細胞遺伝学：歴史、研究内容、技術、応用 - 生物学 - 2025

細胞遺伝学は、体細胞分裂、または有糸分裂の間、それらの変化を含む染色体の形態、構造および機能の研究であり、そして生殖細胞分裂または減数分裂中。

細胞学はまた、染色体の変化を引き起こす要因を研究します。これには、ある世代から別の世代に現れる病理学的変化や、多世代にわたって作用する進化的変化が含まれます。

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歴史

細胞遺伝学の歴史における記憶に残る年と出来事は以下の通りです：

-1842年、カールヴィルヘルムフォンネーゲリは、後に染色体と呼ばれる「一過性幹細胞」を観察しました。

-1875年、エデュアルドストラスバーガーは植物の染色体を特定しました。1979年、ワルサーフレミングは動物でそれを行いました。フレミングは、クロマチン、前期、中期、後期、および終期という用語を作り出した。

-1888年、W。Waldeyerは染色体という用語を作り出しました。

-1893年、オスカーヘルトヴィヒは細胞遺伝学に関する最初のテキストを発表しました。

-1902年、セオドアボヴェリとウォルターサットンは相同染色体を発見しました。

-1905年、Nettie StevensはY染色体を特定しました。

-1937年、アルバートブレイクスリーとAGエイブリーはコルヒチンで中期を停止し、染色体の観察を非常に容易にしました。

-1968年にTorbjörnCasperssonらがQバンドについて説明し、1971年にBernard DutrillauxとJerome LejeuneがRバンドについて説明しました。

-1971年に、Cバンドはヒト染色体命名法に関する会議で議論されました。

-1975年、C。GoodpastureとSE BloomはAg-NOR染色について説明しました。

-1979年、ホルヘユニスはGバンドの高解像度方式について説明しました。

-1986年から1988年に、Daniel PinkelとJoe GrayはFISH（蛍光in situハイブリダイゼーション）技術を開発しました。

-1989年、ヘルマン‐ヨーゼフリューデッケの顕微解剖染色体。

-1996年、EvelynSchröckとThomas Riedは多色スペクトル核型分類について説明しました。

人間の発見

1914年、セオドア・ボベリは癌は染色体の変化が原因である可能性があることを示唆した。1958年に、チャールズE.フォードは白血病の間に染色体異常を観察しました。

1922年に、テオフィルスの画家は人間に48の染色体があることを発表しました。Jo Hin TjioとAlbert Levanが実際に46の染色体を持っていることを証明するには、1956年までかかりました。

1932年に、PJワールデンブルグは、それを証明することなく、ダウン症候群が染色体異常の結果である可能性があることを示唆しました。1959年、ジェロームレジューヌはダウン症候群の患者に体外染色体の存在を示しました。

また1959年に、チャールズE.フォードはターナー症候群の女性は2つのX染色体の1つを欠いていると報告し、パトリシアジェイコブスとジョンストロングはクラインフェルター症候群の男性に追加のX染色体の存在を発見しました。

1960年、JABöokとBerta Santessonは3倍体を説明し、Klaus Patauは13トリソミーを説明し、John Edwardsは18トリソミーを説明しました。

1969年、ハーバートラブスは最初に壊れやすいX症候群を発見しました。同じ年に、羊水穿刺が細胞遺伝学的診断に使用され始めました。

研究分野

細胞遺伝学者は、核型を使用して系統解析を行い、分類学的問題を解決し、生物の染色体進化を研究します。

さらに、人間の染色体異常とそれらを生み出す環境要因の疫学的側面を調査し、染色体異常の影響を受けた患者を診断および治療し、染色体の構造、機能、進化を解読する分子的アプローチを開発します。

染色体形態

各染色体は2つの染色分体で構成されており、セントロメアと呼ばれる狭窄によって結合されています。セントロメアから始まる染色体の部分は腕と呼ばれます。

染色体は、セントロメアが中央にある場合、メタセントリックと呼ばれます。それらが中央からわずかに離れている場合、準メタセントリックであり、そのため、反対側の腕は同じ長さではありません。セントロメアが両極端のいずれかに近い場合は、アクロセントリック。動原体が染色体の一端にある場合は、動原体。

テクニック：サンプル処理

サンプルの処理手順は次のとおりです。

サンプルの入手

必要な組織を取得し、培地および適切なバイアルに保存します。

文化

FISH分析用のサンプルを除いて、収穫前に1日から数週間の培養期間が必要です。

収穫した

それは中期の細胞の取得です。

有糸分裂を止める

標準的な細胞遺伝学的分析では、コルヒチンまたはColcemid®を使用して、細胞が中期に留まるように有糸分裂を停止する必要があります。

低張治療

細胞の量を増やし、染色体を伸ばします。

固定

3：1メタノール–酢酸を使用して細胞から水分を除去し、染色のために膜とクロマチンを硬化させます。

シートの準備

固定された細胞は顕微鏡スライド上に広げられ、その後乾燥されます。

染色体染色

染色体の違いを認識する染色法はいくつかあります。最も一般的なのはGです。

顕微鏡分析

染色体の観察と写真撮影に適した細胞を選択できます。

カリオグラムの作成

中期の細胞の写真に基づいて、代表的な細胞の染色体のセットの画像は、後の研究のために構成されています。

染色体バンド

染色体バンドには4つのタイプがあります。ユークロマティックバンド、核小体組織領域（NOR）; キネトコア。

異色バンドは個別のブロックとして表示されます。それらはヘテロクロマチンに対応します。ヘテロクロマチンは、従来の遺伝子を表す非常に反復的なDNA配列を含み、境界面で凝縮されません。

ユークロマティックバンドは、染色の影響を受ける、または影響を受けない一連の交互セグメントで構成されます。これらのバンドはサイズが異なり、種の染色体の各ペアに特徴的な独特のパターンを形成します。これにより、染色体の転座と再編成を特定するのに非常に役立ちます。

NORは、数百または数千のリボソームRNA遺伝子を含む染色体のセグメントです。それらは一般的に狭窄として視覚化されます。

キネトコアは、微小管紡錘体の染色体への結合部位です。

染色体バンド染色

染色体バンディングは、他では見ることができなかった縦方向の分化（明るい領域と暗い領域）のパターンを明らかにする染色技術で構成されています。これらのパターンにより、異なる種を比較し、染色体レベルで進化的および病理学的変化を研究することが可能になります。

染色体バンディング法は、吸収染色、通常はギムザ色素を使用する方法と、蛍光を使用する方法に分けられます。「サンプル処理」で説明されているように、吸収染色法では、物理化学的処理が必要です。

いくつかのタイプのバンディングは、機能的特性に関連する染色体の制限された領域のパターンの証拠を可能にします。他のものは、セグメントを識別することを可能にする相同染色体間の差異の視覚化を可能にします。

Cバンド

Cバンドはほとんどのヘテロクロマチンバンドを染色し、染色体にヘテロクロマチンが存在することを示す一般的な手法です。他の方法では、ヘテロクロマチン全体の一部のみを染色するため、ヘテロクロマチンのタイプを区別するためにCバンディングよりも有用です。

Qバンド

Q-バンディングは最も古い染色技術です。その名前はキナクリンの使用に起因しています。染色体の作製方法に関係なく有効です。Gバンディングの代替方法です。めったに使用されませんが、その信頼性により、材料が不足している場合やバンディングが困難な場合に役立ちます。

Gバンド

ギムザとトリプシンの使用に基づくGバンドは、今日最も使用されています。それは転座、逆位、削除および重複の検出を可能にします。これは、脊椎動物の核型の特徴付けに最もよく使用される方法であり、形態だけでは区別できない染色体間の違いを示します。

Rバンド

Rバンディングは、Gバンディングに対して逆染色パターンを生成します（明るいRバンドは暗いGバンドに等しく、その逆も同様）。Rバンドは、Gバンドを使用するとわずかに染色される染色体の末端を強調表示する場合に特に役立ちます。

Tバンド

TバンドはRバンドのバリアントであり、染色体の末端領域が強く染色されるように、染色体の間質バンドのほとんどが染色されていません。

Ag-NORバンド

Ag-NORバンディングは、銀染色によってNORを見つけるために使用されます。Ag-NORバンディングでは、非アクティブなNOR遺伝子は染色されない場合があります。したがって、このバンディングは、配偶子形成および胚発生中のリボソーム遺伝子の活性の変化を研究するために使用されます。

蛍光in situハイブリダイゼーション（FISH）

FISHバンディングにより、蛍光標識プローブを使用して染色体を視覚化できます。FISHテクノロジーは、分裂していない細胞の核型分析を可能にします。

FISHバンディングにより、染色体、細胞、組織の特定のDNA配列を検出できます。したがって、それはDNAの小さなセグメントを含む染色体異常を検出するために使用できます。

FISHバンディングは、スペクトル核型分析（SKY）とマルチカラーFISH（M-FISH）として知られる、2つのより高度な関連技術への道を開きました。

SKYおよびM-FISHでは、蛍光色素が使用されます。これにより、各染色体に1つずつ、色の組み合わせが生成されます。これらの技術は、特定の腫瘍や急性リンパ芽球性白血病で見られるような複雑な染色体異常の検出に非常に役立ちました。

医療アプリケーション

-癌の細胞遺伝学。染色体異常と異数性は腫瘍によくみられます。染色体転座は、融合タンパク質の産生を通じて発がん性の影響を与える可能性があります。細胞遺伝学は、がん治療の進行を監視するために使用されます。

-脆弱な部位と染色体の骨折。壊れやすい染色体部位は、壊れやすいX症候群などの病理につながる可能性があります。細胞毒性物質への暴露は染色体の骨折を引き起こす可能性があります。特定の常染色体変異のキャリアは、染色体の骨折中に損傷したDNAを修復する能力を欠いています。

-染色体の数値異常。染色体数は、ダウン症候群、エドワーズ症候群、パタウ症候群を引き起こすトリソミーなどの診断に役立ちます。また、ターナー症候群やクラインフェルター症候群の診断も可能です。

-慢性骨髄性白血病では、白血球に「フィラデルフィア染色体」があります。この異常な染色体は、染色体9と22の転座の結果です。

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