sitogenetika adalah studi tentang morfologi, struktur dan fungsi kromosom, termasuk perubahan mereka selama pembelahan sel somatik, atau mitosis, dan selama pembelahan sel reproduksi, atau meiosis.
Sitologi juga mempelajari faktor-faktor yang menyebabkan perubahan kromosom, termasuk yang patologis, yang muncul dari satu generasi ke generasi lainnya, dan yang evolusioner, yang berlangsung selama beberapa generasi.
Sumber: pixabay.com
Indeks artikel
Sejarah
Tahun-tahun dan peristiwa yang tak terlupakan dalam sejarah sitogenetika adalah sebagai berikut:
– Pada tahun 1842, Karl Wilhelm von Nägeli mengamati “sel induk sementara”, yang kemudian disebut kromosom.
– Pada tahun 1875, Eduard Strasburger mengidentifikasi kromosom pada tumbuhan . Pada tahun 1979, Walther Flemming melakukannya pada hewan. Flemming menciptakan istilah kromatin, profase, metafase, anafase, dan telofase.
– Pada tahun 1888, W. Waldeyer menciptakan istilah kromosom.
– Pada tahun 1893, Oscar Hertwig menerbitkan teks pertama tentang sitogenetika.
– Pada tahun 1902, Theodor Boveri dan Walter Sutton menemukan kromosom homolog.
– Pada tahun 1905, Nettie Stevens mengidentifikasi kromosom Y.
– Pada tahun 1937, Albert Blakeslee dan AG Avery menghentikan metafase dengan colchicine, sangat memudahkan pengamatan kromosom.
– Pada tahun 1968, Torbjörn Caspersson dkk. Mendeskripsikan pita Q. Pada tahun 1971, Bernard Dutrillaux dan Jerome Lejeune mendeskripsikan pita R.
– Pada tahun 1971, pita C dibahas pada konferensi tentang nomenklatur kromosom manusia.
– Pada tahun 1975, C. Goodpasture dan SE Bloom menjelaskan pewarnaan Ag-NOR.
– Pada tahun 1979, Jorge Yunis menjelaskan metode resolusi tinggi untuk pita G.
– Pada 1986–1988, Daniel Pinkel dan Joe Gray mengembangkan teknik FISH (fluorescent in situ hybridization).
– Pada tahun 1989, Hermann – Josef Lüdecke melakukan mikrodiseksi kromosom.
– Pada tahun 1996, Evelyn Schröck dan Thomas Ried mendeskripsikan pengetikan kariotipik spektral multikromatik.
Penemuan pada manusia
Pada tahun 1914, Theodor Boveri menyarankan bahwa kanker bisa disebabkan oleh perubahan kromosom. Pada tahun 1958, Charles E. Ford mengamati kelainan kromosom selama leukemia.
Pada tahun 1922, Theophilus Painter mempublikasikan bahwa manusia memiliki 48 kromosom. Butuh waktu hingga tahun 1956 bagi Jo Hin Tjio dan Albert Levan untuk membuktikan bahwa mereka sebenarnya memiliki 46 kromosom.
Pada tahun 1932, PJ Waardenburg menyarankan, tanpa membuktikannya, bahwa sindrom Down bisa menjadi hasil dari aberasi kromosom. Pada tahun 1959, Jerome Lejeune menunjukkan adanya kromosom somatik ekstra pada pasien dengan sindrom Down.
Juga pada tahun 1959, Charles E. Ford melaporkan bahwa wanita dengan sindrom Turner kekurangan salah satu dari dua kromosom X, sementara Patricia Jacobs dan John Strong menemukan adanya kromosom X tambahan pada pria dengan sindrom Klinefelter.
Pada tahun 1960, JA Böök dan Berta Santesson mendeskripsikan triploidi, Klaus Patau mendeskripsikan trisomi 13, dan John Edwards mendeskripsikan trisomi 18.
Pada tahun 1969, Herbert Lubs Pertama kali menemukan sindrom Fragile X. Pada tahun yang sama, amniosentesis mulai digunakan untuk diagnosis sitogenetik.
Bidang studi
Ahli sitogenetik mempelajari evolusi kromosom makhluk hidup, menggunakan kariotipe untuk melakukan analisis filogenetik dan memecahkan masalah taksonomi.
Selain itu, mereka menyelidiki aspek epidemiologi dari penyimpangan kromosom manusia dan faktor lingkungan yang menghasilkan mereka, mendiagnosa dan pasien memperlakukan dipengaruhi oleh kelainan kromosom, dan mengembangkan pendekatan molekuler untuk menguraikan struktur, fungsi, dan evolusi kromosom.
Morfologi kromosom
Setiap kromosom terdiri dari dua kromatid, disatukan oleh penyempitan yang disebut sentromer. Bagian kromosom yang dimulai dari sentromer disebut lengan.
Kromosom disebut metasentrik ketika mereka memiliki sentromer di tengah; submetasentris jika mereka sedikit menjauh dari tengah, sehingga lengan yang berlawanan tidak sama panjang; akrosentrik jika sentromer dekat dengan salah satu ekstrem; dan telosentrik jika sentromer hanya pada salah satu ujung kromosom.
Teknik: pemrosesan sampel
Langkah-langkah yang harus dilakukan untuk mengolah sampel adalah sebagai berikut.
Mendapatkan sampel
Akuisisi jaringan yang dibutuhkan, menyimpannya dalam media dan botol yang sesuai.
Budaya
Dengan pengecualian sampel untuk analisis IKAN, periode budidaya antara satu hari dan beberapa minggu diperlukan sebelum panen.
Dipanen
Ini adalah perolehan sel dalam metafase.
Menghentikan mitosis
Analisis sitogenetik standar memerlukan penghentian mitosis agar sel tetap berada dalam metafase, menggunakan colchicine atau Colcemid®.
Pengobatan hipotonik
Ini meningkatkan volume sel, yang memungkinkan kromosom memanjang.
Fiksasi
3: 1 asam metanol-asetat digunakan untuk menghilangkan air dari sel, pengerasan membran dan kromatin untuk pewarnaan.
Persiapan lembar
Sel-sel tetap disebarkan pada slide mikroskop, setelah itu mereka dikeringkan.
Pewarnaan kromosom
Ada beberapa metode pewarnaan untuk mengenali perbedaan antara kromosom. Yang paling umum adalah G
Analisis mikroskopis
Hal ini memungkinkan Anda untuk memilih sel yang cocok untuk mengamati dan memotret kromosom.
Persiapan kariogram
Berdasarkan foto-foto sel dalam metafase, gambar set kromosom dari sel yang representatif disusun untuk studi selanjutnya.
Pita kromosom
Ada empat jenis pita kromosom: pita heterokromatik; pita eukromatik, daerah pengorganisasian nukleolus (NOR); kinetokor.
Pita heterokromatik muncul sebagai blok diskrit. Mereka sesuai dengan heterokromatin, yang mengandung sekuens DNA yang sangat berulang yang mewakili gen konvensional dan tidak terdekondensasi pada antarmuka.
Pita eukromatik terdiri dari serangkaian segmen bergantian yang dipengaruhi atau tidak dipengaruhi oleh pewarnaan. Pita-pita ini berbeda dalam ukuran, membentuk karakteristik pola khas dari setiap pasangan kromosom suatu spesies, yang membuatnya sangat berguna untuk mengidentifikasi translokasi dan penataan ulang kromosom.
NOR adalah segmen kromosom yang mengandung ratusan atau ribuan gen RNA ribosom. Mereka biasanya divisualisasikan sebagai penyempitan.
Kinetokor adalah tempat pengikatan spindel mikrotubulus ke kromosom.
Pewarnaan pita kromosom
Pita kromosom terdiri dari teknik pewarnaan yang mengungkapkan pola diferensiasi longitudinal (daerah terang dan gelap) yang tidak dapat dilihat dengan cara lain. Pola-pola ini memungkinkan untuk membandingkan spesies yang berbeda dan mempelajari perubahan evolusioner dan patologis pada tingkat kromosom.
Metode pita kromosom dibagi menjadi yang menggunakan pewarnaan absorpsi, biasanya pewarna Giemsa, dan yang menggunakan fluoresensi. Metode pewarnaan absorpsi memerlukan perlakuan fisiko-kimia pendahuluan, seperti yang dijelaskan dalam “Pemrosesan Sampel”.
Beberapa jenis pita memungkinkan untuk menunjukkan pola daerah terbatas pada kromosom yang terkait dengan sifat fungsional. Lainnya memungkinkan visualisasi perbedaan antara kromosom homolog yang memungkinkan untuk mengidentifikasi segmen.
C band
C-band menodai sebagian besar pita heterokromatik, itulah sebabnya teknik universal untuk menunjukkan keberadaan heterokromatin dalam kromosom. Metode lain hanya menodai sebagian dari total heterokromatin, membuatnya lebih berguna daripada pita-C untuk membedakan antara jenis heterokromatin.
Q band
Q-banding adalah teknik pewarnaan tertua. Itu berutang namanya untuk penggunaan quinacrine. Ini efektif terlepas dari metode persiapan kromosom. Ini adalah metode alternatif untuk G-banding. Ini jarang digunakan, tetapi keandalannya membuatnya berguna ketika bahan langka atau sulit untuk diikat.
G band
G-band, berdasarkan penggunaan Giemsa dan tripsin, adalah yang paling banyak digunakan saat ini. Hal ini memungkinkan deteksi translokasi, inversi, penghapusan dan duplikasi. Ini adalah metode yang paling banyak digunakan untuk karakterisasi kariotipe pada vertebrata , menunjukkan perbedaan antara kromosom yang tidak dapat dibedakan hanya berdasarkan morfologinya.
R band
Pita R menghasilkan pola pewarnaan terbalik sehubungan dengan pita G (pita R terang sama dengan pita G gelap dan sebaliknya). R-band sangat berguna untuk menyorot ujung kromosom, yang sedikit bernoda saat G-band digunakan.
T band
T-band adalah varian dari R-band di mana tidak ada pewarnaan sebagian besar band interstitial kromosom, sehingga daerah terminal kromosom yang intens bernoda.
Band Ag-NOR
Banding Ag-NOR digunakan untuk menemukan NOR dengan pewarnaan perak. Dalam pita Ag-NOR, gen NOR yang tidak aktif mungkin tidak diwarnai. Oleh karena itu, pita ini digunakan untuk mempelajari perubahan aktivitas gen ribosom selama gametogenesis dan perkembangan embrio.
Hibridisasi in situ fluoresen (FISH)
FISH banding memungkinkan kromosom untuk divisualisasikan menggunakan probe berlabel fluoresensi. Teknologi FISH memungkinkan analisis kariotipe sel yang tidak membelah.
FISH banding memungkinkan deteksi urutan DNA spesifik dalam kromosom, sel, dan jaringan. Oleh karena itu, dapat digunakan untuk mendeteksi kelainan kromosom yang melibatkan segmen kecil DNA.
Pita IKAN membuka jalan bagi dua teknik terkait yang lebih canggih, yang dikenal sebagai kariotipe spektral (SKY) dan IKAN multiwarna (M-FISH).
Di SKY dan M-FISH, pewarna fluoresen digunakan, yang bersama-sama menghasilkan kombinasi warna, satu untuk setiap kromosom. Teknik-teknik ini sangat berguna dalam mendeteksi aberasi kromosom kompleks, seperti yang terlihat pada tumor tertentu dan leukemia limfoblastik akut.
Kegunaan medis
– Sitogenetika kanker. Penyimpangan kromosom dan aneuploidi sering terjadi pada tumor. Translokasi kromosom dapat memiliki efek karsinogenik melalui produksi protein fusi. Sitogenetika digunakan untuk memantau kemajuan pengobatan kanker.
– Situs rapuh dan fraktur kromosom. Situs kromosom rapuh dapat menyebabkan patologi seperti sindrom Fragile X. Paparan agen sitotoksik dapat menyebabkan fraktur kromosom. Pembawa mutasi autosomal tertentu tidak memiliki kemampuan untuk memperbaiki DNA yang rusak selama kerusakan kromosom.
– Kelainan numerik kromosom. Penghitungan kromosom dapat mendiagnosis trisomi, seperti trisomi yang menyebabkan sindrom Down, Edwards, dan Patau. Itu juga dapat mendiagnosis sindrom Turner dan Klinefelter.
– Pada leukemia myelogenous kronis, sel darah putih memiliki “kromosom Philadelphia”. Kromosom abnormal ini merupakan hasil translokasi kromosom 9 dan 22.
Referensi
- Abbott, JK, Nordén, AK, Hansson, B. 2017. Evolusi kromosom seks: wawasan sejarah dan perspektif masa depan. Prosiding Royal Society B, 284, 20162806.
- Cregan, ERC 2008. Semua tentang mitosis dan meiosis. Penerbitan Materi Buatan Guru, Huntington Beach, CA.
- Gersen, SL, Keagle, MB, eds. 2013. Prinsip-prinsip sitogenetika klinis. Springer, New York.
- Gosden, JR, ed. 1994. Metode dalam biologi molekuler, Vol.29. Protokol analisis kromosom. Humana Press, Totowa, NJ
- Hughes, JF, Page, DC 2015. Biologi dan evolusi kromosom Y mamalia. Tinjauan Tahunan Genetika, 49, 22.1–22.21.
- Kannan, TP, Alwi, ZB 2009. Sitogenetika: masa lalu, sekarang dan masa depan. Jurnal Ilmu Kedokteran Malaysia, 16, 4-9.
- Lawce, HJ, Brown, MG 2017. Sitogenetika: ikhtisar. Dalam: Manual Laboratorium Sitogenetika AGT, Edisi Keempat. Arsham, MS, Barch, MJ, Lawce, HJ, eds. Wiley, New York.
- Sacerdot, C., Louis, A., Bon, C., Berthelot, C., Crollius, HR 2018. Evolusi kromosom pada asal usul genom vertebrata leluhur. Biologi Genom, 19, 166.
- Schubert, I. 2007. Evolusi kromosom. Opini Saat Ini dalam Biologi Tumbuhan, 10, 109-115.
- Schulz-Schaeffer, J. 1980. Sitogenetika – tumbuhan, hewan, manusia. Springer-Verlag, New York.
