Цитогенетичекий метод

Сестринские хроматидные обмены. Феномен обмена участками между сестринскими хроматидами одной хромосомы привлек внимание исследователей мутагенных факторов окружающей среды своей высокой чувствительностью. Так, изучение уровней индукции СХО и хромосомных аберраций при действии 5 мутагенными агентами на лимфоциты человека in vitro и на клетки костного мозга мышей in vivo показало, что эффективность индукции СХО in vitro в 300-30 раз превышает эффективность образования аберраций хромосом. Та же закономерность сохранялась при действии in vivo, но соотношение снижалось до 60-20 раз (Щеглова Е.Г., Чеботарева А.Н., 1985).

Принцип метода обнаружения  СХО заключается в воздействии  на клетки таким образом, чтобы две  сестринские хроматиды отличались друг от друга. Достигается это введением  в растущую культуру клеток 5-бромдезоксиуридина (БДУ) с последующей окраской препаратов. БДУ присутствуют в среде в  течение двух клеточных циклов. Хроматиды, включившие БДУ в обе субъединицы, выглядят на окрашенных препаратах более  светлыми, чем хроматиды, включившие его в одну субъединицу или  не включившие вообще. Данный подход был  предложен А.Ф.Захаровым и Н.А.Еголиной (1972) и является основой всех современных методов обнаружения СХО, так как все последующие разработки сводятся лишь к использованию различных красителей для различения двух сестринских хроматид, в разной степени включивших БДУ.

Природа СХО до сих пор  остается не выясненной и этой проблеме посвящено много работ. Основной вопрос заключается в том, что  следует ли считать СХО прямым генетическим эффектом или следствием определенных типов повреждений  ДНК. В этой связи понятен интерес  исследователей к выяснению взаимосвязи  между СХО, мутагенезом и повреждениями  ДНК.

Клетки китайского хомячка V 79 обрабатывали различными химическими  веществами и исследовали взаимосвязь  между повреждениями ДНК, токсичностью, мутагенностью и индукцией СХО. Транс-Pt (II) диаминодихлорид, не являющийся мутагеном, приводил к образованию почти такого же количества СХО, как и высокомутагенный цис-Pt (II) диаминдихлорид. Поскольку эти препараты не приводят к образованию однонитевых разрывов в ДНК, то можно было предположить, что СХО является следствием каких-то других повреждений, например, сшивок ДНК-ДНК или ДНК-белок. Транс-Pt (II) образует почти в 20 раз больше сшивок ДНК-белок, чем цис-Pt (II), однако количество сшивок ДНК-ДНК в этих случаях одинаково. Таким образом, было показано, что существует более тесная связь между СХО и сшивками ДНК-ДНК. В этой же работе тесной связи между частотой СХО, мутагенностью и токсичностью изучаемых агентов не обнаружено. Вместе с тем, имеется и много других противоречивых данных о взаимосвязи между СХО и другими генетическими эффектами.

Методика проведения эксперимента по учету СХО в культурах лимфоцитов человека и в различных клеточных  линиях хорошо разработана.

В последние годы разработана  методика учета СХО в клетках  эмбриона, подвергавшегося трансплантарному воздействию изучаемым агентом in vivo. Параллельно изучают уровень СХО в клетках костного мозга матери. Эксперименты проводятся по следующей схеме:

1. обработка животных тестируемым веществом;
2. подкожная имплантация БДУ;
3. введение колхицина для остановки митозов и задержки клеток в метафазе;
4. приготовление препаратов клеток плода и клеток костного мозга матери для последующего окрашивания флуорохромом и цитогенетического анализа.

Способ имплантации БДУ  изучался в ряде специальных работ. Показано, что метод частичного парафинированного  покрытия таблеток БДУ перед подкожной  имплантацией их мышам способствует поступлению этого вещества в  клетки в течение 24, а не 8 часов  и позволяет получить за 34 часа четкие метафазы I, II, III делений с дифференциальной окраской сестринских хроматид. Полагают, что парафиновое покрытие более  удобно, чем агаровое из-за своей  простоты приготовления таблеток, а  также возможности немедленного поступления БДУ в ткани животных.

Учет СХО в клетках  человека (лимфоциты) in vitro является одним из дополнительных методов оценки генетической активности химических соединений.

Микроядерный тест. Метафазный анализ, который используется при учете хромосомных аберраций в соматических клетках животных и человека, требует много времени и высокой квалификации исследователя. Поиск же новых принципов учета структурных нарушений хромосом был направлен на упрощение метода. В 1973 г. J.A.Heddle и W.Schmid независимо друг от друга предложили микроядерный тест, основанный на учете микроядер в полихромных эритроцитах костного мозга. Первоначально он был разработан для эритроидных клеток костного мозга, а позже тест стал применяться для учета микроядер в ранних сперматидах, печени плода при изучении трансплацентарной активности химических соединений, в клетках слизистой рта, лимфоцитах человека, в клетках печени и толстой кишки животных. К настоящему времени учет микроядер стал возможен в большинстве популяций делящихся клеток.

Микроядерный тест в силу своей простоты и возможности быстрого анализа стал методом скрининга химических соединений на цитогенетическую активность in vitro. Микроядра возникают из фрагментов хромосом, которые лишены центромер и поэтому исключаются из клеточных ядер в момент деления клеток. Иными словами, они являются ацентрическими фрагментами, возникшими в результате структурных нарушений хромосом и не попавшими во вновь формирующееся ядро при делении клеток. Кроме того, они могут образовываться из хромосом, оставшихся в анафазе. Тем самым результаты учета микроядер отражают результаты кластогенного действия на хромосомы изучаемого соединения.

Наиболее распространенным методом является учет микроядер в полихромных эритроцитах и испытано этим большое количество соединений. Это связано с тем, что полихромные эритроциты (ПХЭ) легко распознаются, имеют короткий жизненный цикл и любое содержащееся в них микроядро является следствием хромосомных аберраций в эритробластных клетках, возникших спонтанно или индуцированных исследуемыми агентами.

Существуют три способа  тестирования химических веществ микроядерным тестом. Они различаются по режимам обработки и срокам фиксации клеток после обработки.

Заключение

Цитогенетический метод - изучает кариотип человека для  выявления хромосомных и геномных мутаций. Этим методом выявляется болезнь  Дауна. Ее причина - наличие в кариотипе  человека одной лишней хромосомы (по 21 паре), что приводит к патологии: у больных узкие глаза, плоское  лицо и резко выраженная умственная отсталость. Рождение детей с синдромом  Дауна - результат отклонений в ходе мейоза.