Методы дифференциального окрашивания хромосом

В начале 70-х гг. были разработаны методы дифференциальной окраски хромосом, которые позволяли однозначно идентифици­ровать каждую хромосому.

Методы были основаны на способности некоторых красителей специфически связываться с конкретными участками хромосом в зависимости от их структурно-функциональ­ной организации. Предложенные методы выявляли линейную не­однородность (сегменты) хромосом.

На практике наибольшее при­менение получили методы дифференциальной окраски красителем Гимза (G-окраска) и флюоресцирующим красителем акрихином или акрихинипритом (Q-окраска) (рис. 6.5, 6.6).

 

Рис. 6.5. Дифференциальная окраска хромосом

 

На рис. 5 представлены хромосомы человека при G-окраске. Хорошо видно, что каждая хромосома человека имеет только ей свойственную последовательность разношироких полос. Это позво­ляет точно идентифицировать любую из хромосом и обнаруживать относительно крупные изменения в их структуре.

При анализе метафазных хромосом средней конденсации можно четко различить около 350-400 относительно крупных сегментов на гаплоидный набор.

На стадиях, предшествующих метафазе, хромосомы менее спирализованы и поэтому имеют большую поперечную подразделенность.

Были разработаны методы анализа хромосом на деля­щихся клетках в стадии прометафазы. Использование этого мето­дического подхода позволило получить хромосомы с разной сте­пенью сегментации — от 800 до 2500 сегментов на гаплоидный набор.

На рис. 6 представлены дифференциально окрашенные X и Y-хромосомы с различными уровнями спирализации. Использованный подход дает возможность точно устанавливать точки раз­рывов в перестроенных хромосомах, даже если в перестройку во­влечены небольшие участки хромосом.

Поперечная исчерченность, обнаруживаемая различными ме­тодами, в принципе выявляет одни и те же сегменты хромосомы и является результатом неравномерной конденсации хроматина по всей ее длине. В зависимости от степени спирализации ДНК в хро­мосоме выделяют гетерохроматиновые и эухроматиновые районы, для которых характерны различные функциональные и генетиче­ские свойства.

Гетерохроматиновый район представляет собой участок кон­денсированного хроматина (высокоспирализованная ДНК), кото­рый выявляется при дифференциальном окрашивании в виде тем­ных полос. Присутствие гетерохроматина можно обнаружить и в интерфазном ядре, где он отчетливо выявляется в виде интенсив­но окрашенных глыбок хроматина. Считывания генетической ин­формации с данных участков не происходит.

 

 

Рис. 6.6. Структура хромосом человека при дифференциальной окраске с тремя уровнями разрешения

 

Различают структур­ный и факультативный гетерохроматин. Структурный гетерохроматин постоянно присутствует в определенных регионах хромосомы. Например, он всегда обнаруживается вокруг центромер всех хро­мосом. Факультативный гетерохроматин появляется в хромосоме при сверхспирализации эухроматиновых районов. Факультативной гетерохроматизацией может быть охвачена целая хромосома.

Так, в клетках женского организма одна из Х-хромосом полностью инактивирована путем гетерохроматизации уже на ранних этапах эмб­рионального развития. Ее можно обнаружить в виде глыбки гетеро­хроматина на периферии ядра. Такая инактивированная Х-хромосома называется половым хроматином, или тельцем Барра.

Благодаря гетерохроматизации Х-хромосомы в клетках женского организма происходит выравнивание количества генов, функцио­нирующих в мужском и женском организмах, поскольку у мужчин имеется только одна Х-хромосома.

Эухроматиновые регионы хромосом в интерфазном ядре не видны, поскольку представлены хроматином в деконденсированном состоянии. Это указывает на их высокую метаболическую активность. Действительно, эухроматиновые районы содержат уни­кальные гены, контролирующие синтез различных белков. При дифференциальном окрашивании метафазных хромосом они оп­ределяются как светлые полосы.

Изучение химического состава хромосом показало, что они состоят из дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), гистонов, негистонных белков и небольшого количества РНК.

В каждой хромосоме содержится только одна молекула ДНК. Однако размеры молекул ДНК хромосом огромны. Они могут достигать сотен микрометров и даже сантиметров. В кариотипе чело­века самая большая хромосома — 1; длина ее полностью раскру­ченной ДНК составляет около 7 см, что значительно больше не только размеров ядра клетки, но и самой клетки. Суммарная дли­на молекул ДНК всех хромосом одной клетки человека составляет более 170 см. Несмотря на свои гигантские размеры, молекулы ДНК функ­ционируют в пределах таких микрообразований, как хромосомы. Поэтому хромосомы ядер клеток должны представлять собой сильно укороченные (конденсированные) структуры ДНК. Это достигает­ся за счет специфической укладки молекул ДНК — многоуровне­вой спирализации. Основной структурной единицей хромосомы является нуклеосома (рис. 6.7, 6.8).

Каждая нуклеосома содержит по две молекулы четырех различных типов гистонов, объединенных в октамер (восьмигранник), обвитый нитью ДНК. Нуклеосомы и соединяющие их участки ДНК формируют спиральную структуру — хроматиновое волокно. На каждый виток такой спирали приходит­ся 6 нуклеосом. Так формируется структура хромосомы (рис. 6.7, 6.8).

При конденсации проис­ходит уменьшение длины молекулы ДНК в 10 тыс. раз, так что конденсированные хромосомы в среднем имеют длину порядка 200 нм (т. е. 200х10^{-9 м). Это обеспечивает возможность точного и быстрого деления генетического материала материнской клетки между дочерними клетками (митоз) и уменьшение числа хромо­сом вдвое при образовании половых клеток (мейоз).}

 

 

Рис. 6.7. Структура нуклеосомы

 

Хромосомы выполняют функцию основного генетического ап­парата клетки. В них в линейном порядке расположены гены из которых занимает строго определенное место, называемое локусом. Альтернативные формы гена (т.е. различные его состоя­ния), занимающие один и тот же локус, называются аллелями (от греч. allelon — взаимно другой, иной). Любая хромосома содержит только единственный аллель в данном локусе, несмотря на то, что в популяции могут существовать два, три и более аллелей одного гена.

Уровни организации хроматина (рис. 6.8)

• метафазная хромосома – 1400 нм

• участок метафазной хромосомы – 700 нм;

нуклеомеры- субъединицы толстой фибриллы - 300 нм

• хроматиновая фибрилла – 30 нм;

• нуклеосомы – 11 нм

• двойная спираль ДНК – 2 нм

 

 

 

Рис. 6.8. Уровни организации хроматина

 

⇐ Предыдущая13141516171819202122Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. III.2. КЛАССИФИКАЦИЯ И ТОНКАЯ СТРУКТУРА ХРОМОСОМЫ
2. VI.3.2. Геномные и хромосомные мутации
3. XI.1.1. Умственная отсталость при хромосомных болезнях
4. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ПРОРАЩИВАНИЯ СЕМЯН. Заполнение документов на анализ семян. определение жизнеспособности семян хвойных пород методом йодистого окрашивания
5. Возникновение хромосомных аберраций
6. Ген цветной слепоты и ген ночной слепоты наследуется сцепленно с Х-хромосомой.34мограниды.
7. Группы сцепления и карты хромосом у человека.
8. Закономерности сцепленного наследования. Полное и неполное сцепление генов. Понятие о генетических картах хромосом.
9. Классификация мутаций на хромосомном уровне
10. Классификация хромосомных болезней
11. Методы детекции хромосомных перестроек