Citogenética: história, o que estuda, técnicas, aplicações - Ciência - 2023

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o citogenética É o estudo da morfologia, estrutura e funcionamento dos cromossomos, incluindo suas mudanças durante a divisão somática das células, ou mitose, e durante a divisão reprodutiva das células, ou meiose.

A citologia também estuda os fatores que causam as alterações cromossômicas, incluindo as patológicas, que aparecem de uma geração para outra, e as evolutivas, que agem por muitas gerações.

História

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

- Em 1842, Karl Wilhelm von Nägeli observou “células-tronco transitórias”, mais tarde chamadas de 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 sobre citogenética.

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

- Em 1905, Nettie Stevens identificou o cromossomo Y.

- Em 1937, Albert Blakeslee e A. G. Avery pararam a metáfase com colchicina, facilitando muito a observação dos cromossomos.

- Em 1968, Torbjörn Caspersson e outros 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 de cromossomos humanos.

- Em 1975, C. Goodpasture e S. E. Bloom descreveram a coloração com Ag-NOR.

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

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

- Em 1989, Hermann-Josef Lüdecke microdissected 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 mudanças cromossômicas. Em 1958, Charles E. Ford observou anormalidades cromossômicas durante a leucemia.

Em 1922, Theophilus Painter publicou que os humanos têm 48 cromossomos. Demorou até 1956 para Jo Hin Tjio e Albert Levan estabelecerem que eles realmente têm 46 cromossomos.

Em 1932, P. J. Waardenburg sugeriu, sem provar, que a síndrome de Down poderia ser o resultado de uma aberração cromossômica. Em 1959, Jerome Lejeune demonstrou a presença de um cromossomo extra-somático em pacientes com síndrome de Down.

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

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

Em 1969, Herbert Lubs descobriu pela primeira vez a síndrome do X Frágil. Nesse mesmo ano, a amniocentese passou a ser utilizada para diagnóstico citogenético.

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

Morfologia cromossômica

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

Os cromossomos são chamados de metacêntricos quando têm o centrômero no meio; submetacêntricos se o tiverem ligeiramente afastado do meio, de modo que os braços opostos não sejam do mesmo comprimento; acrocêntrico se o centrômero estiver próximo a um dos extremos; e telocêntrico se o centrômero estiver apenas em uma extremidade do cromossomo.

Técnicas: processamento de amostra

As etapas a serem executadas para processar as amostras são as seguintes.

Obtendo a amostra

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

Cultura

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

Colhido

É a obtenção de células em metáfase.

Parando a mitose

A análise citogenética padrão requer a parada da mitose para que as células permaneçam em metáfase, usando colchicina ou Colcemid®.

Tratamento hipotônico

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

Fixação

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

Preparação de folha

As células fixadas são espalhadas em lâminas de microscópio, após o que são secas.

Coloração cromossômica

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

Análise microscópica

Permite escolher células adequadas para observar e fotografar cromossomos.

Preparação de cariogramas

A partir de fotografias de células em metáfase, imagens do conjunto de cromossomos de uma célula representativa são compostas para estudo posterior.

Bandas cromossômicas

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

Bandas heterocromáticas aparecem como blocos discretos. Eles correspondem à heterocromatina, que contém sequências de DNA altamente repetitivas que representam genes convencionais e não são descondensadas na interface.

As bandas eucromáticas consistem em uma série de segmentos alternados que são ou não afetados pela coloração. Essas bandas diferem em tamanho, formando padrões distintos característicos de cada par de cromossomos em uma espécie, o que as torna muito úteis para identificar translocações e rearranjos cromossômicos.

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

Os cinetocoros são os locais de ligação do fuso do microtúbulo aos cromossomos.

Coloração de banda cromossômica

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

Os métodos de bandas cromossômicas são divididos em aqueles que usam coloração de absorção, normalmente pigmentos Giemsa, e aqueles que usam fluorescência. Os métodos de coloração por absorção requerem um tratamento físico-químico preliminar, conforme descrito em "Processamento de amostra".

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

Bandas C

A banda C cora a maioria das bandas heterocromáticas, por isso é a técnica universal para mostrar a presença de heterocromatina nos cromossomos. Outros métodos coram apenas parte da heterocromatina total, tornando-os mais úteis do que o bandeamento C para diferenciar entre os tipos de heterocromatina.

Bandas Q

O Q-banding é a técnica de coloração mais antiga. Seu nome deve-se ao uso da quinacrina. É eficaz independentemente do método de preparação do cromossomo. É um método alternativo para a banda 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 utilizada atualmente. Ele permite a detecção de translocações, inversões, exclusões e duplicações. É o método mais utilizado para a caracterização de cariótipos em vertebrados, apresentando diferenças entre os cromossomos que não podem ser distinguidas apenas pela sua morfologia.

Bandas R

A banda R produz um padrão de coloração inverso da banda G (bandas R claras são iguais às bandas G escuras e vice-versa). A banda R é particularmente útil para destacar as extremidades dos cromossomos, que ficam levemente manchadas 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 bandagem Ag-NOR é usada para localizar NORs por coloração com prata. No bandeamento Ag-NOR, os genes NOR inativos podem não ser corados. Portanto, esse bandeamento é usado para estudar mudanças na atividade de genes ribossomais durante a gametogênese e o desenvolvimento embrionário.

Hibridização fluorescente in situ (FISH)

O bandeamento FISH permite que os cromossomos sejam visualizados usando sondas marcadas com fluorescência. A tecnologia FISH permite a análise cariotípica de células que não estão se dividindo.

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

O bandeamento FISH pavimentou o caminho para duas técnicas relacionadas mais sofisticadas, conhecidas como cariótipo espectral (SKY) e FISH multicor (M-FISH).

Em SKY e M-FISH, são usados corantes fluorescentes, que juntos produzem combinações de cores, uma para cada cromossomo. Essas técnicas têm sido muito úteis na detecção de aberrações cromossômicas complexas, como as observadas em certos tumores e na leucemia linfoblástica aguda.

Aplicações médicas

- Citogenética do câncer. Aberrações cromossômicas e aneuploidia são comuns em tumores. As translocações cromossômicas podem ter efeitos carcinogênicos por meio da produção de proteínas de fusão. A citogenética é usada para monitorar o progresso dos tratamentos do câncer.

- Locais frágeis e fratura cromossômica. Os locais dos cromossomos frágeis podem levar a patologias como a síndrome do X Frágil. A exposição a agentes citotóxicos pode causar fratura cromossômica. Portadores de certas mutações autossômicas não têm a capacidade de reparar o DNA danificado durante a fratura do cromossomo.

- Anormalidades numéricas dos cromossomos. A contagem de cromossomos pode diagnosticar trissomias, como a que causa as síndromes de Down, Edwards e Patau. Também permite o diagnóstico das síndromes de Turner e Klinefelter.

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

Referências

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