ציטוגנטיקה

ציטוגנטיקה הוא מדע העוסק בכרומוזומים. מחקר על מבנה והרכב הכרומוזומים יכול לתרום רבות לאבחון טרום לידתי של בעיות גנטיות בעובר. על בסיס ממצאיו ניתן להמליץ על לידה או על הפסקת הריון מסיבות רפואיות ואף להחליט על סוג הטיפול.

שפת הציטוגנטיקה

השפה שבה משתמשים ציטוגנטיקאים נקבעה בוועידה מיוחדת שנערכה בפריז בשנת 1971,
The International System for Human Cytogenetic Nomenclature (ISCN). ואכן, לא פעם ניתן לשמוע את המונח "שפת פריז" בקרב ציטוגנטיקאים. בוועידה קבעו צורות התנסחות על פי אפיוני הכרומוזומים. בוועידה זו הכריזו על הזרוע הקצרה של הכרומוזומים כזרוע p (מהמילה "קטן" בצרפתית petit) והזרוע הארוכה של הכרומוזומים כזרוע q (מהמילה queue עם המשמעות "נלווה"). סימון זרועות הכרומוזומים יהיה לפי מספר הכרומוזום, לדוגמה: p1, p2, p3 וכו' ו- q1, q2, q3 וכו'. את הגנים סופרים מהצנטרומר ואילך (כשמתרחקים ממנו, המספר עולה). מתייחסים לנקודות ציון מבניות על פני הכרומוזום כמו הצנטרומור, קצוות הכרומוזום (טלומר) ופספוס הכרומוזום.

עשו זאת בעצמכם:
אתם ביולוגים העובדים במעבדה ציטוגנטית. ביצעתם קיבוע לתאים ממי השפיר, וכעת אתם בודקים אם העובר בריא (אם כל הכרומוזומים נמצאים) ומהו מין העובר (כמה X וכמה Y…).
בצעו את המשימה בלינק הבא:
http://gslc.genetics.utah.edu/units/disorders/karyotype/flash/karyotype_try_it.swf

ציטוגנטיקאים מתייחסים למאפייני הזיהוי של הכרומוזומים. כשמתבוננים בכרומוזומים מבעד למיקרוסקופ מתייחסים למספר פרמטרים:

  • גודל הכרומוזום
  • מיקום הצנטרומר
  • צורת הפספוס על גבי הכרומוזום (מתקבלת כתוצאה מצביעה מיוחדת).

עד לשנות ה-70' מיינו את הכרומוזומים לקבוצות על פי גודלם ועל פי מיקום הצנטרומר בכרומוזומים. בשיטה זו אין מספיק נתונים כדי לבודד כל כרומוזום. שיטת הצביעה של הכרומוזומים שבסופה מתקבל דפוס אופייני של פסים על גבי הכרומוזום, תרמה לאבחונו של כל כרומוזום ובנוסף אפשרה לזהות אם חלו פגיעות במבנה הכרומוזום, כדוגמת מקטעים חסרים או מוכפלים (הביטו בתמונות).

שיטות שונות לבדיקת כרומוזומים: פספוס כרומוזומים, FISH, SKY

באדיבות ד"ר עירית ברעם, חברת Spectral Imaging, מגדל העמק.

פספוס כרומוזומים

קיימות מספר שיטות צביעה המסייעות לקבלת פסים על גבי הכרומוזומים ולזיהוי כל כרומוזום בפני עצמו. כיום, תודות למחשב, מסדרים את הכרומוזומים על פי גודלם (למעט העובדה שכרומוזום 21 קטן מכרומוזום 22); מציבים כל אחד מהכרומוזומים ליד הכרומוזום ההומולוג ובוחנים את הפסים. בעבר הייתה זו עבודה קשה וממושכת. אפשר לערוך בדיקת קריוטיפ של תאים בשלבים שונים של מחזור התא ולצלם מבעד למיקרוסקופ כרומוזומים במידת דחיסות שונה. וכך, כרומוזום 22 שבשלב מוקדם במחזור התא נשא 850 פסים, יישא בשלב מאוחר יותר (כשהוא דחוס יותר) מספר פסים קטן יותר – 550 או 400 – וזאת בשל העובדה שהכרומוזום מתקצר עם דחיסתו.

משמעות הפספוס

הפסים הכהים והבהירים המתקבלים בצביעות השונות, מקלים על ציטוגנטיקאים בבדיקות שהם עורכים. בנוסף הפסים מראים כי קיים מבנה מסודר בהתארגנות ה- DNA בכרומוזום ושיש משמעות למבנה זה. הפסים צובעים אזורים של DNA בגודל שבין 1מגה בסיסים לבין 10 מגה בסיסים. יש לציין כי מגה= 106 בסיסים. אזורים הצבועים בצבע כהה (פסים מסוג G), דחוסים יותר ומוכפלים מאוחר בשלב S של מחזור התא. לעומתם פסים הצבועים בצבע בהיר יותר (פסים מסוג R), הם בד"כ דחוסים פחות ומוכפלים בשלב מוקדם יותר משלב S של מחזור התא. נראה שבפסים הדחוסים אין מצויים גנים, אלא DNA שעדיין לא ברור מה תפקידו. באזורים הדחוסים פחות מצויים גנים שבמהלך מחזור התא יתורגמו לחלבונים. לסוג כזה של DNA קוראים DNA פעיל. בנוסף קיימת משמעות לפסים שחוזרים על עצמם בכרומוזום נתון, וציטוגנטיקאים מנסים לפענח את המשמעות של אזורים חוזרים אלה.

שיטת FISH

פירוש השם Fluorescence in situ hybridization :FISH. שיטה זו נפוצה במחקר בביולוגיה על תחומיו השונים. משתמשים בחומר זוהר בצבעים שונים כדי לצבוע DNA וחלבונים ברקמה חיה. הסימון מבוסס על היכרות בין נוגדן לחלבון או בין רצף DNA לרצף משלים (היברידיזציה = בין כלאיים). איך משתמשים ב- FISH? מכינים גלאים שהם למשל גדילי DNA בודדים (להבדיל מגדיל DNA כפול!) ברצף נוקליאוטידים משלים לאזור הנחקר בכרומוזום. הגלאי צבוע בחומר זורח, וכשהוא מוחדר לתא הוא נצמד לרצף המיוחד לו ומסמן את מיקומו באמצעות הצבע הזורח (בדומה לשימוש בנוגדנים). להבדיל משיטות שבהן צריכים להמתין לשלב המתאים במחזור התא – דהיינו לחלוקת התא, בשיטת FISH אין צורך בהמתנה. השימוש ב- FISH מתאים לאתר מסוים בכרומוזום, לצנטרומר, לאתר מסוים בכל אחת מזרועות הכרומוזום או לכרומוזום כולו. למעשה, כדי להשתמש בצביעה של כל הכרומוזום, משתמשים בתערובת גלאים המתאימים למאות אזורים על פני כרומוזום מסוים ולא לאחר. וכך כרומוזום מספר 1, למשל, נצבע כולו בצבע צהוב, כך ההומולוג שלו וכך כל הכרומוזומים שמספרם 1 בכל אדם שהוא. (להזכירכם, רצפי ה- DNA שלנו דומים לשל השימפנזה בכ-98%, קל וחומר לאלה של בני האדם!) בהתאמה נצבע כרומוזום מספר 2 באדום וכולי וכולי….

שיטת SKY

שיטה זו היא למעשה ייעול של שיטת FISH. פירוש השם SKY הוא Spectral Karyotyping או הכנת קריוטיפ בכל צבעי הספקטרום (הקשת), לעומת השיטות הקודמות שבהן ניתן היה לקבל קריוטיפ בשחור ולבן עם דוגמאות פספוס על גבי הכרומוזומים. מכינים מראש המון גלאים לכל כרומוזום. כל הגלאים המיוחדים לכרומוזום מסוים ייצבעו בצבע זרחני אחר. סה"כ 24 צבעים שונים. (מדוע? כי יש לנו 22 כרומוזומים אוטוזומיים ועוד שני כרומוזומי זוויג X ו-Y). כעת ניתן להשתמש בגלאים הללו על דגימות כרומוזומים הנלקחות ממטופלים או בבדיקות בעובר טרום הלידה. חברה ישראלית בשם SKY פיתחה שיטה זו, וכיום הגלאים שלה נמכרים כמעט לכל בתי החולים בארץ ומשווקים גם לבתי חולים בעולם כולו.

באדיבות ד"ר עירית ברעם, חברת Spectral Imaging, מגדל העמק.

שימו לב לנראה בתמונה. ניתן לראות כיצד נראה DNA בשלב Metaphase של מחזור התא. השלב זה אין עדיין סידור ברור של כרומוזומים דחוסים (בצד ימין של התמונה, באמצע ולמטה). בנוסף, ניתן לראות כיצד נראים כרומוזומים צבעוניים שמקורם בגרעין תא סמוך בתרבית התאים.

(ראו באתר: www.spectral-imaging.com וגם בכתבה בעברית: http://lib.cet.ac.il/pages/item.asp?item=3984)