Метод генетики соматических клеток

Тот факт, что соматические клетки несут в себе весь объем генетической информации, дает возможность изучать на них генетические закономер­ности всего организма.

Основу метода составляет культиви­рование отдельных соматических кле­ток человека и получение из них клонов, а так же их гибридизацию и селекцию.

Соматические клетки обладают ря­дом особенностей:

- быстро размножаются на питатель­ных средах;

- легко клонируются и дают генети­чески однородное потомство;

- клоны могут сливаться и давать ги­бридное потомство;

- легко подвергаются селекции на специальных питательных средах;

- клетки человека хорошо и долго сохраняются при замораживании.

Соматические клетки человека по­лучают из разных органов — кожи, костного мозга, крови, ткани эмбрионов. Однако чаще всего используют клетки соединительной ткани (фибробласты) и лимфоциты крови.

С помощью метода гибридизации соматических клеток:

а) изучают метаболические процес­сы в клетке;

б) выявляют локализацию генов в хромосомах;

в) исследуют генные мутации;

г) изучают мутагенную и канцеро­генную активность химических ве­ществ.

В 1960 г. было показано, что совмест­но культивируемые клетки различных линий могут сливаться, образуя гибри­ды, содержащие геномы обеих роди­тельских форм. Первые такие гибриды были получены при слиянии клеток разных линий мышей. Наряду с внут­ривидовыми получены и межвидовые гибриды, например, между клетками человека и мыши, мыши и хомячка, мыши и курицы и др. Образование ги­бридных клеток происходит чаще, если в культуру добавлены некоторые веще­ства (например, полиэтиленгликоль) или инактивированный вирус Сендай.

При гибридизации соматических клеток двух разных линий образуются гетерокарионы — клетки, которые со­держат оба родительских ядра. Затем в результате митоза и деления образу­ются две одноядерные клетки — синкарионы, имеющие хромосомы обоих родительских клеток.

В течение первых делений гибрид­ной клетки, не ясно почему, происхо­дит потеря хромосом одного из видов. Так, у гибридов мышь-хомячок элими­нируются хромосомы мыши. Если присутствие продукта изучаемого гена коррелирует с наличием определенной хромосомы в гибриде, то можно пред­положить, что этот ген локализован в данной хромосоме.

Потеря хромосом в гибридных клет­ках мышь — человек происходит слу­чайно Какая хромосома человека со­хранится — предугадать невозможно. Через определенное число поколений в гибридной клетке сохранятся все хро­мосомы мыши и несколько (в среднем 7) хромосом человека. Однако некото­рые клетки могут содержать одну-две пары хромосом, другие — 7, а некото­рые — до 20 хромосом человека. Вмес­те с тем из всей популяции гибридных клеток можно отобрать стабильные клоны (клон — потомство одной клет­ки), содержащие конкретные человече­ские хромосомы, и провести в них кар­тирование генов.

Гибридные клетки человека и мыши имеют 43 пары хромосом: 23 от человека и 20 от мыши. В дальнейшем проис­ходит элиминация хромосом того ви­да, клетки которого медленнее размно­жаются. При этом хромосомы мыши сохраняются, а хромосомы человека утрачиваются.

Функционирующие в гибридных клетках хромосомы синтезируют опре­деленные белки. Фенотипически хро­мосомы мыши и человека отличаются. Нетрудно определить, какие хромосо­мы присутствуют в гибриде и выяс­нить, синтез каких белков связан с данными хромосомами человека. Обычно гибридные клетки теряют хромосомы целиком, поэтому, если ка­кие-либо гены присутствуют или от­сутствуют вместе, то они могут быть отнесены к одной хромосоме

Это поз­воляет картировать хромосомы чело­века. В ряде случаев для картирования используют хромосомные перестрой­ки, что дает возможность установить локализацию генов в определенном участке хромосомы, определить после­довательность их расположения, т. е. построить карты хромосом человека.

В настоящее время выяснено, что в Х-хромосоме локализовано 95 генов, в 1-й аутосоме — 24 гена. Ген, определя­ющий группы крови по системе АВО, расположен в 9-й хромосоме, группы крови по системе MN во 2-й хромосо­ме, а по системе резус- фактора (Rh) — в 1-й хромосоме.

Использование метода гибридиза­ции соматических клеток дает возмож­ность изучать механизмы первичного действия генов и их взаимодействия, что расширяет возможности точной диагностики наследственных болезней на биохимическом уровне.

Использование новых методов и под­ходов к картированию хромосом позво­лило обнаружить в геноме человека сверхизменчивые участки ДНК (мини­сателлиты), характерные для каждого человека. Одновременно были выделе­ны последовательности ДНК, изменяю­щиеся с повышенной частотой. Они ло­кализованы по всему геному и имеют разное число копий На основе сверхиз­менчивых последовательностей ДНК созданы маркеры или зонды ДНК. Эти маркеры метят радиоактивным изото­пом и добавляют к ДНК, обработанной специальным образом. Маркеры "узна­ют" сходные с ними сверхизменчивые участки на ДНК и присоединяются к ним. Эти участки становятся радиоак­тивными и их можно выявить методом радиоавтографии. Число и распределе­ние таких мест присоединения индиви­дуально у каждого человека.

Изучение сверхизменчивых после­довательностей ДНК позволяет уста­новить место гена на хромосоме. Так, недавно ученые установили, что ген гиперкератоза (патологическое утол­щение кожных покровов и образова­ние язв на коже) человека лежит — в 17-й хромосоме, а ген болезни Альцгеймера (старческое слабоумие) — в 21-й хромосоме.

Помимо этого в настоящее время ак­тивно изучается наследование сахар­ного диабета, шизофрении и ряда дру­гих заболеваний.

Исследование сверхизменчивых ДНК в клетках опухолей позволяет обнаружить перестройки хромосом на ранних стадиях развития опухоли, что важно для их ранней диагностики.

В последние годы созданы более со­вершенные генетические карты генома человека с использованием маркерных генов и последних достижений моле­кулярной генетики.