ما هو علم الوراثة الخلوية؟

مفهوم علم الوراثة الخلوية:

يعرف علم الوراثة الخلوية بانه فرع من علم الوراثة يدرس بنية الحمض النووي داخل نواة الخلية، حيث يتم تكثيف هذا الحمض النووي أثناء انقسام الخلايا وتشكيل الكروموسومات، ويدرس علم الوراثة الخلوية عدد الكروموسومات وتشكلها، كذلك استخدام تقنيات ربط الكروموسوم الوراثة الخلوية الكلاسيكية أو تحقيقات التهجين المسمى الفلورسنت هو علم الوراثة الخلوية الجزيئي، ودائمًا ما يكون عدد وتشكل الكروموسومات في خلية من نوع معين ثابتًا، في معظم خلايا الجسم باستثناء الخلايا التناسلية وغيرها مثل الكبد، وهذه هي خاصية كل نوع في البشر مثل أن عدد الكروموسومات هو 46.

التشوهات الوراثية الخلوية:

يتم استخدام كل من تقنيات الوراثة الخلوية الكلاسيكية والجزيئية للتحقيق في تشوهات الكروموسومات الدستورية والمكتسبة، وفي الآونة الأخيرة تمت إضافة تسلسل الجيل التالي إلى ترسانة مختبر الوراثة الخلوية للسماح بتحديد دقيق لنقاط التوقف في إعادة ترتيب الكروموسوم.

يشير علم الوراثة الخلوية إلى كل من دراسة بنية مادة الكروموسوم ودراسة الأمراض التي تسببها التشوهات الهيكلية والعددية للكروموسومات، ويتضمن التحليل الروتيني للكروموسومات (G-banded) وتقنيات النطاقات الخلوية الأخرى وعلم الوراثة الخلوية الجزيئية مثل التهجين الفلوري في الموقع (FISH) والتهجين الجيني المقارن (CGH).

في الطب البشري لعب علم الوراثة الخلوية دورًا مهمًا في التشخيص والعلاج السريري للأورام اللمفاوية وسرطان الدم والأورام الصلبة المختلفة، ولقد تغلبت الاختراقات في تحليل النمط النووي على العوائق التي يمثلها تعقيد النمط النووي للكلاب (2 N = 78) في تحديد الكروموسومات المعاد ترتيبها، كما تم التعرف على كل من شذوذ الكروموسومات العددية والهيكلية في أورام الأنسجة الرخوة في الكلاب، وعلى الرغم من أن العديد من الدراسات الوراثية الخلوية للأورام الحيوانية كانت سلسلة حالات صغيرة فإن ظهور وتطوير المصفوفات الدقيقة لتحليل (CGH) للكلاب سيسهل الدراسات المستقبلية.

في دراسة صغيرة لابيضاض الدم في الكلاب، لم ترتبط التشوهات الوراثية الخلوية بالبقاء، وبالمثل وجدت دراسة صغيرة عن ابيضاض الدم لدى القطط عدم وجود علاقة بين التشوهات الوراثية الخلوية والتشخيص، كما في دراسة عن الوراثة الخلوية للورم الليمفاوي في الكلاب كان لدى الكلاب المصابة بأورام مصابة بالتثلث الصبغي 13 فترة بقاء أطول بكثير مقارنة بالكلاب المصابة بأورام بها انحرافات صبغية أخرى، وهناك حاجة إلى مزيد من الدراسات لتحديد الأهمية النذير للزيغ الكروموسومات في علم الأورام البيطري.

تقنيات رسم الخرائط الجينية:

توفر خرائط الجينوم سلسلة خطية من المعالم للاستخدام عند تجميع بيانات التسلسل، حيث أن هناك طريقتان مختلفتان لإنشاء خرائط الجينوم: رسم الخرائط الجينية ورسم الخرائط المادية، كما يوفر رسم الخرائط الجينية المعلومات من خلال التزاوج أو تحليل النسب أو تجارب نقل الجينات.

تعتمد الخرائط الجينية التي تسمى أيضًا خرائط الربط على الترتيب النسبي للواسمات الجينية التي تم الكشف عنها من خلال تجارب التزاوج من مختلف الأنواع، وبالتالي يصعب تحديد المسافة الفعلية في الأزواج الأساسية بين العلامات، وفي المقابل تعطي الخرائط المادية المسافة بين العلامات في أزواج القاعدة لأن العلامات مرتبطة فعليًا بموقع على كروموسوم.

يمكن تحديد الموقع المادي من خلال التجارب الهجينة للإشعاع أو التهجين في الموقع الفلوري (FISH)، حيث يعد الموقع على طول الكروموسوم مفيدًا لتحديد الترتيب الصحيح للكونتيج دون الحاجة إلى مقارنة التسلسل، وهذا مفيد بشكل خاص للمناطق التي بها الكثير من التسلسلات المتكررة.

تستخدم الخرائط الجينية معالم تسمى العلامات، إذ يمكن استخدام العديد من أنواع العلامات المختلفة، ويمكن استخدام بعض العلامات في كل من رسم الخرائط المادية ورسم الخرائط الجينية، حيث أن الجينات ذات النمط الظاهري المحدد هي علامات مفيدة جدًا لرسم الخرائط، ولسوء الحظ لا توجد جينات كافية ذات أنماط ظاهرية مرئية لتوفير خريطة مفصلة للجينوم البشري.

توجد الجينات عادة في شكلين مختلفين أو أكثر على سبيل المثال، قد ينتج عن جين ارتفاع النبات نبات طويل القامة في حالة وجود شكل واحد من الجين أو نبات قصير في حالة وجود شكل مختلف من نفس الجين، والأشكال المختلفة تسمى الأليلات بحيث لها تغيرات مختلفة في التسلسل، وتعطي أنماطًا ظاهرية مختلفة للنبات.

التحليل الوراثي الخلوي:

هو تقنية تقليدية مستخدمة في جميع أنحاء العالم لتشخيص عدم استقرار الكروموسومات، وقد تشير إلى وجود اضطراب وراثي أو ورم خبيث، وتاريخيا كانت واحدة من أولى التقنيات المستخدمة في الطب الدقيق، كما تكثف مجال علم الوراثة الخلوية البشرية السريرية (دراسة الكروموسومات البشرية وتركيبها ووراثتها والتشوهات) مع اكتشاف عدد الكروموسوم البشري الطبيعي البالغ 46 في عام 1956 والتثلث الصبغي 21 في متلازمة داون.

تم العثور على  إزفاء في مريض مصاب بابيضاض الدم النقوي المزمن في عام 1959، مما أدى إلى تطوير علاجات تستهدف بروتين الاندماج السرطاني الذي ينتجه كروموسوم فيلادلفيا، واليوم يستمر التحليل الوراثي الخلوي في توفير المعلومات التشخيصية والإنذارية والعلاجية الأساسية للطب والبحوث الدقيقة للسرطان.

يمكن أن توفر تحليلات علم الوراثة الخلوية معلومات قيمة وذات صلة للغاية لإثبات وجود استنساخ خبيث وتحديد سلالات الخلايا في عملية المرض أو توضيح وتأكيد التشخيص، وتوفير ميزات تنبؤية تنبؤية ومراقبة الاستجابة للعلاج وتصنيف الأورام، ومع ذلك يجب ملاحظة أن الدراسات الحديثة قد أدركت أنه في بعض الحالات التي يظهر فيها النمط النووي طبيعي، لا سيما في(AML)، حيث تم اكتشاف الطفرات على مستوى النوكليوتيدات، والتي لا يمكن اكتشافها بواسطة الوراثة الخلوية القياسية وضمن قائمة متزايدة من الجينات مثل يمكن أن يكون لـ(FLT3) آثار تنبؤية مهمة، كما تعتبر العلاقة الوثيقة بين اختصاصي علم الأمراض وعلم الوراثة الخلوية ضرورية إذا كان سيتم إنتاج أقصى قدر من المعلومات المفيدة من دراسات الوراثة الخلوية لاضطرابات الدم.

تحليل الارتباط للجينات:

إن استخدام الخرائط الفيزيائية للعلامات يشبه تحليل الارتباط للجينات، بمعنى أنه كلما اقتربت زاد احتمال بقائها معًا ومع ذلك، فإن إحدى طرق رسم الخرائط الفيزيائية هي استخدام إنزيم تقييد الهضم، ويتم هضم إما الجينوم بأكمله أو الحيوانات المستنسخة الكبيرة المفردة من مكتبة باستخدام مجموعة متنوعة من إنزيمات التقييد المختلفة، إذ سيقوم كل إنزيم بهضم الحمض النووي إلى أجزاء مختلفة الحجم، والتي يتم بعد ذلك فحصها لعدة علامات مختلفة من( STS أو EST).

فإذا كانت علامتان متقاربتان من بعضهما البعض فغالبًا ما يتم العثور عليهما في جزء التقييد نفسه، ولكن إذا كانا متباعدين فسيكونان على أجزاء مختلفة، ويتم تحديد أحجام الأجزاء واستخدامها لاستنتاج المسافة التقريبية بين علامتين، بحيث يتمثل الاختلاف بين هذه المعلومات وتحليل (RFLP) في أن تعيين التقييد يمكن أن يحدد المسافة بين علامتين كعدد الأزواج الأساسية، بينما يحدد تحليل (RFLP) عدد المرات التي يتم العثور فيها على علامتين مختلفتين معًا، ولكن المسافة الفعلية تعتمد على تردد تجميلي.

هناك ثلاث تقنيات أخرى لرسم الخرائط الفيزيائية هي رسم الخرائط الهجين الإشعاعي ورسم الخرائط الوراثية الخلوية و(FISH)، ويتم تحديد الموقع المادي لمسبار (DNA) معين في الكروموسومات الطورية من خلال موقعه بالنسبة لنمط النطاقات، وتوفر هذه الطريقة أدلة على ترتيب بيانات التسلسل في كونتيج واحد كبير، وقد تكون مجسات الحمض النووي في بعض الأحيان غير موثوقة؛ لأن الأجزاء الكبيرة المستنسخة قد تتكون في الواقع من جزأين من الحمض النووي، من أجزاء مختلفة من الجينوم يتم إدخالها في نفس الناقل.