Citogenética: história, quais estudos, técnicas, aplicações

A citogenética é o estudo da morfologia, estrutura e função de cromossomas, incluindo as suas alterações durante a divisão de células somáticas, ou a mitose, e durante a divisão celular reprodutivo, ou meiose.

A citologia também estuda os fatores que causam alterações cromossômicas, incluindo aqueles que são patológicos, que aparecem de uma geração para outra, e evolutivos, que agem por muitas gerações.

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Fonte: pixabay.com

História

Os anos e eventos memoráveis ​​na história da citogenética são os seguintes:

– Em 1842, Karl Wilhelm von Nägeli observou “cititomas transitórios”, mais tarde chamados cromossomos.

– Em 1875, Eduard Strasburger identificou cromossomos em plantas. Em 1979, Walther Flemming fez isso em animais. Flemming cunhou os termos cromatina, prófase, metáfase, anáfase e telófase.

– Em 1888, W. Waldeyer cunhou o termo cromossomo.

– Em 1893, Oscar Hertwig publicou o primeiro texto citogenético.

– Em 1902, Theodor Boveri e Walter Sutton descobriram cromossomos homólogos.

– Em 1905, Nettie Stevens identificou o cromossomo Y.

– Em 1937, Albert Blakeslee e AG Avery interromperam a metáfase com colchicina, facilitando bastante a observação cromossômica.

– Em 1968, Torbjörn Caspersson e colaboradores descreveram as bandas Q. Em 1971, Bernard Dutrillaux e Jerome Lejeune descreveram as bandas R.

– Em 1971, as bandas C foram discutidas em uma conferência sobre nomenclatura cromossômica humana.

– Em 1975, C. Goodpasture e SE Bloom descreveram a coloração Ag-NOR.

– Em 1979, Jorge Yunis descreveu os métodos de alta resolução para as bandas G.

– Em 1986-1988, Daniel Pinkel e Joe Gray desenvolveram a técnica FISH (hibridização fluorescente in situ).

– Em 1989, Hermann-Josef Lüdecke microdissecou cromossomos.

– Em 1996, Evelyn Schröck e Thomas Ried descreveram a tipagem cariotípica espectral multicromática.

Descobertas em humanos

Em 1914, Theodor Boveri sugeriu que o câncer poderia ser devido a alterações cromossômicas. Em 1958, Charles E. Ford observou anormalidades cromossômicas durante a leucemia.

Em 1922, Theophilus Painter publicou que os seres humanos têm 48 cromossomos. Tivemos que esperar até 1956 por Jo Hin Tjio e Albert Levan para estabelecer que eles realmente tinham 46 cromossomos.

Em 1932, PJ Waardenburg sugeriu, sem provar, que a síndrome de Down poderia ser o resultado da aberração cromossômica. Em 1959, Jerome Lejeune demonstrou a presença de um cromossomo somático adicional em pacientes com síndrome de Down.

Também em 1959, Charles E. Ford disse que as mulheres com síndrome de Turner carecem de um dos dois cromossomos X, enquanto Patricia Jacobs e John Strong descobriram a presença de um cromossomo X adicional em homens com síndrome de Klinefelter.

Em 1960, JA Böök e Berta Santesson descreveram a triploidia, Klaus Patau descreveu a trissomia 13 e John Edwards descreveu a trissomia 18.

Em 1969, Herbert Lubs descobriu pela primeira vez a frágil síndrome do cromossomo X. Nesse mesmo ano, a amniocentese começou a ser utilizada para o diagnóstico citogenético.

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Campo de estudo

Os citogeneticistas estudam a evolução cromossômica dos seres vivos, usando cariótipos para fazer análises filogenéticas e resolver problemas taxonômicos.

Além disso, eles investigam aspectos epidemiológicos das aberrações cromossômicas humanas e os fatores ambientais que as produzem, diagnosticam e tratam pacientes afetados por anormalidades cromossômicas e desenvolvem abordagens moleculares para decifrar a estrutura, função e evolução dos cromossomos.

Morfologia dos cromossomos

Cada cromossomo é composto por duas cromátides, unidas por uma constrição chamada centrômero. As seções cromossômicas que começam no centrômero são chamadas de braços.

Os cromossomos são chamados de metacêntricos quando têm o centrômero no meio; submetacêntrico se estiverem ligeiramente afastados do meio, de modo que os braços opostos não tenham o mesmo comprimento; acrocêntrico se o centrômero estiver próximo de uma extremidade; e telocêntrico se o centrômero estiver em apenas uma extremidade do cromossomo.

Técnicas: processamento de amostras

As etapas para processar as amostras são as seguintes.

Coleta de amostras

Aquisição do tecido necessário, armazenando-o no meio e em frascos adequados.

Cultivo

Com exceção das amostras para análise FISH, é necessário um período de cultura entre um dia e várias semanas antes da colheita.

Colhidas

É a obtenção de células na metáfase.

Detenção de mitose

A análise citogenética padrão exige a interrupção da mitose para que as células permaneçam na metáfase, usando colchicina ou Colcemid®.

Tratamento hipotônico

Aumenta o volume das células, o que permite que os cromossomos se espalhem.

Fixação

O ácido metanol-acético 3: 1 é usado para remover a água das células, endurecendo as membranas e a cromatina para a coloração.

Preparação da folha

As células fixas são espalhadas em folhas de slides, após o que são secas.

Coloração cromossômica

Existem vários métodos de coloração para reconhecer as diferenças entre os cromossomos. O mais comum é a banda G.

Análise microscópica

Permite escolher células adequadas para observar e fotografar cromossomos.

Desenvolvimento de cariogramas

Com base em fotografias de células metafásicas, imagens do conjunto de cromossomos de uma célula representativa são compostas para estudo posterior.

Faixas cromossômicas

Existem quatro tipos de bandas cromossômicas: bandas heterocromáticas; bandas eucromáticas, regiões organizadoras de nucléolos (NORs); cinetocoros.

Bandas heterocromáticas são apresentadas como blocos discretos. Eles correspondem à heterocromatina, que contém seqüências de DNA altamente repetitivas que representam genes convencionais e não se desprendem na interface.

As bandas ecromáticas consistem em uma série de segmentos alternados que são ou não são afetados por manchas. Essas bandas diferem em tamanho, formando padrões característicos de cada par de cromossomos de uma espécie, o que os torna muito úteis para identificar translocalizações e rearranjos cromossômicos.

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NORs são segmentos de cromossomos que contêm centenas ou milhares de genes de RNA ribossômico. Eles são comumente visualizados como constrições.

Os cinetocoros são os locais de fixação do eixo do microtúbulo aos cromossomos.

Coloração de bandas cromossômicas

A bandagem cromossômica consiste em técnicas de coloração que revelam padrões de diferenciação longitudinal (regiões claras e escuras) que, de outra forma, não poderiam ser vistos. Esses padrões permitem comparar espécies diferentes e estudar mudanças evolutivas e patológicas no nível cromossômico.

Os métodos de bandagem cromossômica são divididos naqueles que usam coloração por absorção, tipicamente pigmentos Giemsa, e aqueles que usam fluorescência. Os métodos de coloração por absorção requerem um tratamento físico-químico preliminar, conforme descrito em “Processamento de amostras”.

Alguns tipos de bandas permitem evidenciar padrões de regiões restritas de cromossomos relacionados a propriedades funcionais. Outros permitem visualizar diferenças entre cromossomos homólogos que possibilitam a identificação de segmentos.

Bandas C

A banda C mancha a maioria das bandas heterocromáticas, tornando-a a técnica universal para mostrar a presença de heterocromatina nos cromossomos. Outros métodos mancham apenas parte da heterocromatina total, portanto são mais úteis que a banda C para diferenciar os tipos de heterocromatina.

Bandas Q

A bandagem Q é a técnica de coloração mais antiga. Deve seu nome ao uso de quinacrina. É eficaz independentemente do método de preparação dos cromossomos. É um método alternativo para a bandagem G. É raramente usado, mas sua confiabilidade o torna útil quando o material é escasso ou difícil de bandar.

Bandas G

A banda G, baseada no uso de Giemsa e tripsina, é a mais usada. Permite a detecção de translocações, investimentos, exclusões e duplicações. É o método mais utilizado para a caracterização de cariótipos em vertebrados, mostrando diferenças entre os cromossomos que não podem ser distinguidos com base apenas em sua morfologia.

Bandas R

A banda R produz um padrão de coloração inversa em relação à banda G (as faixas R claras são equivalentes às bandas G escuras e vice-versa). A banda R é particularmente útil para destacar as extremidades dos cromossomos, que ficam levemente manchados quando a banda G é usada.

Bandas T

A banda T é uma variante da banda R na qual não há coloração da maioria das bandas intersticiais dos cromossomos, de modo que as regiões terminais dos cromossomos são intensamente coradas.

Bandas Ag-NOR

A faixa Ag-NOR é usada para localizar as NORs, manchando com prata. Nas bandas Ag-NOR, os genes NOR inativos podem não estar manchados. Portanto, essa banda é usada para estudar alterações na atividade dos genes ribossômicos durante a gametogênese e o desenvolvimento embrionário.

Hibridização fluorescente in situ (FISH)

A banda FISH permite que os cromossomos sejam visualizados por sondas marcadas com fluorescência. A tecnologia FISH permite a análise cariotípica de células que não estão em divisão.

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A banda de FISH permite a detecção de sequências específicas de DNA em cromossomos, células e tecidos. Portanto, ele pode ser usado para detectar anormalidades cromossômicas que envolvem pequenos segmentos de DNA.

A banda FISH abriu caminho para duas técnicas relacionadas mais sofisticadas, conhecidas como cariotipagem espectral (SKY) e FISH multicromático (M-FISH, FISH multicolorido)

No SKY e no M-FISH são utilizados pigmentos fluorescentes, que juntos produzem combinações de cores, uma para cada cromossomo. Essas técnicas têm sido muito úteis para detectar aberrações cromossômicas complexas, como as observadas em certos tumores e na leucemia linfoblástica aguda.

Aplicações médicas

– Citogenética do câncer. Aberrações cromossômicas e aneuplodia são freqüentes em tumores. As translocalizações cromossômicas podem ter efeitos carcinogênicos através da produção de proteínas de fusão. A citogenética é usada para monitorar o progresso dos tratamentos contra o câncer.

– Locais frágeis e fratura cromossômica. Locais frágeis de cromossomos podem causar patologias como a síndrome do X frágil. A exposição a agentes citotóxicos pode causar fratura dos cromossomos. Portadores de certas mutações autossômicas carecem da capacidade de reparar o DNA danificado durante a fratura do cromossomo.

– Anomalias numéricas dos cromossomos. A contagem de cromossomos possibilita o diagnóstico de trissomias, como a que produz as síndromes de Down, Edwards e Patau. Também permite diagnosticar as síndromes de Turner e Klinefelter.

– Na leucemia mielóide crônica, os glóbulos brancos têm um “cromossomo da Filadélfia”. Esse cromossomo anormal é o resultado da translocalização dos cromossomos 9 e 22.

Referências

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