromosomen esten kondensiert. Die Zellen werden auf einen Objektträger übertragen, und ihnen wird eine hypotonische NaCl-Lösung hinzugefügt. Zellen platzen, und die Chromosomen fließen aus ihnen heraus. Dann folgt die Fixierung und Färbung der Chromosomen.
In den letzten Jahren sind neue Methoden zur Visualisierung von Chromosomen oder ihrer Teile erschienen. Die Methoden sind eine Kombination aus zytogenetischen und molekulargenetischen Methoden. Sie basieren alle auf der Fähigkeit einzelsträngiger DNA, an die komplementäre Sequenz genomischer DNA zu binden, die in Chromosomen lokalisiert ist. Einzelsträngige DNA, die in diesem Fall eine DNA-Sonde, die spezifisch Farbstoff geladen ist, und nach der Verbindung mit einer genomischen DNA-Sonde auf leicht detektiert Chromosomenpräparation( sogenannte Metaphaseplatte), wenn unter UV-Licht-Mikroskopie. Diese Methode wird "Fluoreszenz-in-situ-Hybridisierung" genannt.
Alle Methoden der Färbung von Chromosomen können ihre strukturelle Organisation, die sich in der Erscheinung der Querstreifung, die in verschiedenen Chromosomen unterschiedlich ist, sowie einige andere Details ausdrücken.
Mehrere verschiedene Farbmethoden werden verwendet, um einzelne Chromosomen zu identifizieren. Die am häufigsten verwendete Methode ist die Chromosomenfärbung des Giemsa-Farbstoffs. Die Chromosomenpräparate mit dieser Färbemethode werden zunächst mit Trypsin behandelt, das die im Chromosom enthaltenen Proteine entfernt. Dann wird ein Giemsa-Farbstoff auf das Präparat aufgetragen, der in den Chromosomen ein Muster von hellen und dunklen Segmenten offenbart, die für jedes von ihnen charakteristisch sind. In der Regel können bis zu 400 Segmente auf einem haploiden Set gezählt werden. Wenn die Chromosomen zuerst erhitzt werden, bevor die Giemsa gefärbt wird, bleibt das Muster der Banden erhalten, aber ihre Farbe ändert sich in die entgegengesetzte, d. H. Die dunklen Banden werden leicht und umgekehrt. Diese Färbemethode wird Reverse Banding oder R-Methode genannt. Wenn vor der Anwendung des Giemsa-Farbstoffs die Chromosomenpräparation zuerst mit Säure und dann mit Alkali behandelt wird, werden Centromere und andere Regionen, die reich an Heterochromatin sind und hoch repetierende DNA-Sequenzen enthalten, angefärbt. Hochauflösende Verfahren zur differentiellen Chromosomenfärbung wurden ebenfalls entwickelt. Sie erlauben uns, bis zu 800 transversale Banden auf dem haploiden Chromosomensatz zu identifizieren.
Transversale Streifen, die durch unterschiedliche Färbung identifiziert werden, werden Segmente genannt. Der Charakter der Anordnung von Segmenten entlang der Länge der Chromosomen ist unterschiedlich, was es ermöglicht, eine ausreichend genaue Identifizierung jedes Chromosoms in einem Karyotyp durchzuführen. Eine Form der Darstellung eines idealen Karyotyps mit einem typischen Muster von Banden auf jedem Chromosom wurde entwickelt. Diese Form wird als Ideogramm bezeichnet.
Zur besseren Beschreibung des Karyotyps wird ein spezielles System vorgeschlagen, bei dem zunächst die Schulter des Chromosoms unterschieden wird: p - kurz und q - lang, - und Zentromere - n .Jede Schulter ist in Regionen unterteilt, und die Zählung geht vom Zentromer aus. Jede Region ist in Segmente unterteilt, deren Konto ebenfalls mit einem Segment beginnt, das näher am Centromer liegt.
Das Material, aus dem die Chromosomen aufgebaut sind, heißt Chromatin. Es besteht aus DNA und den umgebenden Histonen und anderen Proteinen. Der Teil des Chromatins, der durch spezielle Farbstoffe für Chromosomen schlecht gefärbt ist, wird Euchromatin genannt, und derjenige, der intensiv angefärbt wird, ist Heterochromatin. Es wird angenommen, dass euchromatische Regionen von Chromosomen aktiv exprimierte Gene enthalten, während Heterochromatin-Regionen im Gegenteil inaktive Gene und nicht-exprimierende DNA-Sequenzen einschließen.
Die Molekülstruktur von -Chromosomen ist ziemlich komplex. Die Funktion dieser Struktur besteht darin, die DNA so zu verpacken, dass sie in das Chromosom passt. Wenn genomische DNA als eine gewöhnliche doppelsträngige Spirale dargestellt würde, würde sie sich bis zu 2 m erstrecken. Wenn die DNA verpackt wird, wird das gleiche Prinzip der Spirale verwendet, aber es wird durch mehrere Niveaus repräsentiert. Aufgrund der komplexen Verpackung nimmt die Anfangslänge des DNA-Moleküls um den Faktor 10.000 ab.