Диплоидная клетка это: Диплоидная клетка | справочник Пестициды.ru

набор хромосом, образование и отличие от гаплоидных

В биологии термин «плоидность» используется для определения количества наборов хромосом, содержащихся в ядре клетки. У разных организмов разное количество хромосом. Двумя типами клеток эукариот являются гаплоидные и диплоидные клетки, основное отличие которых заключается в количестве наборов хромосом в их ядрах.

Диплоидные клетки представляют собой клетки с двумя наборами хромосом. В диплоидных организмах каждый родитель передает один набор хромосом, которые объединяются в два набора у потомства. Большинство млекопитающих являются диплоидными организмами, что означает наличие двух гомологичных копий каждой хромосомы в клетках. У людей 46 хромосом. Клетки большинства диплоидных организмов, за исключением гамет (половых клеток) являются диплоидными и содержат два набора хромосом.

Диплоидные клетки делятся с помощью митоза, в результате которого образовывается полностью идентичная копия клетки. У людей соматические клетки (или неполовые клетки) — все диплоидные клетки. К ним относятся клетки, которые составляют органы, мышцы, кости, кожу, волосы и любую другую часть тела, кроме яйцеклеток (у женщин) или сперматозоидов (у мужчин).

Диплоидное число

Диплоидным числом клетки является количество хромосом в ядре клетки. Это число обычно обозначается как 2n , где n равно количеству хромосом. Для человека это уравнение имеет следующий вид 2n=46 . У людей есть 2 набора из 23 хромосом, в общей сложности 46 хромосом:

Различие между гаплоидными и диплоидными клетками

Основное различие между гаплоидной и диплоидной клетками — это количество наборов хромосом, содержащихся в ядре. Плоидность — биологический термин, который характеризует число хромосом в клетке. Поэтому клетки с двумя наборами диплоидны, а клетки с одним набором гаплоидны.

В диплоидных организмах, таких как люди, гаплоидные клетки используются только для размножения, тогда как остальные клетки диплоидны. Другое различие между гаплоидной и диплоидной клетками заключается в том, как они делятся. Гаплоидные клетки воспроизводятся с помощью мейоза, тогда как диплоидные клетки проходят через митоз.

Не нашли, то что искали? Используйте форму поиска по сайту

Понравилась статья? Оставь комментарий и поделись с друзьями

Диплоидная клетка — это… Что такое Диплоидная клетка?

Диплоидная клетка

Диплоидные клетки — это живые клетки, в отличие от гаплоидных клеток (содержащих половинный набор), содержащая полный набор хромосом — по одной паре каждого типа. Большинство клеток организма являются диплоидными, за исключением гамет.

Wikimedia Foundation. 2010.

• Диошдьёр (футбольный клуб)
• Диплацин

Смотреть что такое «Диплоидная клетка» в других словарях:

• диплоидная клетка — — [http://www.dunwoodypress.com/148/PDF/Biotech Eng Rus.pdf] Тематики биотехнологии EN diploid cell …   Справочник технического переводчика

• материнская клетка споры — ЭМБРИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ МАТЕРИНСКАЯ КЛЕТКА СПОРЫ – диплоидная (2п) клетка, при мейозе которой образуются четыре гаплоидные клетки (споры) или четыре гаплоидных ядра …   Общая эмбриология: Терминологический словарь

• Зигота — диплоидная клетка, формирующаяся в результате слияния яицеклетки и сперматозоида (оплодотворенная яйцеклетка). Это первая клетка нового организма …   Физическая Антропология. Иллюстрированный толковый словарь.

• зигота — ы; ж. [от греч. zygōte соединённый вместе] Биол. Оплодотворённая яйцеклетка. В зиготе восстанавливается парное число хромосом. * * * зигота (от греч. zygōtós  соединённый вместе), оплодотворённое яйцо; диплоидная клетка, образующаяся у животных и …   Энциклопедический словарь

• мейоз — (от греч. méiōsis  уменьшение), способ деления клетки, в результате которого происходит уменьшение (редукция) числа хромосом в дочерних клетках; основное звено образования половых клеток. В ходе мейоза одна диплоидная клетка (содержит 2 набора… …   Энциклопедический словарь

• Ацетабулярия — ? Ацетабулярия …   Википедия

• Дрожжи — Полифилетическая группа грибов …   Википедия

• Saccharomycetes — Клетки дрожжей Saccharomyces cerevisiae под микроскопом. Дрожжи  внетаксономическая группа одноклеточных грибов, утративших мицелиальное строение в связи с переходом к обитанию в жидких и полужидких, богатых органическими веществами субстратах.… …   Википедия

• Дрожжевые грибы — Клетки дрожжей Saccharomyces cerevisiae под микроскопом. Дрожжи  внетаксономическая группа одноклеточных грибов, утративших мицелиальное строение в связи с переходом к обитанию в жидких и полужидких, богатых органическими веществами субстратах.… …   Википедия

• Хересные дрожжи — Клетки дрожжей Saccharomyces cerevisiae под микроскопом. Дрожжи  внетаксономическая группа одноклеточных грибов, утративших мицелиальное строение в связи с переходом к обитанию в жидких и полужидких, богатых органическими веществами субстратах.… …   Википедия

Диплоидные клетки | Что это такое

Пользователи также искали:

диплоидные клетки митоз, диплоидные клетки образуются путем, характеристика диплоидного и гаплоидного набора хромосом, образуются две диплоидные клетки, набора, хромосом, клетки, Диплоидные, набор, диплоидные, диплоидный набор хромосом, гаплоидный, диплоидный, Диплоидные клетки, образуются, образуются две диплоидные клетки, гаплоидные клетки животных, путем, пример, гаплоидные, животных, характеристика, диплоидного, гаплоидного, митоз, диплоидные клетки митоз, гаплоидный набор хромосом пример, характеристика диплоидного и гаплоидного набора хромосом, гаплоидный и диплоидный набор хромосом, диплоидные клетки образуются путем, диплоидные клетки,

…

Стволовые клетки с половиной генома могут помочь бесплодным парам

Иногда меньше означает больше. Учёные создали новый вид стволовых клеток человека, которые имеют только половину генома. Клетки можно превратить в любые ткани в организме человека, несмотря на то, что они содержат всего один набор хромосом. Открытие, по мнению экспертов, предоставляет важный инструмент для разработки методов лечения целого ряда заболеваний, включая рак и бесплодие.

Открытие нового типа стволовых клеток было сделано исследователями из Еврейского университета Иерусалима (The Hebrew University of Jerusalem) и медицинского центра Колумбийского университета (Columbia University Medical Center).

Напомним, что большинство клеток в организме человека содержат информацию о нём в виде ДНК, которая упакована в два набора хромосом – по одному от каждого родителя (23 от матери и 23 от отца). Такие клетки называются диплоидными клетками.

Яйцеклетки и сперматозоиды являются исключением. Они представляют собой гаплоидные клетки с одним набором хромосом. Они не могут нормально делиться сами по себе. Половые клетки объединяются при оплодотворении, чтобы создать диплоидные клетки, которые в конечном итоге образуют плод.

 

Эмбриональные стволовые клетки являются диплоидными клетками, из которых строятся все ткани в организме. Теперь учёные получили гаплоидные эмбриональные стволовые клетки с одним набором хромосом. Для этого они заставили делиться неоплодотворённые яйцеклетки, а затем, «подкрасив» ДНК флуоресцирующими белками, отделили гаплоидные стволовые клетки от более распространённых диплоидных.

Новый тип стволовых клеток является первыми человеческими клетками, которые способны на клеточное деление, имея копию генома только одного родителя. К слову, для всех участников исследования стало сюрпризом, что такие клетки способны делиться и превращаться в различные клетки организма.

«Большинство исследователей считали, что человеческие гаплоидные клетки не смогли бы делиться и дифференцироваться в различные типы клеток», — говорит автор исследования Нисим Бенвенисти (Nissim Benvenisty).

Поскольку учёные показали, что они могут это делать, это ставит интересный вопрос о том, почему для нашего появления нужно два родителя, а не один, добавляет Бенвенисти.

Новые эмбриональные стволовые клетки потенциально могут быть использованы для создания яйцеклеток и сперматозоидов для бесплодных пар.

Пожалуй, самый важный аспект этой научной работы состоит в том, что открытие может быть использовано и в генетическом обследовании. Обнаружение влияния одиночных генов, которые подвергаются мутациям в наших клетках и вызывают болезни, осложняется тем, что вторая копия гена может служить здоровой резервной копией. Теперь учёные могут сделать гаплоидный вариант любой клетки человеческого организма с одним набором хромосом, затем видоизменить гены одного и сразу увидеть, как поведёт себя клетка.

Бенвенисти и его коллеги будут использовать свои новые стволовые клетки, чтобы исследовать мутации в генах, вовлеченных в развитие опухолей и сопротивляющихся химиотерапии.

«Это исследование дало нам новый тип стволовых клеток человека, которые будут иметь большое значение для генетических и медицинских исследований, — считает Бенвенисти. – Эти клетки обеспечат исследователей новым инструментом для улучшения нашего понимания процессов развития человека».

«Эта научная работа является выдающимся примером того, как сотрудничество между различными институтами на разных континентах может решить фундаментальные проблемы в области биомедицины», — добавляет другой автор исследования Дитер Эгли (Dieter Egli).

Учёные представили свои выводы в научном журнале Nature.

ГАПЛОИДНЫЕ И ДИПЛОИДНЫЕ КЛЕТКИ — РАЗНИЦА МЕЖДУ — ЖИЗНЬ

Жизнь 2021

В микробиологии термины «гаплоид» и «диплоид» используются для описания типов клеток на разных стадиях репродуктивного процесса. Хотя гаплоидные и диплоидные клетки могут иметь тес

Содержание:

В микробиологии термины «гаплоид» и «диплоид» используются для описания типов клеток на разных стадиях репродуктивного процесса. Хотя гаплоидные и диплоидные клетки могут иметь тесные ассоциации, они во многих отношениях совершенно разные.

Таблица результатов

Гаплоидные клетки	Диплоидные клетки
Включает все репродуктивные клетки в организме	Включает все типы клеток организма, кроме репродуктивных.
Продукт мейоза	Продукт слияния двух гаплоидных клеток.
Не подвергается митозу	Проходит митоз
Несет 23 хромосомы	Несет 46 хромосом
Примеры гаплоидных клеток — сперматозоиды и яйцеклетки.	Примеры диплоидных клеток: мышцы, клетки крови и кожи.

Определения

Гаплоидные клетки, также известные как гаметы или половые клетки, являются продуктами клеточной репликации и деления. Эти клетки содержат только половину нормального количества хромосом (или n) в эукариотических организмах.

Диплоидклетки, с другой стороны, это самые многочисленные клетки, обнаруженные у животных и растений. Они содержат полный набор хромосом (или 2n), что в два раза превышает количество клеток в гаплоидной клетке.

Гаплоидные против диплоидных клеток

Гаплоидные и диплоидные клетки играют важную роль в росте и воспроизводстве эукариотических организмов. Хотя оба они составляют клетки в организме, между гаплоидными и диплоидными клетками есть большая разница.

Типы клеток

Животные и люди состоят из двух типов клеток: соматических и репродуктивных. Соматические клетки — это диплоидные клетки, которые включают все типы клеток в организме, кроме репродуктивных клеток, которые являются гаплоидными клетками, обнаруженными у мужчин и женщин.

Клеточное развитие и рост

Развитие гаплоидных и диплоидных клеток — это взаимосвязанный цикл, который способствует росту и воспроизводству. Диплоидные клетки человека и животных имеют полное количество хромосом, которые образуют гомологичные пары (или 2n). Эти клетки возникают в результате слияния сперматозоидов и яйцеклеток, и они несут как отцовские, так и материнские хромосомы.

В процессе размножения диплоидные клетки подвергаются мейозу, при котором клетка дважды реплицируется и делится с образованием четырех гаплоидных клеток. В отличие от диплоидных клеток, гаплоидные клетки несут только один набор хромосом (или n). Как только две гаплоидные клетки сливаются во время размножения, количество хромосом из каждой клетки сливается, образуя диплоидную клетку, которая проходит митоз для клеточного роста.

Количество хромосом

Гаплоидные клетки, также известные как гаметы или половые клетки, несут 23 хромосомы, что составляет половину нормального числа хромосом в не репродуктивной клетке. После объединения двух гаплоидных клеток 23 отцовские хромосомы сливаются с 23 материнскими хромосомами, образуя диплоидную зиготу.

Поскольку диплоидные клетки являются продуктом слияния двух гаплоидных клеток, они несут в два раза больше хромосом в гаплоидной клетке, а всего 46. Диплоидные клетки имеют две гомологичные копии хромосом, переданные отцом и матерью.

Примеры

Гаплоидные клетки — это репродуктивные клетки, которые существуют в двух формах: сперматозоиды и яйцеклетки. С другой стороны, диплоидные клетки — это все типы клеток человеческого тела, за исключением половых клеток. Примеры диплоидных клеток включают клетки мышц, крови и кожи.

Результаты изучения онкогенных потенций медицинских клеточных препаратов на иммунодефицитных мышах

Н.В. Андронова, Н.Т. Райхлин, Е.М. Трещалина, Н.В. Шалунова, А.Ю. Барышников
РОНЦ им. Н.Н. Блохина; ФГУН ГИСК им. Л.А. Тарасевича Роспотребнадзора РФ

Резюме
В работе дан краткий обзор показаний к применению медицинских иммунобиологических препаратов (МИБП) и описана методика изучения онкогенных потенций (туморогенности) на иммунодефицитных мышах Balb/c nude разведения РОНЦ им. Н.Н. Блохина 6-ти новых клеточных препаратов, предназначенных для клинического применения: 2-х культур диплоидных клеток человека, полученных из легкого эмбриона (штаммы ЛЭЧ 4/81 и MRC-5), 1-й культуры фибробластов (штамм cmbt-F), 1-й новой противоопухолевой вакцины «Мелавак» из культуры γ-облученных клеток меланомы человека Mel Kor, 2-х препаратов культур аутологичных хондропрогениторных клеток из МСК, иммобилизованных в трехмерных матриксах (скаффолдах) коллагеновых или из орто-полимолочной кислоты (OPLA), и одного имплантата-носителя из пористого титана, предназначенного для иммобилизации ЛАК человека. Показано, что мыши Balb/c nude пригодны для изучения туморогенности современных иммунобиологических препаратов. Сделаны выводы об отсутствии туморогенности у всех изученных агентов. Выбор в качестве отрицательного контроля адекватной культуры опухолевых клеток позволяет верифицировать опухолевый процесс. Визуальная и патоморфологическая оценка патологических изменений в зонах имплантации и возможной локализации метастазов клеточного материала или его носителя дает возможность выявить признаки реактивного воспаления для дифференциальной диагностики со специфическим поражением. Носители клеточного материала любого происхождения провоцируют пролиферацию соединительно-тканных элементов хозяина, на фоне которой трудно достоверно верифицировать жизнеспособные потенциально злокачественные клетки, что требует более длительного наблюдения и повторной морфологической верификации.

Ключевые слова: онкогенные потенции, медицинские клеточные препараты, иммунодефицитные мыши.

N.V. Andronova, N.T. Raichlin, H.M. Treshalina, N.V. Shalunova, A.Yu. Baryshnikov
Blokhin Cancer Research Center, Russia, Moscow; Federal State Institutions, State Research Institute for standardization and control of medical biological preparations named of L.A. Tarasevich

Abstract
It was presented a short observation of the medical prescription for different medical immunobiology preparations, and described the methods of investigation tumorigenicity potency on genetically immunocompromise Balb/c nude mice breaded in Blokhin’s Russian Cancer Center cell for new 6 cell preparation and one matrix for cell cultures, recommended to medical employment. There are the results of tumorigenicity testing of two human diploid karyotype cell lines, obtained from lung of embryo (LACH 4/81 and MRC-5), one cell culture of fibroblasts (cmbt-F), one new anticancer vaccine «Melavak» from the X-ray radiated cell culture of human melanoma Mel Kor, two cultures of autological chondroprogenicity cell from human MSC immobilized in triplet matrix (scaffolds) with collagen, OPLA, or porous titan, recommended for human LAC. It was shown, that Balb/c nude mice are adequate for tumorigenicity investigation of present cell preparations as the biological products. All tested preparations there are non-tumorigenic. Conclusion contains, that the choice of adequate cancer cell culture is the good as the negative control for verification of results. Visual and morphological characteristics of implantation zones or lymphatic metastases sites give a possibility to real such side effects as the reactive inflammation for different diagnostic of specific cancer pathology. Different scaffolds possess the sclerosis process around which could be no possibility to verify the life malignant cells because the observation period has to be longer with repeated morphological control.

Key words: tumorigenicity, medical cell preparations, immunodeficient Balb/c nude mice.

---

Введение

В последние годы в России принят ряд важных правительственных решений по вопросам развития высокотехнологичных видов медицинской помощи, среди которых открытие новых криобанков для клеточных культур, основы клеточных медицинских иммунобиологических препаратов (МИБП) [18]. Предпосылкой этому были разработки и успешное применение многих клеточных препаратов на основе различных функционально активных клеток [4,5,8,19,25,26,30,31,35]. МИБП проявляют регуляторно-репаративное и иммуностимулирующее действие, ориентированное на различные терапевтические цели. Соответственно свойствам МИБП используются для посттравматической реконструкции тканей [3,4], тканевой инженерии крупных сосудов [5,24,27], лечения инсулин-зависимого сахарного диабета [1,2,25,41], производства противоинфекционных или противоопухолевых вакцин и/или для заместительной терапии [11,23,39,41].

На доклинической стадии изучаются мезенхимальные и эмбриональные стволовые клетки (МСК, ЭСК), способные к переживанию in vivo [7,23,29]. Поскольку имплантаты из культур клеток in vivo достаточно уязвимы для иммунологического надзора хозяина, разрабатываются методы иммобилизации с использованием различных матриксов в виде близких к структуре губчатой кости микро- или трехмерных капсул (скаффолдов), в том числе из металлов [18,26,33-36,38]. Однако при этом возрастает опасность малигнизации клеток внутри «скаффолда» in vivo, не только в результате исключения иммунной реакции на атипичные клетки, но и по причине реставрации исходного клеточного фенотипа. Морфологические исследования срезов могут выявить возможную атипию, но только в мягких материалах. Канцерогенная или мутагенная активность некоторых металлов (никель или хром) известны, а онкогенные потенции современных пористых материалов из других металлов, например, титана, не изучены [16].

Применение новых МИБП невозможно без доклинического изучения их безопасности, что регламентировано рядом документов [13-15]. Одним из обязательных разделов доклинического изучения МИБП является определение онкогенных потенций или туморогенности, т.е. способности вызывать развитие злокачественной опухоли. Для выявления этого побочного действия на доклиническом этапе в настоящее время используются различные методики, наиболее достоверной из которых является подкожная (п/к) имплантация клеточного препарата мышам, лишенных трансплантационного иммунитета. Среди рекомендованных для изучения туморогенности животных – обычные иммунокомпетентные мыши, депрессированные классическими иммунодепрессантами (циклоспорином, азатиоприном, имураном, циклофосфаном, антилимфоцитарной, антитимоцитарной сыворотками или антилимфоцитарным иммуноглобулином), или наследственные иммунодецифитные мыши (ИДМ), полученные нокаутированием генов, ответственных за трансплантационный иммунитет. Обычные иммунокомпетентные мыши дешевле и не требуют особых условий содержания, но биологически не вполне адекватны для современных МИБП. Но применение депрессанта создает не длительную, а временную иммуносупрессию, что не дает возможности достоверно оценить отдаленные проявления туморогенности, особенно при изучении иммобилизованных или инкапсулированных на носителях препаратов с отсроченным эффектом [28,31,42]. Кроме того, наличие индуцированной системной иммуносупрессии, подавляющей все иммунные клеточные реакции, не дает возможности выявить пролиферативную активность клеток в лимфатических узлах (мишенях возможного метастазирования) и дифференцировать ее от воспалительных изменений при применении нестерильных объектов. ИДМ биологически интактны, т.к. не подвергаются экзогенным иммунодепрессивным воздействиям и вследствие этого могут давать адекватный биологический ответ на наличие туморогенности, как в отношении опухолевого узла, так и диссеминации процесса [42]. Важно то, что в качестве контроля в опытах на ИДМ параллельно используется группа животных, которым имплантируется такое же количество раковых клеток с близким к исследуемому препарату гистогенезом из доступных коллекций культур клеток [9,21], что дает возможность иметь доказательный отрицательный результат.

Для подтверждения значимости указанной модели с использованием ИДМ при изучении онкогенных потенций МИБП различного происхождения, состава и назначения было предпринято настоящее исследование. В исследование включены МИБП интактные, в том числе нестерильные, и иммобилизованные на различных носителях, включая скаффолды из пористого титана.

Цель исследования – на иммунодефицитных мышах Balb/c nude оценить результативность выявления онкогенных потенций современных иммунобиологических препаратов, предназначенных для клинического применения.

Задачи исследования включали составление плана экспериментального исследования для каждого МИБП или иммобилизующего объекта; выбор адекватной культуры опухолевых клеток для группы контроля; выявление признаков опухолевого роста или метастазирования и контроль скорости роста пальпируемых новообразований при визуальном наблюдении места имплантации/инокуляции; выявление морфологических признаков опухолевого роста или метастазирования в месте имплантации/инокуляции и области регионарного и отдаленного метастазирования, а также выявление визуальных и патоморфологических признаков реактивного воспаления в зонах возможной локализации метастазов и дифференциальная диагностика со специфическим поражением.

Материалы и методы исследования

Животные. Для экспериментов использованы конвенциональные 6-8 нед. мыши-самки Balb/c nude массой тела 19-21 г из разведения РОНЦ им. Н.Н. Блохина, которых содержали в специализированном кондиционированном отсеке (2 зоны) на стерильных бумажной подстилке, экструдированном корме («МЭСТ», РФ) и питьевой воде. В каждой группе было 60-70 мышей, которых делили на 2 группы по 30-35 особей (группа опыта и группа контроля). В опытную группу входили мыши, которым однократно подкожно выполняли инъекцию по 1,0 млн. исследуемого клеточного препарата или подшивали один скаффолд – имплантат-носитель (ИН) пустой или содержащий 1,0 млн. исследуемых клеток. Для групп контроля культуры опухолевых клеток человека получали из Банка опухолевых штаммов РОНЦ [10] или из Российской коллекции клеточных культур [21] и вводили мышам однократно подкожно по 1,0 млн. клеток. Контролем для препаратов, полученных из легкого эмбриона человека, служила линия клеток рака легкого человека А-549; для препаратов, полученных из фибробластов или МСК, – линия клеток рака кожи человека А-431 [10], для вакцины «Мелавак» – исходная культура клеток меланомы человека Mel Kor [17]. До перевивки по прижизненной окраске трипановым синим определено 98% живых клеток в культуре.

Изученные агенты. Всего изучено 7 образцов. Среди них 4 нативных клеточных препарата, в том числе 2 культуры диплоидных клеток человека, полученных из легкого эмбриона (штаммы ЛЭЧ 4/81 [9] и MRC-5 [34]), 1 культура фибробластов (штамм cmbt-F [40]), 1 новая противоопухолевая вакцина «Мелавак» из культуры клеток меланомы человека Mel Kor, подвергнутых ионизирующему облучению [16], 2 препарата культуры аутологичных хондропрогениторных клеток из МСК, иммобилизованных в трехмерных скаффолдах коллагеновых или OPLA [22], а также ИН из пористого титана, предназначенные для иммобилизации лимфокинактивированных клеток человека (ЛАК) [6,20].

1. Штамм ЛЭЧ 4/81. Медицинский иммунобиологический препарат «Культуры клеток диплоидных человека для заместительной терапии» (ККДЧ) представляет собой культуру диплоидных клеток легкого эмбриона человека ЛЭЧ 4/81 (Спецификация ATCC на CCL 5; ECACC 89111004; ЕСКК. LECH-4), которая получена однократно в Екатеринбургском НИИ вирусных инфекций МЗ РФ в 1972 г. Препарат представляет собой морфологически однородную популяцию клеток с ограниченным сроком жизни, определенного тканевого происхождения, имеющих частичную дифференцировку, по фенотипу – фибробластоподобную. Культура клеток сохраняет стабильный кариотип (2n не менее 75% клеток), лишена антигенов гистосовместимости (HLA). В предварительных опытах на обычных мышах, обработанных антитимоцитарной сывороткой (СП 3.3.2.561-96), установлено отсутствие туморогенности. Клеточная 3-4-суточная культура на 10 пассаже в лекарственной форме с концентрацией 50-100 тыс. клеток в 1 мл/см² рекомендована для лечения глубоких поражений кожных и слизистых покровов. Препарат производится ООО Компании «Медицина и биотехнологии» (Екатеринбург).

2. Штамм MRC-5. Линия диплоидных клеток человека MRC-5 представляет собой клеточную взвесь и является субстратом для производства вакцины против краснухи. MRC-5 получена из легкого эмбриона человека (автор Дж.П. Джекобс, 1966 г.) и закуплена на 14 пассаже в АТСС (спецификация ATTC на ССL-171). Исследование выполнено с 23 пассажем MRC-5, последние 3 пассажа велись без добавления антибиотика. Препарат производится ФГУП НПО «МИКРОГЕН» МЗ РФ (Москва).

3. Штамм cmbt-F/7. Субстанция клеточной культуры диплоидных фибробластов человека cmbt-F/7 является суспензией живых, функционально активных клеток, обладающих выраженным регуляторно-репаративным действием, с пролонгированным до 7 дней эффектом, связанным с переживанием клеток. Культура представлена морфологически однородной популяцией пластик-адгезивных веретенообразных клеток (индекс пролиферации ≥2), предварительно культивированную на искусственных питательных средах, стерильную. Клетки экспрессируют человеческие аллели главного комплекса гистосовместимости и синтезируют коллаген I и II типа. Сmbt-F/7 обладает ранозаживляющим действием, стимулирует рост новых микрососудов, улучшая трофику тканей, стимулирует регенерацию поврежденных тканей кожи, слизистых оболочек. Препарат производится ООО «Центр медико-биологических технологий – ЦМБТ-Лабораторис» (Москва).

4. Вакцина «Мелавак» представляет собой клеточную линию меланомы человека Мel Kor, стабильно трансфецированную человеческим геном ГМ-КСФ, имеет генетическую конструкцию: вектор pBK – CMV (Clon Tech, США) со встроенной к ДНК ГМ-КСФ человека. Вид трансфекции – стабильная, интегрированная. Метод трансфекции – липофекция, при помощи набора Unifectin 56. Уровень трансфекции – 100%. Количество секретируемого ГМ-КСФ клетками – 78,1-84,0 нг / 1 млн. клеток / 24 часа. Перед введением животным вакцина инактивирована на γ-установке АГАТ-Р облучением в дозе 100 гр. Вакцина предназначена для клинического изучения у больных меланомой кожи в качестве средства иммунотерапии, производится РОНЦ им. Н.Н. Блохина.

5-6. Иммобилизованная культура дифференцированных МСК. Хондропрогениторные клетки человека получены из МСК, выделенных в результате липосакции из подкожно-жировой клетчатки пациентов по оригинальной методике [23]. Митотический индекс для каждой популяции клеток не менее 1х10⁶. Направленная дифференцировка МСК в хондропрогениторные клетки выполнена с помощью TGFβ1 100 нг/мл в дифференцировочной среде DMEM-LG с антибиотиками без сыворотки. Клетки трипсинизированы и подсчитаны, через 3 нед. фиксированы и окрашены толуидиновым синим, сафронином О, alcian blue. Для культивирования использован внеклеточный матрикс (ВМ), представляющий собой природную подложку для тканевого развития и репарации тканей. Для получения трехмерной структуры использованы продажные (РФ, Германия) матриксы коллагеновые или на основе OPLA, которые насыщались полученной культурой клеток. ТТИ стерильны, переданы на исследование в физиологическом растворе хлористого натрия в центрифужных пробирках объемом 15 мл. После извлечения из среды ТТИ готов для трансплантации. Препарат произведен в ООО «Институт стволовой клетки» (Москва).

7. Имплантаты-носители из пористого титана для ЛАК. Имплантат-носитель (ИН) представляет собой пористый титан, полученный из спеченного титанового порошка. После спекания порошинки образуют упругий прочный каркас с открытыми порами размером от 50 до 200 мкм, подобно губчатому веществу бедренной кости человека. ИН производится ООО «Центр информационно-клеточной медицины» (г. Москва).

Оценка онкогенных потенций. Исследования выполнены в соответствии с методическими указаниями [14]. Визуальный контроль места имплантации/инокуляции и признаков реактивного воспаления за опытными и контрольными группами мышей производился в течение 21 с. в случае нативного препарата и 56 дней в случае иммобилизованного на носителе. В процессе наблюдения регистрировали общее состояние мышей и следили за развитием каких-либо опухолевых проявлений в месте инокуляции визуально и путем многократной пальпации места введения и заинтересованных лимфатических узлов. Одновременно следили за динамикой роста опухоли под кожей у мышей по измеримым узлам, для чего многократно измеряли объем пальпируемых образований, вычисляли средний объем и рассчитывали доверительный интервал для определения скорости роста опухоли. В процессе наблюдения фиксировали гибель мышей от внешних причин, связанных с наличием иммунодефицита. На 21 с. после инокуляции или имплантации тестируемых образцов всех мышей умерщвляли с помощью передозировки эфирного наркоза и подвергали аутопсии. При вскрытии мышей макроскопически оценивали состояние внутренних органов: кожи в месте введения, регионарных подколенных и аксиллярных лимфатических узлов, легких, почек и печени для выявления каких-либо поражений, напоминающих опухоль. Регионарные лимфатические узлы и легкие подвергали гистологическому исследованию. Морфологические признаки опухолевого роста, метастазирования или реактивного воспаления выявляли путем стандартного гистологического исследования материала, который фиксировали в 10% нейтральном формалине, заключали в парафин. Из парафиновых блоков готовили срезы толщиной 5-7 μк и окрашивали гематоксилин-эозином. Препараты просматривали и фотографировали в световом микроскопе «Поливар» (Австрия). В полученных гистологических препаратах оценивали наличие признаков злокачественного роста, а также воспалительных изменений.

Статистическая обработка данных. Использован стандартный метод Стьюдента в модификации Р.Б. Стрелкова для обработки параметров роста пальпируемых опухолей.

Завершение эксперимента. В соответствии с Правилами работы с лабораторными животными выживших животных умерщвляли путем передозировки эфирного наркоза. Трупы погибших или умерщвленных мышей подвергали замораживанию и кремировали в специализированном подразделении РОНЦ.

Результаты и обсуждение

В течение всего периода наблюдения за мышами в области инокуляции или имплантации стерильных нативных клеточных препаратов (ЛЭЧ 4/81, cmbt-F/7, вакцина «Мелавак») каких-либо визуальных или морфологических признаков опухолевого роста в месте введения, внутренних полостях и органах, метастазирования или реактивного воспаления не обнаружено. При визуальном обследовании и многократной пальпации (1 раз в 5 дней) мышей, получивших нестерильный образец 23-го пассажа MRC-5, каких-либо визуальных или морфологических признаков опухолевого роста не обнаружено. Однако у 7 мышей в этой группе при визуальном обследовании обнаружен двусторонний регионарный лимфаденит (подколенные лимфоузлы). Гистологическое исследование выявило лимфаденит в 2-х группах подколенных и аксиллярных лимфоузлов, не дающий возможности оценить истинную картину. При дополнительном исследовании стерильного образца MRC-5 эти изменения отсутствовали.

При изучении иммобилизованных препаратов показано, что в случае использования скаффолдов коллагеновых или OPLA, насыщенных клеточным материалом человека, каких-либо визуальных или морфологических проявлений туморогенности нет. Однако через 4-7 дней начиналось постепенное врастание фибробластов мыши в скаффолд, и к концу наблюдения инокулят оказывался практически вытесненным. Склерозирование микширует реальную картину состояния клеток, в том числе возможную малигнизацию. При использовании ИН из пористого титана пустых или насыщенных ЛАК признаков туморогенности также не выявлено, однако интенсивная реакция соединительно-тканных элементов мыши даже на пустые носители была более резко выражена.

Для выяснения судьбы попавших в зоны склерозирования имплантированных клеток ИН были подшиты в брюшную полость обычных мышей, и оказалось, что в прослойках соединительной ткани находится большое количество жизнеспособных клеток с митозами. Рост опухолей человека у мышей контрольных групп после инокуляции 1 млн. клеток на мышь был стандартным по срокам появления и скорости роста пальпируемых подкожных узлов, но при неполной прививаемости: в случае А-549 опухоли появились у 68-71% мышей, в случае А-431 – у 43-46% животных. Исключение составила культура клеток Mel Kor, которая дала 100%-ную прививаемость. Морфологическое исследование подтвердило развитие специфического опухолевого поражения и отсутствие признаков метастазирования для всех использованных контрольных опухолевых культур, что характерно для использованных моделей.

Выводы

1. Иммунодефицитные бестимусные мыши nude удовлетворяют цели изучения онкогенных потенций современных иммунобиологических препаратов, предназначенных для клинического применения.

2. Выбор адекватной культуры опухолевых клеток для группы контроля позволяет верифицировать опухолевый процесс в качестве отрицательного контроля.

3. Визуальная и патоморфологическая оценка патологических изменений в зонах имплантации и возможной локализации метастазов клеточного материала или его носителя дает возможность выявить признаки реактивного воспаления для дифференциальной диагностики со специфическим поражением.

4. Носители клеточного материала любого происхождения провоцируют пролиферацию соединительно-тканных элементов хозяина, на фоне которой трудно достоверно верифицировать жизнеспособные потенциально злокачественные клетки, что требует более длительного периода наблюдения и повторной морфологической верификации.

Литература

1. Беникова Е.А., Турчин И.С., Белякова Л.С. и др. Опыт лечения детей, страдающих сахарным диабетом, при помощи алла- и ксенотрансплантации культуры островковых клеток поджелудочной железы//Проблемы эндокрин. – 1987 г.-№2.-с. 19-22.
2. Блюмкин C.Н., Скалецкий Н.Н., Попов В.Л. и др. Внеселезеночная трансплантация культур островковых клеток поджелудочной железы плодов человека крысам с экспериментальным сахарным диабетом//Бюл. Эксп. Биол. и мед.- 1983 г.-№5.- с. 89-91.
3. Буравкова Л.Б., Капланский А.С., Андреева Е.Р. и соавт. Особенности формирования костной мозоли у крыс после введения в область перелома мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток, культивированных при различном содержании кислорода//Клет. Транспл.- 2009 г.-сен.-т.IV.-№3.-стр. 52-57.
4. Григорян А.С., Гилерович Е.Г., Павличенко Н.Н. и соавт. Влияние трансплантации мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток на посттравматические процессы при экспериментальной травме головного мозга//Клет. Транспл.-2009 г.-сен.-т.IV.-№3.-стр. 58-67.
5. Григорян А.С., Кругляков П.В. Применение в тканевой инженерии крупных сосудов трансплантатов на основе аутогенных мононуклеарных клеток костного мозга//Клет. Транспл.- 2009 г.-сен.-т.IV.-№3.-стр. 37-41.
6. Давыдов М.И., Нормантович В.А., Киселевский М.В. и соавт. Адоптивная иммунотерапия при опухолевых плевритах. Клинико-лабораторное исследование//Российский онкологический журнал.-2000.-№6.-стр. 14-17.
7. Донцов В.И., Чернилевский В.Е. Пересадка эмбриональных клеток: новые возможности в биологии и медицине//Ж. Профилактика старения.-2001 г.-вып.4.-стр. 78-84.
8. Зорин В.Л., Зорина А.И., Черкасов В.Р. Анализ зарубежного рынка регенеративной медицины//Клет. Транспл.- 2009 г.-сен.-т.IV.-№3.-стр. 68-78.
9. Кармацких О.Л., Ерофеев С.А., Кононович Н.А. и cоавт. Опыт использования иммунологического препарата диплоидной клеточной культуры ЛЭЧ-4 (81) для замещения локального дефекта костной ткани длинных трубчатых костей собак// Гений ортопедии: научно-теоретический и практический журнал.–2006.–N1.–С. 17-21. – ISSN 1028-4427.
10. Трещалина Е.М., Ревазова Е.С., Соловьев Ю.Н. и соавт. Коллекция опухолевых штаммов человека.-под ред. акад. РАН и РАМН, засл. деятеля науки РФ, проф., д.м.н. М.И. Давыдова// М.-«Практическая медицина», С. 233.
11. Комиссаренко В.П., Турчин И.С., Комиссаренко И.В. и др. Трансплантация культуры островковых клеток поджелудочных желез плодов человека и животных как метод лечения сахарного диабета//Врач. Дело.-1983 г.-№4.-с. 52-56.
12. Кругляков П.В., Григорян А.С. Рецензия на книгу «Биология стволовых клеток и клеточные технологии» под редакцией М.А. Пальцева//Клет. Транспл.-2009 г.-сен.-т.IV.-№3.-стр. 79-80.
13. Методические указания «Выделение, культивирование и контроль штаммов диплоидных клеток». Одобрено Советом ГИСК им. Л.А. Тарасевича МЗ СССР, протокол №14 от 29.09.1978 г. МЗ СССР.-М.-1979 г.-стр. 37.
14. Методические указания «Аттестация перевиваемых клеточных линий – субстратов производства и контроля медицинских и иммунобиологических препаратов».-РД-42-28-10-89.-МЗ СССР.-М.-1989 г.-стр. 10-21.
15. Методические указания «Доклинические испытания новых медицинских иммунобиологических препаратов. Основные положения». РД42-28-8-89.-МЗ СССР.-М.-1989 г. С. 26.
16. Авцын А.Б.М. Микроэлементы человека: этиология, классификация, органопатология. //Медицина, 1991 г., С.496 с.
17. Михайлова Л.М., Ермакова Н.П., Меркулова И.Б. Исследование туморогенности противоопухолевой вакцины мелавак//Российский биотерапевтический журнал.-2007 г.-№1.-т.6.-стр. 60-61.
18. Новиков И.И. Морфологические изменения губчатого вещества кости после его трансплантации под фиброзную капсулу почки//Архив анатомии, гистологии и эмбриологии.-1972 г.-№1.-с. 31-37.
19. Панарин Е.Ф., Нудьга П.А., Петрова В.А. и соавт. Матрицы для культивирования клеток кожи человека на основе природных полисахаридов – хитина и хитозана//Клет. Транспл.-2009 г.-сен.-т.IV.-№3.-стр. 42-46.
20. Панин А.М., Иванов С.Ю., Нури Ф. и соавт. Морфологическое изучение тканевых реакций на подкожную имплантацию биоматериалов//Биомедицинская технология. (Репродукция тканей и биопротезирование).-2001.-№17.-стр. 55-63.
21. Полянская Г.Г. и соавт. //Российская коллекция клеточных культур, Коллекция: ATCC CCL 185; ECACC 86012804, НИИ вирусологии РАМН; НИИ гриппа РАМН; ИНЦ РАН.-J.Natl.Cancer Inst. 1973. 51: 14171423; Int. J. Cancer 1976. 17: 6270; Tissue Antigens 1978. 11: 279.
22. Путин В.В. О единой национальной системе высокотехнологичной медицинской помощи. Порядок открытия новых медицинских центров, лабораторий, криобанков в России Стенографический отчёт о совещании по вопросам развития высокотехнологичных видов медицинской помощи http://www.biocells.ru/vip-money-5-5.html.
23. Тепляшин А.С., Коржикова С.В., Шарифуллина С.З., Ростовская М.С., Чупикова Н.И., Васюнина Н.Ю., Андронова Н.В., Трещалина Е.М., Савченкова И.П. //Дифференцировка мультипотентных мезенхимных стромальных клеток костного мозга человека в клетках хрящевой ткани при культивировании их в трехмерных матриксах OPLA.-Ж.Цитология.-2007 г.-т.49.-№7.-стр. 544-551.
24. Трансплантология: Руководство.- под ред. В.И. Шумакова. -М.-Медицина.- 1995 г.-С. 391.
25. Шумаков В.И., Блюмкин В.Н., Скалецкий Н.Н. и соавт. Трансплантация культур островковых клеток поджелудочной железы (очерки)//М.-Медицина.- 1994 г.-С. 384.
26. Третьяк С.И. Длительное сохранение жизнеспособности аллогенных тканей в сосудах и сердце реципиента (экспериментальное исследование)//Автореф. дисс. докт. мед. наук.-Минск, 1996 г.- С. 33.
27. Третьяк С.И., Прохоров А.В., Глинник А.А. Отдаленные результаты ксенотрансплантации макроинкапсулированной культуры островковых клеток поджелудочной железы//Трансплантология.-2004 г.-т.7-№3.-с. 364-366.
28. Трещалина Е.М., Андронова Н.В. Райхлин Н.Т. Изучение онкогенных потенций различных иммунобиологических препататов на иммунодефицитных мышах Российский биотерапевтический журнал.-Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Отечественные противоопухолевые препараты».-М.-2009 г.-№2.-стр. 22.
29. Appel J.Z., Alwayn J.P.N., Cooper D.K.C. Xenotransplantation: the challenge to current psychological attitudes// Progress in Transplantation – 2000-Vol. 10-№4-p 217-225.
30. Abbas A.K., Murphy K.M, Sher A. Functional diversity of helper T lymphocytes//Nature – 1996 – №383 – p1059-1066.
31. Badet L., Titus T. et al. The interaction between rpimate blood and mouse islets induces accelerated clotting with islet destruction//Xenjtransplantation.-2002.-№9.-Issue 2.-p.91.
32. Brunetti P., Basta G. et al. Immunoprotection of pancreatic islet grafts within artificial microcapsules//Int.J.Artif.Organs-1991-№14-p.789-791.
33. De Vos P., Wolters G.H. et al. Obstacles in the application of microencapsulation in islet transplantation// Int. J. Artif. Organs-1993-№16-p205-212.
34. De Vos P., De Haan B.J. et al. Association between capsule diameter, adequacy of encapsulation and survival of microencapsulated rat islet allografts//Transplantation – 1996 – №62 – P. 893-899.
35. Jacobs J.P., Jones C.M., Baille J.P. Characteristics of a human diploid cells designated MRC-5//Nature.-1970.-v.227.-p. 168-170.
36. Juang J.H., Bonner-Weir S., Vacantu J.P. et al. Outcome of subcutaneous islet transplantation improved by a polymer device//Transpl. Proc. – 1995-№27-p. 3215-3216.
37. Lanza R.P., Hayes J.L., Chic W.L. Encapsulated cell technology// Biotechnology-1996-N14-p. 1107-1111.
38. Prevost P., Flori S. et al. Application of AN 69 hydrogel to islet encapsulation. Evaluation in streptozotocin-induced diabetic rat model//Ann. NY Acad. Sc.-1997-Vol.831.-Issue 1-p. 344-349.
39. Rayat G.R., Rajotte R.V., Korbutt G.S. Potential application of neonatal porcine islets as treatment for type 1 diabetes: a review//Ann NY Acad. SCI.-1999-№875-p. 75-188.
40. Rogers SA, Chen F, Talcott M, Liapis H, Hammerman MR. Glucose tolerance normalization following transplantation of pig pancreatic primordia into non-immunosuppressed diabetic ZDF rats//Transpl. Immunol.-2006.-Nov.-v.16.-№3-4.-р. 176-184.
41. Stevens R.B., Matsumoto S., Marsh C.L. Is islet transplantation a realistic therapy for the treatment of type 1 diabetes in the near future//Clinical Diabetes-200 l-№19-p. 51-60.
42. Todo S., Fung J.J. et al. Liver, kidney and thoracic organ transplantation under FK506//Ann. Surg.-1990-№212-p. 295-305.

Плоидность — Ploidy — qaz.wiki

Количество наборов хромосом в клетке

Гаплоидный набор, состоящий из единственного полного набора хромосом (равного моноплоидному набору), как показано на рисунке выше, должен принадлежать к диплоидному виду. Если гаплоидный набор состоит из двух наборов, он должен быть тетраплоидного (четыре набора) вида.

Плоидность ( л ɔɪ d I / ) есть число полных наборов хромосом в клетке , и , следовательно , число возможных аллелей для аутосомных и pseudoautosomal генов . Соматические клетки , ткани и отдельные организмы можно описать по количеству наборов присутствующих хромосом («уровень плоидности»): моноплоидные (1 набор), диплоидные (2 набора), триплоидные (3 набора), тетраплоидные (4 набора). ), pentaploid (5 комплектов), гексаплоидные (6 комплектов), heptaploid или septaploid (7 комплектов) и т.д. общий термин полиплоидный часто используются для описания клеток с тремя или более наборами хромосом.

Практически все организмы, размножающиеся половым путем , состоят из соматических клеток, которые являются диплоидными или более крупными, но уровень плоидности может широко варьироваться между разными организмами, между разными тканями внутри одного и того же организма и на разных этапах жизненного цикла организма. Половина всех известных родов растений содержит полиплоидные виды, а около двух третей всех трав — полиплоидные. Многие животные одинаково диплоидны, хотя полиплоидия часто встречается у беспозвоночных, рептилий и амфибий. У некоторых видов плоидность варьируется между особями одного и того же вида (как у социальных насекомых ), а у других целые ткани и системы органов могут быть полиплоидными, несмотря на то, что остальная часть тела является диплоидной (как в печени млекопитающих ). Для многих организмов, особенно растений и грибов, изменение уровня плоидности между поколениями является основным фактором видообразования . У млекопитающих и птиц изменения плоидности обычно фатальны. Однако есть свидетельства полиплоидии организмов, которые теперь считаются диплоидными, что позволяет предположить, что полиплоидия внесла свой вклад в эволюционную диверсификацию растений и животных через последовательные раунды полиплоидизации и редиплоидизации.

Люди — диплоидные организмы, несущие в своих соматических клетках два полных набора хромосом: один набор из 23 хромосом от отца и один набор из 23 хромосом от матери. Эти два набора вместе обеспечивают полный набор из 46 хромосом. Это общее количество отдельных хромосом (с учетом всех полных наборов) называется номером хромосомы . Количество хромосом в одном полном наборе хромосом называется моноплоидным числом ( x ). Гаплоидное число ( п ) относится к общему количеству хромосом , найденным в гаметах (а сперма или яйцо клетки получают путем мейозом в процессе подготовки к половому размножению). В нормальных условиях гаплоидное число составляет ровно половину общего числа хромосом, присутствующих в соматических клетках организма. Для диплоидных организмов моноплоидное число и гаплоидное число равны; у человека оба равны 23. Когда человеческая половая клетка подвергается мейозу, диплоидный 46-хромосомный комплемент разделяется пополам с образованием гаплоидных гамет. После слияния мужской и женской гамет (каждая из которых содержит 1 набор из 23 хромосом) во время оплодотворения , полученная зигота снова имеет полный набор из 46 хромосом: 2 набора из 23 хромосом.

Этимология

Термин плоидность является обратно-образованием из гаплоидии и диплоидности . «Плоид» — это комбинация древнегреческих -πλόος (-plóos, «-сложить») и -ειδής (- eidḗs ), от εἶδος ( eîdos , «форма, подобие»). Основное значение греческого слова ᾰ̔πλόος (haplóos) — «единичный», от ἁ- (ха-, «один, тот же»). διπλόος ( диплоос ) означает «дуплекс» или «двойной». Следовательно, диплоид означает «дуплексный» (сравните «гуманоидный», «человеческий»).

Польский ботаник Страсбургер ввел термины гаплоидный и диплоидный в 1905 г. Некоторые авторы предполагают , что Страсбургер на основе условий на Вейсман концепции «s ид (или зародышевой плазмы ), следовательно , гаплоидный и диплоидный . Эти два термина были перенесены в английский язык с немецкого через перевод Уильяма Генри Ланга 1908 года учебника 1906 года, сделанный Страсбургером и его коллегами.

Виды плоидности

Гаплоид и моноплоид

Сравнение полового размножения у преимущественно гаплоидных организмов и преимущественно диплоидных организмов.

1) Гаплоидный организм находится слева, а диплоидный организм — справа.
2 и 3) гаплоидное яйцо и сперматозоид, несущие доминантный ген пурпурного и рецессивный ген синего соответственно. Эти гаметы производятся простым митозом клеток зародышевой линии.
4 и 5) Диплоидный сперматозоид и яйцеклетка, несущие рецессивный ген синего и доминантный ген пурпурного, соответственно. Эти гаметы продуцируются мейозом, который вдвое уменьшает количество хромосом в диплоидных половых клетках.
6) Кратковременное диплоидное состояние гаплоидных организмов, зигота, образованная объединением двух гаплоидных гамет во время секса.
7) Диплоидная зигота, только что оплодотворенная слиянием гаплоидной яйцеклетки и сперматозоидов во время секса.
8) Клетки диплоидной структуры быстро подвергаются мейозу с образованием спор, содержащих мейотически уменьшенное вдвое число хромосом, восстанавливая гаплоидию. Эти споры экспрессируют либо доминантный ген матери, либо рецессивный ген отца и продолжают митотическое деление, чтобы построить новый полностью гаплоидный организм.
9) Диплоидная зигота продолжает митотическое деление, чтобы построить новый полностью диплоидный организм. Эти клетки обладают как пурпурным, так и синим генами, но экспрессируется только пурпурный ген, поскольку он доминирует над рецессивным синим геном.

Термин гаплоид используется с двумя различными, но связанными определениями. В самом общем смысле гаплоид относится к количеству наборов хромосом, обычно обнаруживаемых в гамете . Поскольку две гаметы обязательно объединяются во время полового размножения, чтобы сформировать единую зиготу, из которой генерируются соматические клетки, здоровые гаметы всегда обладают ровно половиной наборов хромосом, обнаруженных в соматических клетках, и, следовательно, «гаплоидный» в этом смысле означает наличие точно половина набора хромосом в соматической клетке. Согласно этому определению, организм, чьи гаметические клетки содержат одну копию каждой хромосомы (один набор хромосом), может считаться гаплоидным, в то время как соматические клетки, содержащие две копии каждой хромосомы (два набора хромосом), являются диплоидными. Эта схема диплоидных соматических клеток и гаплоидных гамет широко используется в животном мире и ее проще всего проиллюстрировать схемами генетических концепций. Но это определение также учитывает гаплоидные гаметы с более чем одним набором хромосом. Как указано выше, гаметы по определению гаплоидны, независимо от фактического количества наборов хромосом, которые они содержат. Например, организм, чьи соматические клетки являются тетраплоидными (четыре набора хромосом), будет производить гаметы посредством мейоза, содержащие два набора хромосом. Эти гаметы все еще можно назвать гаплоидными, даже если они численно диплоидны.

Альтернативное использование определяет «гаплоид» как наличие одной копии каждой хромосомы, то есть одного и только одного набора хромосом. В этом случае ядро эукариотической клетки считается гаплоидным, только если оно имеет один набор хромосом , каждая из которых не является частью пары. В более широком смысле клетку можно назвать гаплоидной, если ее ядро ​​имеет один набор хромосом, а организм можно назвать гаплоидным, если клетки его тела (соматические клетки) имеют один набор хромосом на клетку. Таким образом, согласно этому определению гаплоид не может использоваться для обозначения гамет, продуцируемых тетраплоидным организмом в приведенном выше примере, поскольку эти гаметы численно диплоидны. Термин « моноплоид» часто используется как менее неоднозначный способ описания одного набора хромосом; согласно этому второму определению гаплоид и моноплоид идентичны и могут использоваться как взаимозаменяемые.

Гаметы ( сперматозоиды и яйцеклетки ) — гаплоидные клетки. Гаплоидные гаметы, продуцируемые большинством организмов, объединяются, образуя зиготу с n парами хромосом, т.е. всего 2 n хромосомами. Хромосомы в каждой паре, одна из которых происходит из сперматозоидов, а другая из яйцеклетки, называются гомологичными . Клетки и организмы с парами гомологичных хромосом называют диплоидными. Например, большинство животных диплоидны и производят гаплоидные гаметы. Во время мейоза количество хромосом предшественников половых клеток уменьшается вдвое путем случайного «выбора» одного члена каждой пары хромосом, в результате чего образуются гаплоидные гаметы. Поскольку гомологичные хромосомы обычно различаются генетически, гаметы обычно отличаются друг от друга генетически.

Все растения, многие грибы и водоросли переключаются между гаплоидным и диплоидным состоянием, причем одна из стадий преобладает над другой. Это называется смена поколений . Большинство грибов и водорослей гаплоидны на основной стадии своего жизненного цикла, как и некоторые примитивные растения, такие как мхи . Недавно появившиеся растения, такие как голосеменные и покрытосеменные, проводят большую часть своего жизненного цикла в диплоидной стадии. Большинство животных диплоидны, но самцы пчел , ос и муравьев — гаплоидные организмы, потому что они развиваются из неоплодотворенных гаплоидных яиц, а самки (рабочие и королевы) диплоидны, что делает их систему гаплодиплоидной .

В некоторых случаях есть свидетельства того, что n хромосом в гаплоидном наборе возникли в результате дупликаций изначально меньшего набора хромосом. Это «базовое» число — количество изначально уникальных хромосом в гаплоидном наборе — называется моноплоидным числом , также известным как основное или кардинальное число , или фундаментальное число . Например, считается , что хромосомы мягкой пшеницы произошли от трех различных видов-предков, каждый из которых имел 7 хромосом в гаплоидных гаметах. Таким образом, моноплоидное число равно 7, а гаплоидное число — 3 × 7 = 21. Обычно n кратно x . Соматические клетки в растении пшеницы имеют шесть наборов из 7 хромосом: три набора из яйца и три набора из сперматозоидов, которые слились, чтобы сформировать растение, давая в общей сложности 42 хромосомы. В качестве формулы для пшеницы 2 n  = 6 x  = 42, так что гаплоидное число n равно 21, а моноплоидное число x равно 7. Гаметы мягкой пшеницы считаются гаплоидными, поскольку они содержат половину генетической информации соматической клетки, но они не моноплоидны, так как все еще содержат три полных набора хромосом ( n  = 3 x ).

В случае пшеницы можно продемонстрировать происхождение гаплоидного числа 21 хромосомы из трех наборов из 7 хромосом. У многих других организмов, хотя количество хромосом могло возникнуть таким образом, это больше не ясно, и моноплоидное число считается таким же, как гаплоидное число. Таким образом, у людей x  =  n  = 23.

Диплоид

Диплоидные клетки имеют две гомологичные копии каждой хромосомы , обычно одну от матери и одну от отца . Все или почти все млекопитающие — диплоидные организмы. Подозреваемые тетраплоидные (обладающие четырьмя наборами хромосом) плоские крысы вискаши ( Tympanoctomys barrerae ) и золотые вискаши ( Pipanacoctomys aureus ) считаются единственными известными исключениями (по состоянию на 2004 г.). Однако некоторые генетические исследования отвергли любой полиплоидизм у млекопитающих как маловероятный и предполагают, что амплификация и дисперсия повторяющихся последовательностей лучше всего объясняют большой размер генома этих двух грызунов. У всех нормальных диплоидных особей есть небольшая часть клеток, демонстрирующих полиплоидию . Человеческие клетки диплоидных имеют 46 хромосом (The соматическое число, 2n ) и гаплоидных человека гаметы (яйцеклетки и сперматозоида) имеют 23 хромосом ( п ). Ретровирусы, которые содержат две копии своего генома РНК в каждой вирусной частице, также считаются диплоидными. Примеры включают человеческий пенистый вирус , человеческий Т-лимфотропный вирус и ВИЧ .

Полиплоидия

Полиплоидия — это состояние, при котором все клетки имеют несколько наборов хромосом, превышающих базовый набор, обычно 3 или более. Конкретные термины: триплоид (3 набора), тетраплоид (4 набора), пентаплоид (5 наборов), гексаплоид (6 наборов), гептаплоид или септаплоид (7 наборов), октоплоид (8 наборов), нонаплоид (9 наборов), декаплоид (10 наборов), ундекаплоид (11 наборов), додекаплоид (12 наборов), тридекаплоид (13 наборов), тетрадекаплоид (14 наборов) и т. д. Некоторые более высокие плоидности включают гексадекаплоид (16 наборов), дотриаконтаплоид (32 набора) и тетрагексаконтаплоид (64 набора). ), хотя греческая терминология может быть отложена для удобства чтения в случаях более высокой плоидности (например, «16-плоидная»). Политенные хромосомы растений и плодовых мух могут быть 1024-плоидными. Плоидность таких систем, как слюнная железа , элайосома , эндосперм и трофобласт, может превышать это значение, вплоть до 1048576 плоидностей в шелковых железах промышленного шелкопряда Bombyx mori .

Наборы хромосом могут быть от одного вида или от близкородственных видов. В последнем случае они известны как аллополиплоиды (или амфидиплоиды, которые представляют собой аллополиплоиды, которые ведут себя так, как если бы они были нормальными диплоидами). Аллополиплоиды образуются в результате гибридизации двух отдельных видов. У растений это, вероятно, чаще всего происходит из-за спаривания мейотически нередуцированных гамет , а не путем диплоид-диплоидной гибридизации с последующим удвоением хромосом. Так называемый треугольник Brassica является примером аллополиплоидии, когда три разных родительских вида гибридизуются во всех возможных парных комбинациях, давая три новых вида.

Полиплоидия обычно встречается у растений, но редко у животных. Даже в диплоидных организмах многие соматические клетки являются полиплоидными из-за процесса, называемого эндоредупликацией , когда дупликация генома происходит без митоза (деления клетки). Крайний уровень полиплоидии встречается у папоротников рода Ophioglossum , гадюки, у которой полиплоидия приводит к тому, что количество хромосом исчисляется сотнями или, по крайней мере, в одном случае, намного больше тысячи.

Полиплоидные организмы могут вернуться к более низкой плоидности путем гаплоидизации .

У бактерий и архей

Полиплоидия является характеристикой бактерии Deinococcus radiodurans и из archaeon Halobacterium Салинарума . Эти два вида обладают высокой устойчивостью к ионизирующей радиации и высыханию , условия , которые вызывают ДНК двунитевых разрывов. Эта устойчивость, по-видимому, обусловлена ​​эффективной гомологичной рекомбинационной репарацией.

Переменная или неопределенная плоидность

В зависимости от условий роста прокариоты, такие как бактерии, могут иметь число копий хромосомы от 1 до 4, и это число обычно является дробным, подсчитывая части хромосомы, частично реплицируемые в данный момент. Это потому, что в условиях экспоненциального роста клетки могут реплицировать свою ДНК быстрее, чем делиться.

У инфузорий макронуклеус называют амплиплоидом , потому что амплифицируется только часть генома.

Миксоплоидия

Миксоплоидия — это случай, когда две клеточные линии, одна диплоидная и одна полиплоидная, сосуществуют в одном организме . Хотя полиплоидия у людей нежизнеспособна, миксоплоидия была обнаружена у живых взрослых и детей. Существует два типа: диплоидно-триплоидная миксоплоидия, при которой некоторые клетки имеют 46 хромосом, а некоторые — 69, и диплоидно-тетраплоидная миксоплоидия, при которой некоторые клетки имеют 46, а некоторые 92 хромосомы. Это основная тема цитологии.

Дигаплоидия и полигаплоидия

Не путать с гаплодиплоидией (где диплоидные и гаплоидные особи относятся к разным полам).

Дигаплоидные и полигаплоидные клетки образуются путем гаплоидизации полиплоидов, т. Е. Вдвое уменьшения состава хромосом.

Дигаплоиды (которые являются диплоидами) важны для селективного разведения тетраплоидных сельскохозяйственных культур (особенно картофеля), потому что отбор происходит быстрее с диплоидами, чем с тетраплоидами. Тетраплоиды можно восстановить из диплоидов, например, путем соматического слияния.

Термин «дигаплоид» был придуман Бендером, чтобы объединить в одном слове количество копий генома (диплоид) и их происхождение (гаплоид). Термин хорошо известен в этом первоначальном смысле, но он также использовался для удвоенных моноплоидов или удвоенных гаплоидов , которые являются гомозиготными и используются для генетических исследований.

Эуплоидия и анеуплоидия

Эуплоидия ( греч. Eu , «истинный» или «даже») — это состояние клетки или организма, имеющего один или несколько наборов одного и того же набора хромосом, возможно, исключая хромосомы, определяющие пол . Например, большинство человеческих клеток имеет по 2 из 23 гомологичных моноплоидных хромосом, всего 46 хромосом. Человеческая клетка с одним дополнительным набором из 23 нормальных хромосом (функционально триплоидная) будет считаться эуплоидной. Эуплоидный кариотип , следовательно, будет кратен гаплоидному числу , которое у человека равно 23.

Анеуплоидия — это состояние, при котором одна или несколько отдельных хромосом нормального набора отсутствуют или присутствуют в количестве, превышающем их обычное количество копий (за исключением отсутствия или наличия полных наборов, что считается эуплоидией). В отличие от эуплоидии, анеуплоидные кариотипы не будут кратны гаплоидному числу. У людей примеры анеуплоидии включают наличие одной дополнительной хромосомы (как при синдроме Дауна , когда у пораженных людей есть три копии хромосомы 21) или отсутствие хромосомы (как при синдроме Тернера , когда у пораженных людей отсутствует Х-хромосома). Анеуплоидным кариотипам присваиваются названия с суффиксом -somy (а не -ploidy , используемый для эуплоидных кариотипов), например трисомия и моносомия .

Гомоплоид

Гомоплоид означает «на том же уровне плоидности», т.е. имеющий одинаковое количество гомологичных хромосом . Например, гомоплоидная гибридизация — это гибридизация, при которой потомство имеет тот же уровень плоидности, что и два родительских вида. Это контрастирует с обычной ситуацией у растений, когда удвоение хромосом сопровождает или происходит вскоре после гибридизации. Точно так же гомоплоидное видообразование контрастирует с полиплоидным видообразованием .

Зигоидия и азигоидия

Зигоидия — это состояние, при котором хромосомы спарены и могут подвергаться мейозу. Зигоидное состояние вида может быть диплоидным или полиплоидным. В азигоидном состоянии хромосомы непарные. Это может быть естественное состояние некоторых бесполых видов или может возникнуть после мейоза. У диплоидных организмов азигоидное состояние — моноплоидное. (См. Ниже о дигаплоидии.)

Особые случаи

Более одного ядра на клетку

В самом строгом смысле плоидность относится к количеству наборов хромосом в одном ядре, а не в клетке в целом. Поскольку в большинстве случаев на каждую клетку приходится только одно ядро, принято говорить о плоидности клетки, но в случаях, когда на клетку приходится более одного ядра, при обсуждении плоидности требуются более конкретные определения. Иногда авторы могут сообщать об общей комбинированной плоидности всех ядер, присутствующих в клеточной мембране синцития , хотя обычно плоидность каждого ядра описывается индивидуально. Например, дикарион гриба с двумя отдельными гаплоидными ядрами отличается от диплоидной клетки, в которой хромосомы имеют общее ядро и могут быть перетасованы вместе.

Уровни родовой плоидности

В редких случаях возможно увеличение плоидности в зародышевой линии , что может привести к полиплоидному потомству и, в конечном итоге, полиплоидным видам. Это важный эволюционный механизм как у растений, так и у животных, известный как главный двигатель видообразования . В результате может оказаться желательным различать плоидность вида или разновидности, размножающейся в настоящее время, и плоидность предка. Число хромосом в наследственном (негомологичном) наборе называется моноплоидным числом ( x ) и отличается от гаплоидного числа ( n ) в организме, который сейчас воспроизводится.

Мягкая пшеница ( Triticum aestivum ) — это организм, в котором x и n различаются. Каждое растение имеет в общей сложности шесть наборов хромосом (два набора, вероятно, были получены от каждого из трех разных диплоидных видов, которые являются его далекими предками). Соматические клетки — гексаплоидные, 2 n  = 6 x  = 42 (где моноплоидное число x  = 7 и гаплоидное число n  = 21). Гаметы гаплоидны для своего вида, но триплоидны, с тремя наборами хромосом, по сравнению с вероятным эволюционным предком, пшеницей еинкорн .

Тетраплоидия (четыре набора хромосом, 2 n  = 4 x ) распространена у многих видов растений , а также встречается у амфибий , рептилий и насекомых . Например, виды Xenopus (африканские жабы) образуют серию плоидности , включающую диплоид ( X. tropicalis , 2n = 20), тетраплоид ( X. laevis , 4n = 36), октаплоид ( X. wittei , 8n = 72) и додекаплоидный ( X. ruwenzoriensis , 12n = 108) вид.

В эволюционных временных масштабах, в которых накапливаются хромосомные полиморфизмы , эти изменения становятся менее очевидными из-за кариотипа — например, люди обычно считаются диплоидами, но гипотеза 2R подтвердила два цикла дупликации всего генома у ранних предков позвоночных.

Гаплодиплоидия

Плоидность также может варьироваться между особями одного и того же вида или на разных стадиях жизненного цикла . У некоторых насекомых он различается по кастам . У людей гаплоидными являются только гаметы, но у многих социальных насекомых , включая муравьев , пчел и термитов , некоторые особи развиваются из неоплодотворенных яиц, что делает их гаплоидными на всю жизнь, даже во взрослом возрасте. У австралийского муравья-бульдога Myrmecia pilosula , гаплодиплоидного вида, гаплоидные особи этого вида имеют одну хромосому, а диплоидные особи имеют две хромосомы. В Entamoeba , то уровень плоидности изменяется от 4 л до 40 л в одной популяции. У большинства растений происходит смена поколений , при этом особи «чередуют» уровень плоидности между различными стадиями их полового жизненного цикла.

Тканевая полиплоидия

В крупных многоклеточных организмах часто встречаются различия в уровне плоидности между различными тканями, органами или клеточными линиями. Поскольку число хромосом обычно уменьшается только в результате специализированного процесса мейоза, соматические клетки тела наследуют и поддерживают число хромосом зиготы путем митоза. Однако во многих ситуациях соматические клетки удваивают количество своих копий за счет эндоредупликации как аспекта клеточной дифференцировки . Например, сердца двухлетних детей содержат 85% диплоидных и 15% тетраплоидных ядер, но к 12 годам пропорции становятся примерно равными, и обследованные взрослые содержат 27% диплоидов, 71% тетраплоидов и 2% октаплоидов. ядра.

Адаптивное и экологическое значение изменчивости плоидности

Продолжаются исследования и дискуссии относительно преимуществ или недостатков пригодности, присущих различным уровням плоидности. Исследование, сравнивающее кариотипы исчезающих или инвазивных растений с кариотипами их родственников, показало, что полиплоидность, в отличие от диплоидной, связана с меньшим риском исчезновения на 14% и повышением вероятности инвазии на 20%. Полиплоидия может быть связана с повышенной энергией и адаптивностью. Некоторые исследования показывают, что отбор с большей вероятностью будет способствовать диплоидии у видов-хозяев и гаплоидии у видов паразитов.

Когда половая клетка с неравномерным числом хромосом подвергается мейозу, хромосомы не могут быть равномерно разделены между дочерними клетками, что приводит к анеуплоидным гаметам. Например, триплоидные организмы обычно стерильны. Из-за этого триплоидия обычно используется в сельском хозяйстве для производства плодов без косточек, таких как бананы и арбузы. Если в результате оплодотворения человеческих гамет образуются три набора хромосом, это состояние называется триплоидным синдромом .

Глоссарий чисел плоидности

Срок	Описание
Число плоидности	Количество наборов хромосом
Моноплоидное число ( x )	Количество хромосом в одном комплекте
Номер хромосомы	Общее количество хромосом во всех совокупностях
Зиготическое число	Количество хромосом в зиготических клетках
Гаплоидное или гаметическое число ( n )	Количество хромосом в гаметах
Диплоидное число	Хромосомный номер диплоидного организма
Тетраплоидное число	Хромосомное число тетраплоидного организма

Картофель обыкновенный ( Solanum tuberosum ) является примером тетраплоидного организма, несущего четыре набора хромосом. Во время полового размножения каждое растение картофеля наследует два набора из 12 хромосом от родительской пыльцы и два набора из 12 хромосом от родительской семяпочки. Комбинация четырех наборов обеспечивает полный набор из 48 хромосом. Гаплоидное число (половина от 48) равно 24. Моноплоидное число равно общему числу хромосом, деленному на уровень плоидности соматических клеток: всего 48 хромосом, разделенных на уровень плоидности 4, равняется моноплоидному числу 12. Следовательно, моноплоидное число (12) и гаплоидное число (24) в этом примере различны.

Однако коммерческие картофельные культуры (как и многие другие культурные растения) обычно размножаются вегетативным способом (путем бесполого размножения посредством митоза), и в этом случае новые особи производятся от одного родителя без участия гамет и оплодотворения, и все потомство генетически идентичны друг другу и родителю, в том числе по количеству хромосом. Родители этих вегетативных клонов все еще могут производить гаплоидные гаметы при подготовке к половому размножению, но эти гаметы не используются для создания вегетативного потомства этим путем.

Конкретные примеры

Список распространенных организмов по количеству хромосом

Разновидность	Количество хромосом	Число плоидности
Уксус / плодовая мушка	8	2
Пшеница	14, 28 или 42	2, 4 или 6
Крокодил	32, 34 или 42	2
яблоко	34, 51 или 68	2, 3 или 4
Человек	46	2
Лошадь	64	2
Курица	78	2
Золотая рыбка	100 или больше	2 или полиплоидный

Примечания

Рекомендации

Источники

• Гриффитс, AJ et al. 2000. Введение в генетический анализ , 7-е изд. WH Freeman, ISBN   Нью-Йорка 0-7167-3520-2

внешняя ссылка

Некоторые базы данных эукариотических геномов или размеров генома и другие источники, в которых могут быть перечислены уровни плоидности многих организмов:

Life Sciences Cyberbridge

Life Sciences Cyberbridge

MEIOSIS I

Мейоз — это процесс, при котором реплицированные хромосомы подвергаются двум ядерным делениям с образованием четырех гаплоидных клеток, также называемых мейоцитами (сперматозоиды и яйца). Диплоидные (2 n ) организмы полагаются на мейоз для производства мейоцитов, которые имеют половину плоидности родительских для полового размножения. Уменьшение наполовину плоидности мейоцитов необходимо для восстановления генетического содержания зиготы до родительского.Мейоз использует механизмы, аналогичные тем, которые используются во время митоза, для разделения и перераспределения хромосом. Однако некоторые особенности, а именно спаривание и генетическая рекомбинация между гомологичными хромосомами, являются уникальными для мейоза.

Шаги, ведущие к мейозу, аналогичны этапам митоза — центриоли и хромосомы реплицируются. Количество ДНК в клетке увеличилось вдвое, а плоидность клетки осталась такой же, как и раньше, 2 n .В мейозе I фазы аналогичны митозу: профаза I, метафаза I, анафаза I и телофаза I (рисунок ниже). Мейоз I переходит непосредственно в мейоз II, не проходя через интерфазу.

Мейоз I уникален тем, что генетическое разнообразие генерируется посредством кроссинговера и случайного позиционирования гомологичных хромосом (двухвалентных хромосом). Кроме того, в мейозе I количество хромосом уменьшается с диплоидного (2 n ) до гаплоидного ( n ) во время этого процесса.(См. Рисунок ниже, где мейоз I начинается с диплоидной (2 n = 4) клетки и заканчивается двумя гаплоидными ( n = 2) клетками). У людей (2 n = 46), у которых 23 пары хромосом, количество хромосом уменьшается вдвое в конце мейоза I ( n = 23).

Профаза I

Во время профазы I конденсация хромосом позволяет рассматривать хромосомы под микроскопом. В поздней профазе I гомологичные хромосомы (также называемые двухвалентными хромосомами или бивалентами) спариваются латерально или бок о бок.Говорят, что в это время они находятся в синапсисе. Во время синапсов кроссинговеры — перекрестные связи, которые образуются в результате разрыва и воссоединения сестринских хроматид — могут происходить между парными бивалентами, что приводит к генетической рекомбинации (обмену генетическим материалом) между вовлеченными цепями. Точка пересечения называется хиазмой (множественное число хиазм) (см. Рисунок ниже). На рисунке ниже после кроссинговера синяя и красная хромосомы, которые изначально несли AA и аа аллелей, соответственно, теперь несут аллелей Aa в обеих хромосомах в конце профазы I.Обратите внимание, что эти биваленты имеют две хромосомы и четыре хроматиды, причем по одной хромосоме происходит от каждого родителя.

Метафаза I

В метафазе I каждая пара бивалентов (две хромосомы, всего четыре хроматиды) выравнивается на метафазной пластине. Это отличается от метафазы в митозе, когда все хромосомы выстраиваются в один файл на метафазной пластине. Положение каждой хромосомы в бивалентах случайное — любой родительский гомолог может появляться с каждой стороны.Это означает, что у дочерних клеток есть 50-50 шансов получить гомолог матери или отца для каждой хромосомы (см. Рисунок ниже). Как показано на рисунке ниже, во время метафазы I биваленты от любого из родителей могут выравниваться по обе стороны от ячейки. В организме с двумя наборами хромосом существует четыре способа организации хромосом, что приводит к различиям в хромосомном распределении в дочерних клетках после мейоза I. (Диплоидный организм с 2 n хромосом будет иметь 2 ^n. возможных комбинаций или способов расположения его хромосом в метафазе I.)

В диплоидной клетке с 2 парами хромосом существует 4 способа упорядочения хромосом во время метафазы I.

Анафаза I

В анафазе I гомологичные хромосомы разделяются. Гомологичные хромосомы, каждая из которых содержит две хроматиды, перемещаются на разные полюса. В отличие от митоза центромеры не расщепляются, и сестринские хроматиды остаются спаренными в анафазе I.

Телофаза I и цитокинез

В телофазе I гомологи каждого бивалента достигают противоположных полюсов клетки, и вокруг каждого набора хромосом образуется новая ядерная мембрана.Затем цитокинез делит клетку на две дочерние клетки. Каждая из двух дочерних клеток теперь гаплоидная ( n ), с половиной количества хромосом на ядро, как в мейозе I. У некоторых видов ядерная мембрана на короткое время образуется вокруг хромосом, а у других — нет. Теперь клетка переходит в мейоз II, при этом хромосомы остаются конденсированными.

Диплоид против гаплоида: сходства и различия

Обзор генетики

Признаки, проявляемые всеми живыми организмами, контролируются генами.Эти гены унаследованы от родителей и контролируют все, от видов до морфологии. Гены расположены на хромосомах, которые представляют собой структурную организацию ДНК, обнаруженную в ядрах эукариот и ядрышках прокариот. Изучение этих хромосом, содержащихся в них генов и их наследственности — это то, что вместе известно как генетика.

Грегор Мендель известен как отец генетики. В 1860-х годах августинский монах по имени Мендель провел десять лет, изучая наследование признаков у растений гороха.Скрещивая растения с разной высотой и окраской цветков, он смог определить, что такие черты передаются от родителей к потомству. Не только это, но и результирующий проявленный признак является комбинацией признаков, присущих родительским растениям. Таким образом, он смог заявить, что черты наследуются двумя версиями гена, которые взаимодействуют, создавая фенотип у потомства. Это показано в таблице ниже. Некоторые версии гена доминируют над другими: например, высокая версия доминирует над короткой версией гена, а это означает, что если потомство содержит высокую версию и короткую версию гена, потомство будет высоким.Потомство будет коротким только в том случае, если обе унаследованные версии короткие. Эти версии и есть то, что мы называем аллелями .

Таблица 1: Потомство, полученное от различных комбинаций растений гороха Менделя.

	Высокий родитель (T)	Короткая родительская (t)
Высокий родитель (T)	Высокорослое потомство (TT)	Высокорослое потомство (Tt)
Короткая родительская (т)	Высокорослое потомство (Tt)	Короткое потомство (tt)

После работы Менделя над растениями гороха и генетической наследственностью, дальнейшие исследователи определили, что номера хромосом установлены у каждого вида.У большинства эукариот выставленное число известно как диплоидное число (2n) , или два полных набора хромосом: по одному унаследованному от каждого родителя. У всех представителей вида обычно одинаковый хромосомный номер. В таблице ниже показано количество диплоидных хромосом нескольких хорошо известных видов.

Таблица 2: Число диплоидных хромосом нескольких хорошо известных видов растений и животных.

Виды	Номер диплоидной хромосомы (2n)
Человек	46
Кот (бытовой?)	38
Собака	78
Мышь	40
Картофель	48
Помидор	24
Пшеница	42
Шимпанзе	48

Это исследование позже привело к появлению хромосомной теории наследования , в которой утверждается, что черты, проявляемые у потомства, наследуются от родителей и контролируются генами, обнаруженными на хромосомах, которые передаются потомству от родителей через гаметы.

Генетическая вариация возникает, когда ген, контролирующий признак, мутирует, чтобы произвести новый вариант, или рекомбинирует, чтобы произвести новый вариант. Примером этого могут быть белые глаза у плодовых мушек.

Организмы наследуют две копии гена, по одной от каждого родителя. Эти копии известны как аллели. Между этими аллелями существуют разные уровни взаимодействия, которые определяют, какая копия гена будет экспрессироваться. Доминантные признаки выражены по рецессивным признакам (например, в примере гороха Менделя выше).Закон независимого ассортимента определяет, как выражаются два противоположных признака, каждый со своим набором аллелей. Иногда два или более гена влияют на один признак, что приводит к степени выраженности этого признака, например, окраски шерсти у лабрадоров. Это называется неполным или частичным доминированием. Гены, расположенные на Х-хромосоме, по-разному экспрессируются у потомства мужского и женского пола, поскольку мужское потомство имеет только один аллель для этого признака. Кодоминантные аллели экспрессируются одновременно, например группы крови MN у людей.Группы крови ABO у людей контролируются множеством аллелей в популяции, до четырех из которых могут быть переданы потомству родителями. Кроме того, некоторые аллели смертельны. Это могут быть летальные рецессивные мутации, когда двойная копия этого аллеля убивает организм, но рецессивная летальная копия будет замаскирована другой «здоровой» копией. Одного аллеля с доминантной летальной мутацией достаточно, чтобы привести к гибели организма. Переменные температуры и окружающей среды также могут влиять на экспрессию генов.

Чередование жизненных циклов

Некоторые организмы, такие как грибы, имеют чередующиеся жизненные циклы, в которых и гаплоидные, и диплоидные формы встречаются в природе в естественных условиях, что называется чередованием поколений. Плодовая структура (телеоморф) гриба дает споры (единица бесполого размножения, приспособленная для распространения). Эта единица способна создавать гифы и образовывать свободноживущих гаплоидных особей посредством непрерывного деления клеток. Эти гифы могут создавать бесполые гаплоидные колонии.С другой стороны, эти единицы могут сливаться в процессе кариогамии (ядерного брака) и образовывать сексуальных диплоидных свободноживущих индивидуумов. Некоторые грибы являются гетероталлическими , способными к половому размножению, не требуя другого партнера. В то время как некоторые другие грибы являются гомоталлическими и , им требуется другая особь с другим типом спаривания для воспроизводства половым путем. Это показано на рисунке ниже.

Рисунок 1: Чередующийся жизненный цикл грибов

Источник изображения: Wikimedia Commons

Наборы хромосом

Диплоид означает количество полных наборов хромосом, присутствующих в каждой клетке организма: диплоидные клетки содержат два полных набора.С другой стороны, гаплоидные организмы содержат только один полный набор хромосом.

Наборы хромосом могут изменяться в мейозе, а иногда и в митозе. При мейозе количество хромосом сокращается. Первоначально наборы хромосом удваиваются для создания тетраплоидных клеток (4n). Процесс мейоза, в результате которого образуются половые клетки, расщепляет 4n родительскую клетку на четыре гаплоидных (n) дочерних клетки, которые затем могут быть объединены при половом размножении с образованием диплоидного потомства. В митозе число хромосом сохраняется.Первоначально наборы хромосом удваиваются, чтобы создать 4n-клетку. Затем митоз разделяет родительскую клетку на две дочерние клетки с равными наборами хромосом из 2n. В митозе дочерние клетки содержат ту же генетическую информацию, что и родительская клетка, тогда как в мейозе каждая дочерняя клетка содержит только половину генетической информации родительской клетки, что позволяет генетическую рекомбинацию в потомстве.

Что бы произошло, если бы не произошло удвоения и редукции хромосом?

В мейозе, если бы удвоение хромосом не происходило до деления клетки, каждая из четырех дочерних клеток содержала бы только четверть хромосом своей родительской клетки, поэтому диплоидная родительская клетка произвела бы четыре клетки только с половиной набора хромосом.Когда эти половые клетки объединяются, чтобы сформировать потомство, потомство будет только гаплоидным и, следовательно, будет отличаться от родительского вида и не сможет размножаться. В митозе, если удвоение хромосом не происходило до деления клетки, каждая из двух дочерних клеток содержала бы только один набор хромосом от их родительской клетки. Это приведет к тому, что у человека будут клетки с различным числом хромосом, что приведет к генетическим мутациям. Если бы редукция хромосом не происходила в мейозе, комбинация двух клеток для образования потомства привела бы к потомству с удвоенным числом хромосом одного из его родителей или 4n хромосомным набором.Тогда это потомство будет другим видом. Если бы редукция хромосом не происходила в митозе, каждая образовавшаяся дочерняя клетка содержала бы 4n хромосомный набор и, следовательно, была бы несовместима с остальным организмом.

Что происходит, если хромосомное число не поддерживается?

Процессы митоза и мейоза структурированы таким образом, чтобы гарантировать, что количество хромосом потомства отражает количество хромосом родителя. Однако иногда что-то идет не так, и это не так. Нерасхождение происходит, когда кариокинез не происходит должным образом: хромосомы не могут разделиться на сестринские хроматиды, в результате чего дочерние клетки имеют неравное количество хромосом. Моносомия возникает после нерасхождения в дочерней клетке, содержащей меньше хромосом — эта клетка будет содержать на одну хромосому меньше или одну хромосому, где она должна содержать две. Другая дочерняя клетка будет иметь трисомию — она ​​будет содержать одну дополнительную хромосому или три хромосомы, где она должна содержать две. Полиплоидия возникает, когда клетка содержит более двух наборов гаплоидных хромосом (например, триплоидные или тетраплоидные клетки). Автополиплоидия означает, что присутствует более двух наборов гаплоидных хромосом одного и того же вида; это может произойти в результате неполной сегрегации в мейозе или если две сперматозоиды оплодотворяют одну и ту же яйцеклетку. Аллополиплоидия возникает, когда родительские клетки принадлежат к разным видам, в результате чего дочерняя клетка содержит полный набор диплоидных хромосом от каждой родительской клетки.Примером этого является мул, который представляет собой помесь лошади и осла. Такие организмы обычно бесплодны. Результатом этих событий является анеуплоидия , или клетка, не содержащая диплоидного номера хромосомы. Это основа многих генетических заболеваний, таких как синдром Дауна (возникающий в результате трисомии) или синдром Эдвардса (также возникающий в результате трисомии).

Рис. 2: Полный хромосомный набор женщины с синдромом Дауна. Трисомия возникает на 21 хромосоме ^st .

Источник изображения: Wikimedia Commons

Другие аномалии хромосомных наборов включают изменение расположения хромосомного набора. У людей делеция части хромосомы может привести к таким заболеваниям, как синдром кридошата; повторение части хромосомы в результате неравного кроссинговера генетического материала во время мейоза. Инверсии последовательностей генов, транслокации сегментов хромосом могут привести к семейному синдрому Дауна у людей; и хрупкие участки хромосом, такие как синдром Мартина-Белла у людей, частая причина умственной отсталости.

В чем разница между гаплоидом и диплоидом? Что это значит?

Гаплоидный набор хромосом возникает у эукариот, когда производятся половые клетки или гаметы. Эта клетка содержит половину генетического материала или хромосом своей родительской клетки.

Диплоидный набор хромосом встречается у большинства эукариот в соматических клетках, то есть неполовых клетках. Эти клетки содержат весь набор генетического материала или хромосом организма или удваивают набор гаплоидных хромосом.Таким образом, весь набор генов организма находится в каждой клетке этого организма.

Изображение диплоидного хромосомного набора организма известно как кариотип . Кариотип организован по размеру хромосом и расположению центромеры.

Рисунок 3: Кариотип мужского пола человека с числом диплоидных хромосом 46.

Источник изображения: Wikimedia Commons

Заключение Haploid vs.Диплоид

Диплоидные и гаплоидные клетки и организмы встречаются в природе. Различия между гаплоидными и диплоидными наборами хромосом заключаются в количестве присутствующих хромосом и в типах клеток, в которых они встречаются. Гаплоидные клетки содержат половину количества хромосом диплоидных клеток и в основном представляют собой половые клетки, тогда как диплоидные клетки являются соматическими клетками. У некоторых организмов есть гаплоидный и диплоидный жизненный цикл, например водоросли. Диплоидные клетки размножаются посредством митоза, создавая дочерние клетки, идентичные родительским клеткам и друг другу.Гаплоиды, с другой стороны, воспроизводятся посредством мейоза, давая потомство или клетки, отличные от других родителей, но содержащие небольшую часть каждого родителя и каждую клетку, отличную от другой.

Источник избранного изображения

Давайте применим все на практике. Попробуйте этот вопрос по практике биологии:

Ищете еще практику по биологии?

Ознакомьтесь с другими нашими статьями по биологии.

Вы также можете найти тысячи практических вопросов об Альберте.io. Albert.io позволяет настроить процесс обучения так, чтобы он ориентировался на практику там, где вам больше всего нужна помощь. Мы зададим вам сложные практические вопросы, которые помогут вам достичь мастерства в биологии.

Начните практиковать здесь .

Вы преподаватель или администратор, заинтересованный в улучшении успеваемости студентов-биологов?

Узнайте больше о наших школьных лицензиях здесь, .

Что такое мейоз? | Живая наука

Все клетки возникают из других клеток в процессе деления клеток.Мейоз — это особая форма деления клеток, при которой образуются репродуктивные клетки, такие как споры растений и грибов, а также сперматозоиды и яйцеклетки.

В общем, этот процесс включает разделение «родительской» клетки на две или более «дочерних» клеток. Таким образом, родительская клетка может передавать свой генетический материал из поколения в поколение.

Эукариотические клетки и их хромосомы

Исходя из относительной сложности их клеток, все живые организмы в широком смысле классифицируются как прокариоты или эукариоты.Прокариоты, например бактерии, состоят из одной клетки с простой внутренней структурой. Их ДНК свободно плавает внутри клетки в скрученной нити, называемой нуклеоидом.

Все животные, растения и грибы являются эукариотами. Эукариотические клетки имеют специализированные компоненты, называемые органеллами, такие как митохондрии, хлоропласты и эндоплазматический ретикулум. Каждый из них выполняет определенную функцию. В отличие от прокариот, эукариотическая ДНК упакована в центральном отделении, называемом ядром.

Внутри эукариотического ядра длинные двойные спиральные нити ДНК плотно обернуты вокруг белков, называемых гистонами. Это образует стержневидную структуру, называемую хромосомой.

Клетки в организме человека имеют 23 пары хромосом, или всего 46 хромосом. Сюда входят две половые хромосомы: две X-хромосомы для женщин и одна X-хромосома и одна Y-хромосома для мужчин. Поскольку каждая хромосома имеет пару, эти клетки называются «диплоидными».

С другой стороны, человеческие сперматозоиды и яйцеклетки имеют только 23 хромосомы, или половину хромосом диплоидной клетки.Таким образом, их называют «гаплоидными» клетками.

Когда сперматозоид и яйцеклетка соединяются во время оплодотворения, общее количество хромосом восстанавливается. Это потому, что организмы, размножающиеся половым путем, получают набор хромосом от каждого родителя: материнский и отцовский набор. Каждой хромосоме соответствует пара — орхомолог.

Митоз против мейоза

Эукариоты способны к двум типам клеточного деления: митозу и мейозу

Митоз позволяет клеткам производить идентичные копии самих себя, что означает, что генетический материал дублируется от родительских к дочерним клеткам.Митоз производит две дочерние клетки от одной родительской клетки.

Одноклеточные эукариоты, такие как амеба и дрожжи, используют митоз для бесполого размножения и увеличения своей популяции. Многоклеточные эукариоты, как и люди, используют митоз для роста или заживления поврежденных тканей.

Мейоз, с другой стороны, представляет собой особую форму деления клеток, которая происходит у организмов, размножающихся половым путем. Как упоминалось выше, он производит репродуктивные клетки, такие как сперматозоиды, яйцеклетки и споры растений и грибов.

У человека особые клетки, называемые половыми клетками, подвергаются мейозу и в конечном итоге дают начало сперматозоидам или яйцеклеткам. Зародышевые клетки содержат полный набор из 46 хромосом (23 материнские хромосомы и 23 отцовские хромосомы). К концу мейоза каждая из репродуктивных клеток или гамет имеет 23 генетически уникальные хромосомы.

Общий процесс мейоза производит четыре дочерних клетки от одной единственной родительской клетки. Каждая дочерняя клетка гаплоидна, потому что у нее вдвое меньше хромосом, чем у исходной родительской клетки.

«Мейоз редуцирующий», — сказал М. Эндрю Хойт, биолог и профессор Университета Джона Хопкинса.

В отличие от митоза дочерние клетки, образующиеся во время мейоза, генетически разнообразны. Гомологичные хромосомы обмениваются битами ДНК для создания генетически уникальных гибридных хромосом, предназначенных для каждой дочерней клетки.

Более пристальный взгляд на мейоз

Перед началом мейоза в родительских клетках происходят некоторые важные изменения. Во-первых, каждая хромосома создает свою копию.Эти дублированные хромосомы известны как сестринские хроматиды. Они сливаются вместе, и точка, где они соединяются, называется центромерой. Слитые сестринские хроматиды примерно по форме напоминают букву «X».

Мейоз происходит в течение двух раундов деления ядра, называемых мейозом I и мейозом II, согласно Scitable Nature Education. Кроме того, каждый мейоз I и II делится на четыре основных этапа: профаза, метафаза, анафаза и телофаза.

Мейоз I отвечает за создание генетически уникальных хромосом.Сестринские хроматиды объединяются в пары со своими гомологами и обмениваются генетическим материалом друг с другом. В конце этого деления одна родительская клетка производит две дочерние клетки, каждая из которых несет один набор сестринских хроматид.

Мейоз II очень похож на митоз. Две дочерние клетки переходят в эту фазу без дальнейшей дупликации хромосом. Во время этого деления сестринские хроматиды раздвигаются. В течение мейоза II образуются в общей сложности четыре гаплоидных дочерних клетки.

Мейоз — это процесс, при котором хромосомы копируются, объединяются в пары и разделяются с образованием яйцеклеток или сперматозоидов.(Изображение предоставлено NIGMS.)

Мейоз I

Согласно «Молекулярной биологии клетки», четыре стадии мейоза I следующие. (Garland Science, 2002):

Профаза I : На этой стадии хромосомы становятся компактными, плотными структурами и легко видны под микроскопом. Гомологичные хромосомы соединяются вместе. Два набора сестринских хроматид напоминают два X, выстроенных рядом друг с другом. Каждый набор обменивается битами ДНК с другим и рекомбинирует, тем самым создавая генетические вариации.Этот процесс известен как кроссинговер или рекомбинация.

Хотя у людей мужские половые хромосомы (X и Y) не являются точными гомологами, они все же могут образовывать пары и обмениваться ДНК. Кроссинговер происходит только в небольшой области двух хромосом.

К концу профазы I ядерная мембрана разрушается.

Метафаза I : Мейотическое веретено, сеть белковых нитей, возникает из двух структур, называемых центриолями, расположенных на обоих концах клетки.Мейотическое веретено цепляется за слитые сестринские хроматиды. К концу метафазы I все слитые сестринские хроматиды закрепляются на своих центромерах и выстраиваются в линию в середине клетки. Гомологи по-прежнему выглядят как два X, сидящих близко друг к другу.

Анафаза I : волокна веретена начинают сокращаться, увлекая за собой слитые сестринские хроматиды. Каждый X-образный комплекс движется от другого к противоположным концам клетки.

Телофаза I : слитые сестринские хроматиды достигают обоих концов клетки, и тело клетки разделяется на две части.

В результате мейоза I образуются две дочерние клетки, каждая из которых содержит набор слитых сестринских хроматид. Генетический состав каждой дочерней клетки отличается из-за обмена ДНК между гомологами во время процесса кроссинговера.

Мейоз II

«Мейоз II выглядит как митоз», — сказал Хойт Live Science. «Это эквациональное деление».

Другими словами, к концу процесса количество хромосом между клетками, которые входят в мейоз II, и образовавшимися дочерними клетками не меняется.

Согласно «Молекулярной биологии клетки, 4-е издание», четыре стадии мейоза II следующие.

Профаза II : Ядерная мембрана распадается, и снова начинают формироваться мейотические веретена.

Метафаза II : мейотические веретена прикрепляются к центромере сестринских хроматид, и все они выстраиваются в линию в центре клетки.

Анафаза II : волокна веретена начинают сокращаться и разъединять сестринские хроматиды.Каждая отдельная хромосома теперь начинает перемещаться к любому концу клетки.

Телофаза II : Хромосомы достигают противоположных концов клетки. Ядерная мембрана формируется снова, и тело клетки разделяется на две

Meiosis II, в результате чего образуются четыре дочерние гаплоидные клетки, каждая с одинаковым числом хромосом. Однако каждая хромосома уникальна и содержит смесь генетической информации от материнских и отцовских хромосом в исходной родительской клетке.

Почему важен мейоз?

Правильная «хромосомная сегрегация» или разделение сестринских хроматид во время мейоза I и II имеет важное значение для создания здоровых сперматозоидов и яйцеклеток и, соответственно, здоровых эмбрионов.Если хромосомы не могут полностью разделиться, это называется нерасхождением и может привести к образованию гамет с отсутствующими или лишними хромосомами, согласно «Молекулярной биологии клетки, 4-е издание».

Когда гаметы с аномальным числом хромосом оплодотворяются, большинство образующихся эмбрионов не выживают. Однако не все хромосомные аномалии фатальны для эмбриона. Например, синдром Дауна возникает в результате наличия дополнительной копии хромосомы 21. И люди с синдромом Клайнфельтера генетически являются мужчинами, но имеют дополнительную Х-хромосому.

Наиболее значительное влияние мейоза заключается в том, что он генерирует генетическое разнообразие, и это главное преимущество для выживания видов.

«Перетасовка генетической информации позволяет вам находить новые комбинации, которые, возможно, будут более подходящими для реального мира», — сказал Хойт.

Понимание стадий мейоза — Высшая школа биологии

Если вы считаете, что контент, доступный через Веб-сайт (как определено в наших Условиях обслуживания), нарушает или другие ваши авторские права, сообщите нам, отправив письменное уведомление («Уведомление о нарушении»), содержащее то информацию, описанную ниже, назначенному ниже агенту.Если репетиторы университета предпримут действия в ответ на ан Уведомление о нарушении, оно предпримет добросовестную попытку связаться со стороной, которая предоставила такой контент средствами самого последнего адреса электронной почты, если таковой имеется, предоставленного такой стороной Varsity Tutors.

Ваше Уведомление о нарушении прав может быть отправлено стороне, предоставившей доступ к контенту, или третьим лицам, таким как в качестве ChillingEffects.org.

Обратите внимание, что вы будете нести ответственность за ущерб (включая расходы и гонорары адвокатам), если вы существенно искажать информацию о том, что продукт или действие нарушает ваши авторские права.Таким образом, если вы не уверены, что контент находится на Веб-сайте или по ссылке с него нарушает ваши авторские права, вам следует сначала обратиться к юристу.

Чтобы отправить уведомление, выполните следующие действия:

Вы должны включить следующее:

Физическая или электронная подпись правообладателя или лица, уполномоченного действовать от их имени; Идентификация авторских прав, которые, как утверждается, были нарушены; Описание характера и точного местонахождения контента, который, по вашему мнению, нарушает ваши авторские права, в \ достаточно подробностей, чтобы позволить репетиторам университетских школ найти и точно идентифицировать этот контент; например, мы требуем а ссылка на конкретный вопрос (а не только на название вопроса), который содержит содержание и описание к какой конкретной части вопроса — изображению, ссылке, тексту и т. д. — относится ваша жалоба; Ваше имя, адрес, номер телефона и адрес электронной почты; и Ваше заявление: (а) вы добросовестно считаете, что использование контента, который, по вашему мнению, нарушает ваши авторские права не разрешены законом, владельцем авторских прав или его агентом; (б) что все информация, содержащаяся в вашем Уведомлении о нарушении, является точной, и (c) под страхом наказания за лжесвидетельство, что вы либо владелец авторских прав, либо лицо, уполномоченное действовать от их имени.

Отправьте жалобу нашему уполномоченному агенту по адресу:

Чарльз Кон Varsity Tutors LLC
101 S. Hanley Rd, Suite 300
St. Louis, MO 63105

Или заполните форму ниже:

Высокопроизводительный скрининг диплоидных клеток выявляет факторы, способствующие приобретению хромосомной нестабильности

Резюме

Хромосомная нестабильность и последующие генетические мутации считаются критическими факторами в развитии большинства солидных опухолей, но механизмы при которых стабильная диплоидная клетка теряет способность поддерживать целостность генома, недостаточно хорошо охарактеризованы.Мы подошли к этой важной проблеме с помощью высокопроизводительных экранов в нетрансформированных диплоидных эпителиальных клетках. При скрининге библиотеки кДНК мы идентифицировали 13 киназ, избыточная экспрессия которых приводит к увеличению плоидности. В серии скринингов shRNA мы идентифицировали 16 киназ, потеря которых приводит к увеличению плоидности. При скрининге как кДНК, так и кшРНК большинство совпадений ранее не было связано со стабильностью генома. Мы также показываем, что устойчивая потеря хитов скрининга shRNA приводит к мультиполярным веретенам и гетерогенному содержанию хромосом, двум характеристикам хромосомной нестабильности.Потеря нескольких киназ приводит к потере контактного ингибирования и к независимому от закрепления росту, жизненно важным характеристикам, приобретенным во время развития опухоли. Мы ожидаем, что эта работа послужит шаблоном для всесторонней идентификации путей, нарушение регуляции которых может управлять туморогенезом через нарушение кариотипического поддержания.

Геномная нестабильность способствует гетерогенности популяции развивающихся опухолевых клеток, что позволяет более быстро адаптироваться и приобретать характеристики, благоприятные для развития опухоли.Хромосомная нестабильность — это один из типов геномной нестабильности, связанный с нарушением поддержания структуры и количества хромосом. Анеуплоидия, определяемая здесь как аномальное количество хромосом, является проявлением хромосомной нестабильности и была идентифицирована более 100 лет назад фон Хансеманом (1). В настоящее время известно, что анеуплоидия характерна для большинства солидных опухолей, и хромосомная нестабильность, вероятно, представляет собой общий механизм, с помощью которого возникающие опухолевые клетки приобретают полезные мутации (2).

Если приобретение хромосомной нестабильности и возникающая в результате анеуплоидия представляют собой важные шаги в развитии многих солидных опухолей, понимание того, как хромосомно стабильная диплоидная клетка становится анеуплоидной, является критическим вопросом.Данные исследований in vitro и in vivo предполагают, что один путь, ведущий от диплоидии к анеуплоидии, проходит через тетраплоидию (3–5). Однако мало что известно о событиях, которые приводят к тетраплоидии.

Здесь мы используем скрининг кДНК и shRNA человеческих киназ в бессмертных, но нетрансформированных человеческих диплоидных эпителиальных клетках для поиска белков, участвующих в генерации тетраплоидии и последующей хромосомной нестабильности. Подходя к вопросу о хромосомной нестабильности со стороны диплоидной клетки, мы надеемся расширить скрининг, который был проведен на анеуплоидных опухолевых клетках (6–11).Это позволит нам контролировать процесс перехода от диплоида к тетраплоиду и анеуплоиду. С помощью этих скринингов мы идентифицировали ряд киназ, избыточная экспрессия или потеря которых приводит к увеличению плоидности. Дальнейшая характеристика показывает, что некоторые из этих киназ могут функционировать в путях, которые нарушаются во время развития опухолей, вызванных хромосомной нестабильностью.

Результаты

Стратегия скрининга для выявления факторов, регулирующих хромосомную стабильность.

Наша стратегия скрининга была основана на нарушении диплоидных клеток для увеличения плоидности. При выборе клеточной линии для экранов мы учли несколько факторов. Во-первых, клеточная линия должна быть почти диплоидной, иммортализованной, но не трансформированной и генетически стабильной. Во-вторых, клеточная линия должна была продолжать пролиферировать как тетраплоид, а не задерживаться [т.е. не иметь контрольной точки тетраплоидии (12, 13)], чтобы на гистограмме содержания ДНК можно было наблюдать популяцию клеток с содержанием ДНК более 4N.В-третьих, клеточная линия должна была быть подвержена заражению и обработке для проточной цитометрии с высокой пропускной способностью.

Мы идентифицировали несколько линий эпителиальных клеток бронхов, которые удовлетворяли этим критериям: NL-20, HBE135 и Beas2B. Как показано на фиг. 1 A для клеток NL-20, эти клеточные линии продолжают цикл, когда тетраплоиды генерируются с веретено-ядовитым колцемидом. Все три клеточные линии были иммортализованы вирусными онкобелками, нацеленными на сигнальные пути супрессоров опухолей р53 и ретинобластомы; кариотипический анализ показал, что в клеточных линиях сохраняется диплоидный или почти диплоидный хромосомный состав.

Рис. 1.

Демонстрация скрининга хромосомной нестабильности с использованием библиотеки киназной кДНК. ( A ) Ускользание митоза в клетках NL-20 приводит к образованию жизнеспособных тетраплоидов. Клетки NL-20 обрабатывали колцемидом или ДМСО в течение ночи. Клетки фиксировали и окрашивали для проточной цитометрии. ( B ) Скрининг сверхэкспрессии киназ выявляет киназы, которые регулируют хромосомную стабильность. Клетки NL-20 трансдуцировали конструкциями киназной кДНК и выращивали с отбором пуромицином или без него в течение 4 дней. Клетки фиксировали и окрашивали для проточной цитометрии.Подсчитывали процент клеток с повышенной плоидностью. В таблице представлены те киназы, которые показали воспроизводимый фенотип повышенной плоидности как в клетках NL-20, так и в клетках HBE135. ( C ) Анализ FISH подтверждает повышенную плоидность. Клетки NL-20 инфицировали указанными кДНК киназ и фиксировали для анализа FISH через 4 дня. Фиксированные ядра окрашивали зондом, специфичным для хромосомы 8, и окрашивали йодидом пропидия. В таблице показан процент клеток с более чем двумя копиями хромосомы 8 для указанных киназ.

Чтобы проверить наш подход к скринингу и приступить к выявлению факторов, которые приводят к увеличению плоидности, мы выполнили пилотный скрининг на клетках NL-20 и HBE135 с использованием библиотеки кДНК, содержащей ≈250 киназ человека. Мы предположили, что сверхэкспрессия киназы, которая участвует в поддержании содержания хромосом, вызовет увеличение популяции клеток с содержанием ДНК более 4N или создаст популяцию клеток с содержанием ДНК ровно 8N (рис. 1 A ). Таблица на рис.1 B показывает те киназы, которые увеличивали плоидность в обеих клеточных линиях в нескольких экспериментах. Важно отметить, что для двух киназ, которые, как известно, играют роль в регуляции стабильности хромосом в раковых клетках, Plk1 и Nek2, уровни экспрессии в опухолях [увеличение в 2-5 раз выше нормы (14, 15)] сравнимы с относительно низкий уровень сверхэкспрессии, который наблюдался с векторами экспрессии на основе мышиного лейкоза Молони (16).

Затем мы подтвердили, что наблюдаемый нами фенотип действительно был связан с повышенной плоидностью с помощью хромосомно-специфической интерфазной FISH.Мы ввели несколько скрининговых попаданий в клетки NL-20 и определили количество копий хромосомы 8. Как показано на рис. 1 C , все протестированные киназы показали увеличение количества копий хромосомы 8, показывая, что Фактически мы наблюдали повышенную плоидность, обусловленную экспрессией киназы.

shRNA Screen определяет киназы, регулирующие хромосомную стабильность.

При наличии стратегии скрининга мы выполнили крупномасштабный скрининг с использованием библиотеки киназ shRNA, нацеленной на 460 киназ человека, в среднем 4.5 shРНК нацелены на каждую киназу (17, 18). Скрининг проводили путем трансдукции конструкций shRNA в клетки-мишени и фиксации клеток для проточного цитометрического анализа содержания ДНК через 4 дня. Данные анализировали путем измерения популяции клеток с содержанием ДНК более 4N и вычисления баллов z относительно медианы на планшете или образцов отрицательного контроля.

При первичном скрининге 2100 киназных shRNA в клетках NL-20, 63 shRNA, нацеленных на 46 киназ, были классифицированы как совпадения (подробное описание определения попадания на первичном и вторичном скринингах включено в Материалы и методы ).Наш подход к скринингу был подтвержден путем идентификации нескольких киназ, нокдаун которых известен или, как ожидается, будет способствовать анеуплоидии, включая AURKB, AURKC и NEK6. Вторичный скрининг проводился с использованием клеток NL-20, HBE135 и Beas2B, чтобы найти те shРНК, которые давали аналогичные фенотипы во многих клеточных линиях. Наш окончательный список киназ shRNAs состоял из киназ, которые воспроизводимо оценивались в нескольких клеточных линиях или сильно оценивались в одной клеточной линии (рис. 2 A ). Примечательно, что shРНК, нацеленные на эти киназы, воспроизводимо показали наивысшие баллы z на первичных скринингах (рис.2 B и рис. S1).

Рис. 2. Скрининг

shRNA идентифицирует киназы, которые регулируют хромосомную стабильность. ( A ) Блок-схема, описывающая скрининг библиотеки киназ shRNA на наличие киназ, нокдаун которых вызывает увеличение плоидности. Клетки NL-20 инфицировали в четырех повторностях в 96-луночных планшетах, и плоидность оценивали с помощью проточной цитометрии через 4 дня после инфицирования. Первичные совпадения были повторно проверены по трем различным клеточным линиям, чтобы найти самые сильные совпадения, показанные в таблице. ( Правый ) Столбец указывает количество уникальных shРНК, которые показали фенотип плоидности.( B ) Z Распределение баллов (> 4N) для двух повторяющихся экранов. Z баллов относительно медианы на планшете процента клеток с содержанием ДНК более 4N рассчитывали для каждой точки данных на каждом из четырех повторных экранов. Большие синие маркеры представляют кшРНК, которые оценивались при последующих скринингах в дополнительных клеточных линиях. ( справа ) Z показаны баллы для этих shРНК. ( C ) Корреляция повышенной плоидности с нокдауном гена.Клетки HBE135 трансдуцировали указанными shРНК. Через 4 дня получали мРНК и клетки фиксировали для измерения содержания ДНК проточной цитометрией. Уровень мРНК рассчитывали путем измерения отношения указанного гена к GAPDH для указанных кшРНК по сравнению с таким же соотношением в контрольных образцах. Для проточной цитометрии показан процент клеток с содержанием ДНК более 4N. scr, зашифрованный; ш, короткая шпилька.

Основной проблемой при скрининге shRNA является производство фенотипов за счет нецелевых эффектов.Как показано в таблице на фиг. 2 A , для 15 из 16 киназ было обнаружено, что shРНК, нацеленные на множественные последовательности мРНК-мишени, дают фенотип, что свидетельствует против общих эффектов вне мишени. Чтобы проверить это более подробно, мы коррелировали нокдаун гена с фенотипической силой для двух различных shРНК в каждом из трех генов. Как показано на фиг. 2 C , в каждом случае кшРНК, показывающая наибольшее снижение уровня мРНК, также приводила к более сильному фенотипу (процент клеток с содержанием ДНК более 4N).Эти данные свидетельствуют о том, что повышенная плоидность является результатом воздействия на мишень shРНК, нацеленных на каждую киназу.

Сравнение с shRNA скринингом, проведенным в клеточных линиях анеуплоидных опухолей.

Важным компонентом нашей стратегии скрининга было использование стабильных почти диплоидных клеток. Учитывая множественные изменения, которые происходят во время развития опухоли, можно ожидать, что пути, регулирующие стабильность хромосом в опухолевых клетках, сильно отличаются от таковых в нормальных клетках. Чтобы проверить эту гипотезу, мы сравнили данные наших экранов с данными, полученными на двух экранах в линиях анеуплоидных опухолевых клеток HeLa и U2OS (6, 10).Поскольку эти скрининги проводились на уровне генома для поиска общих регуляторов клеточного цикла, мы извлекли данные для киназ, потеря которых привела к увеличению популяции клеток с содержанием ДНК более 4N. Сравнение фенотипических последствий нокдауна киназ, обнаруженных в наших экранах shRNA в анеуплоидных клетках, показывает, что нокдаун только для одной киназы (AURKB) приводил к увеличению плоидности во всех трех клеточных линиях (Таблица S1). Важно отметить, что экспрессия каждого из этих генов была подтверждена в клетках HeLa (6).И наоборот, ни один из генов, обнаруженных на других экранах, не имел фенотипа плоидности после нокдауна на наших экранах. Примечательно, что, как отмечалось в других документах по скринингу, между клетками HeLa и U2OS очень мало совпадений, что позволяет предположить, что анеуплоидные клетки разного происхождения выработали разные стратегии для контроля содержания хромосом.

Проверка попаданий shRNA с помощью FISH.

Как описано выше для результатов скрининга кДНК, мы использовали FISH для подсчета количества копий хромосомы 12 в качестве заместителя плоидности в клетках, экспрессирующих киназные shРНК.Самая сильная shРНК против каждой киназы, которая оценивалась в нашем вторичном скрининге, была введена в клетки NL-20 и HBE135 посредством вирусной трансдукции. После отбора в течение 4 дней клетки фиксировали и обрабатывали для анализа FISH. Как показано на рис. 3 A и B , большинство shРНК как в клетках NL-20, так и в HBE135 индуцировали увеличение количества клеток с более чем двумя копиями хромосомы 12.

Рис. 3. Измерение

увеличения плоидности по FISH. ( A ) Пример кшРНК, которые увеличивают плоидность по данным FISH.Клетки NL-20 инфицировали указанными киназными shРНК и фиксировали для анализа FISH через 4 дня. Центромерный зонд, специфичный для хромосомы 12 (красный), гибридизовали с ядрами, которые затем контрастировали с DAPI (синий). ш, короткая шпилька. ( B ) Количественный анализ FISH для хромосомы 12. Анализ FISH проводили с указанными shРНК в клетках NL-20 и HBE135. Количество ядер с более чем двумя копиями хромосомы 12 для каждой кшРНК измеряли с помощью программного обеспечения CellProfiler.Для каждой кшРНК подсчитывали не менее 50 ядер.

Для нескольких shРНК мы напрямую сравнили два фенотипических считывания (проточная цитометрия и FISH) в пределах одного и того же набора инфекций. Рис. S2 демонстрирует хорошую корреляцию между процентом клеток с содержанием хромосом более 4N и процентом клеток с более чем двумя копиями либо хромосомы 12, либо хромосомы 8. Эти данные подтверждают использование проточной цитометрии в нашей первичной и вторичный скрининг как стратегия оценки повышенной плоидности и демонстрации того, что нокдаун идентифицированных киназ действительно вызывает изменения плоидности.

Нокдаун нескольких киназ ведет к фенотипам опухолевых клеток.

Мы предположили, что тетраплоидия, которую мы наблюдали при нокдауне попаданий наших киназ, может служить предвестником анеуплоидии и хромосомной нестабильности. Поскольку хромосомная нестабильность приводит к гетерогенности в клеточной популяции, мы пришли к выводу, что изучение распределения фенотипических и генотипических маркеров в популяции клеток после длительного нокдауна киназ указывало бы на наличие хромосомной нестабильности.

Первым исследованным нами фенотипом была множественность полюсов митотического веретена. Аномальные веретена (т. Е. Число полюсов не равно 2) обычно обнаруживаются в анеуплоидных опухолях и указывают на ошибки в клеточном цикле, которые вызывают хромосомную нестабильность. На 21 день после инфицирования клетки HBE135 фиксировали и окрашивали для идентификации митотического веретена (тубулин), центросом (перицентрин) и хромосом (DAPI). Мы количественно оценили данные визуализации, вычислив среднее количество полюсов, наблюдаемых в нескольких митотических фигурах (рис.4 А ). Для семи протестированных киназ нокдаун привел к значительному увеличению среднего числа полюсов по сравнению со скремблированным контролем. Мы также отметили, что модальное число полюсов было три для аномальных митотических фигур (Таблица S2). В таблице S2 также отмечены дополнительные митотические аномалии, которые мы наблюдали при нокдауне киназы. Эти данные согласуются с наличием хромосомной нестабильности.

Рис. 4.

Нокдаун нескольких киназ приводит к мультиполярным митозам и анеуплоидии.( A ) Нокаут киназ приводит к многополярным митозам. Киназные shРНК трансдуцировали в клетки HBE135, и клетки отбирали на 21 день. Клетки фиксировали для иммунофлуоресценции и окрашивали антителами против тубулина (зеленый) и перицентрина (красный). ДНК окрашивали DAPI (синий). ( Left ) Показаны примеры фенотипов мультиполярного митоза. ( справа ) На графике показано среднее количество полюсов для каждого образца ( n = 25 для каждого). * P <0.05 по тесту Стьюдента t . ( B ) Продолжительный нокдаун NME1 приводит к прогрессированию от тетраплоидии к анеуплоидии. Клетки HBE135 трансдуцировали shRNA NME1 и отбирали на 4 или 17 дней. Клетки фиксировали для анализа FISH и окрашивали центромерными зондами для хромосом 8 и 12. Показано количество копий этих двух хромосом в каждом ядре. ( справа ) Число копий хромосомы 8 в ядрах с четырьмя копиями хромосомы 12.

Затем мы исследовали плоидность клеток, экспрессирующих один из наших наиболее проникающих попаданий shRNA, NME1, что позволило нам не только исследовать гетерогенность, но и выявить демонстрируют эволюцию анеуплоидии непосредственно из тетраплоидии.Мы провели FISH-анализ с подсчетом хромосом на клетках HBE135, трансдуцированных кшРНК NME1 через 4 и 17 дней после инфицирования. Как показано на рис. 4 B , через 4 дня распределение числа хромосом наводило на мысль о бимодальной популяции клеток с двумя или четырьмя копиями обеих хромосом 8 и 12. Однако через 17 дней бимодальное распределение менее очевиден. Различия между популяциями клеток на 4-й и 17-й день наиболее отчетливо можно наблюдать, сравнивая распределение числа хромосом в клетках с четырьмя копиями хромосомы 12 (рис.4 B Правый ). На 4 день большинство (88%) ядер были тетраплоидными для обеих хромосом 8 и 12. Однако на 17 день только 61% ядер были тетраплоидными для обеих хромосом. Следует также отметить, что эти данные, вероятно, сильно недооценивают степень анеуплоидии, поскольку учитываются только две хромосомы. Даже с этой недооценкой степени анеуплоидии эти данные согласуются с прогрессией от тетраплоидии к анеуплоидии и дополнительно подчеркивают гетерогенность клеточной популяции после нокдауна киназы.

Чтобы проверить, коррелировала ли хромосомная нестабильность, которую мы наблюдали при нокдауне интересующих киназ, с приобретением онкогенных характеристик, мы проанализировали клетки на потерю контактного ингибирования и зависимость от закрепления, два отличительных признака опухолевых клеток. Контрольные или киназные shРНК вводили в клетки HBE135, и клеткам давали возможность расти при селекции в течение ≈14 дней. На этом этапе клетки помещали на пластик для тканевой культуры или в матрицу из мягкого агара и позволяли расти в течение дополнительных 14 или 21 дня соответственно.Как показано на рис. S3, нокдаун нескольких киназ значительно увеличивал количество очагов, образованных на пластике, по сравнению с контрольными условиями. Кроме того, нокдаун двух киназ, IRAK4 и NME1, с shРНК, нацеленными на две области каждой мРНК, позволил значительно увеличить образование колоний в мягком агаре (фиг. 5 A ). Для IRAK4, в котором между двумя shРНК наблюдалась заметная разница в эффективности нокдауна мРНК (фиг. 2 C ), количество колоний напрямую коррелировало со степенью эффективности нокдауна и индукцией повышенной плоидности.

Рис. 5.

Нокдаун киназ приводит к росту в мягком агаре. ( A ) Нокдаун IRAK4 и NME1 способствует росту в мягком агаре. Клетки HBE135 трансдуцировали скремблированными кшРНК или двумя кшРНК, нацеленными на IRAK4 или NME1. ш, короткая шпилька. Клетки отбирали на 21 день, высевали в мягкий агар и инкубировали еще 21 день. Колонии окрашивали кристаллическим фиолетовым. ( B ) Для роста мягкого агара требуется устойчивый нокдаун NME1. Клетки HBE135 трансдуцировали кшРНК NME1 и высевали в матрицу мягкого агара через 4 или 17 дней после инфицирования.Число колоний представляет собой среднее значение трех (4 дня) или двух (17 дней) лунок ± SEM. ( C ) Колонии мягкого агара являются анеуплоидными. Отдельную колонию отбирали из мягкого агара в клетках, содержащих кшРНК NME1. Колонию увеличивали на несколько пассажей, и клетки фиксировали для анализа FISH, как описано на фиг. 4 B .

Поскольку только две из протестированных киназ способствовали образованию колоний мягкого агара при нокдауне, можно утверждать, что не хромосомная нестабильность была движущей силой этого фенотипа.Два свидетельства подтверждают идею о том, что рост в мягком агаре является результатом хромосомной нестабильности. Во-первых, образование колоний в мягком агаре в клетках, экспрессирующих кшРНК NME1, происходило только через 17 дней после инфицирования, а не через 4 дня после инфицирования (фиг. 5 B ). Это согласуется с нашей гипотезой о том, что для накопления соответствующих полезных хромосомных изменений требуется прохождение нескольких клеточных циклов. Во-вторых, генетическое содержание колоний мягкого агара явно анеуплоидно.Для клеток с кшРНК NME1 мы выбрали колонии мягкого агара из матрицы после 3 недель инкубации и размножили клоны на пластике для тканевой культуры; затем клетки готовили для FISH-анализа с подсчетом хромосом, как описано для фиг. 4 B . Как показано на фиг. 5 C для клеток из одной колонии мягкого агара, ядра намного более гетерогены, чем клетки после 4- или 17-дневной постинфекции (фиг. 4 B ). Нет никаких указаний на бимодальную популяцию диплоидов и тетраплоидов; вместо этого популяция, по-видимому, состоит из клеток, либо диплоидных по обеим хромосомам, либо анеуплоидных.Хотя мы не можем исключить возможность наличия другой основной причины роста в мягком агаре, эти результаты убедительно подтверждают гипотезу о том, что нокдаун наших киназных попаданий приводит к тетраплоидии и хромосомной нестабильности, что в определенных контекстах может способствовать формированию фокуса и независимому от закрепления рост.

Обсуждение

Используя комбинированный скрининг кДНК и shRNA в нетрансформированных диплоидных клетках, мы идентифицировали несколько киназ, которые регулируют хромосомную стабильность.В пилотном скрининге 250 кДНК киназ мы идентифицировали 13 киназ, избыточная экспрессия которых привела к увеличению плоидности. Известно, что из этих 13 киназ NEK2 и PLK1 действуют для поддержания стабильности хромосом, что подтверждает нашу стратегию скрининга (19–21). При скрининге библиотеки киназ shRNA мы получили список из 16 в значительной степени не охарактеризованных киназ, нокдаун которых в диплоидных клетках вызвал увеличение плоидности, среди которых был AURKB, нарушение регуляции которого, как известно, приводит к увеличению плоидности за счет неудачного деления клеток (22) .Таким образом, мы смогли подтвердить полезность обоих экранов путем идентификации известных регуляторов хромосомной стабильности. Однако важно отметить, что большинство идентифицированных нами генов не играют известной роли в поддержании целостности генома. Сканирование литературы показывает, что в дополнение к AURKB и NME1 (которые мы подробно рассмотрели в сопроводительной статье) было показано, что 9 из оставшихся 14 попаданий киназ из экрана потери функции каким-то образом дерегулированы в различные опухоли (23–31), что убедительно подтверждает физиологическое значение наших открытий для биологии опухолей.

Мы начали эту работу с предположения, что тетраплоидия является предшественником хромосомной нестабильности, предположение, которое было подтверждено нашей характеристикой последствий длительного нокдауна киназы. Фенотип митоза, наблюдаемый при нокдауне наших результатов скрининга shRNA, убедительно подтверждает существование хромосомной нестабильности. Мы наблюдали несколько случаев мультиполярных веретен с четырьмя полюсами, что может указывать на то, что тетраплоидная клетка претерпевает митоз. Чаще среди аномальных веретен было наличие трех полюсов веретена, что свидетельствовало о митозе анеуплоидной клетки.Это согласуется с возникновением множественных делений клеток после начального тетраплоидного митоза в течение нескольких недель после введения киназы shRNA. Помимо аномалий веретена, наблюдались различные ошибки сегрегации, включая дефекты захвата хромосом и отставание хромосом во время анафазы. Эти ошибки сегрегации согласуются с последствиями избыточных центросом в анеуплоидных клетках и считаются прямой причиной хромосомной нестабильности (32).Таким образом, нокдаун попаданий наших киназ приводит к тетраплоидии, а для некоторых попаданий киназ последующие митозы приводят к анеуплоидии и хромосомной нестабильности.

На основании наших экспериментов мы пришли к выводу, что тетраплоидные клетки, присутствующие через несколько дней после нокдауна киназы, перешли в анеуплоидное состояние в стабильных нокдаун клетках и в клетках, выделенных из мягкого агара. Однако мы не можем исключить возможность того, что неправильная сегрегация хромосом в диплоидной популяции в результате нокдауна киназы привела к образованию анеуплоидных клеток с пролиферативным преимуществом над остальной популяцией.В поддержку наших выводов предыдущая работа, в которой диплоидная и тетраплоидная популяции были разделены, показала, что тетраплоидная, а не диплоидная популяция способствовала онкогенезу (33).

Хромосомная нестабильность порождает неоднородность в популяции клеток, обеспечивая возможность быстрой адаптации к разным условиям. Наши эксперименты по формированию фокуса и мягкому агару были разработаны, чтобы проверить, достаточна ли эта гетерогенность, вызванная хромосомной нестабильностью, для развития опухолевидных характеристик.Эксперименты по формированию фокуса показали, что четыре киназных shРНК привели к значительному увеличению образования фокуса по сравнению с контролем. Кроме того, из этих shRNA только те, которые нацелены на IRAK4 и NME1, приводили к образованию колоний в мягком агаре с двумя уникальными shRNA. Формирование очага и результаты на мягком агаре согласуются с выживаемостью и размножением в мягком агаре, поскольку давление отбора намного сильнее, чем потеря контактного ингибирования.

В целом, эти результаты показали, что хромосомная нестабильность сама по себе недостаточна ни для потери контактного ингибирования, ни для роста, не зависящего от закрепления; явно есть дополнительные факторы.Одним из факторов является неспособность клеток переносить продолжительный нокдаун определенных киназ. При культивировании клеток, стабильно экспрессирующих shРНК киназы, мы обнаружили, что клетки, содержащие определенные shРНК (наиболее очевидно, против AURKB и RP6-213h29.1), либо не могли культивироваться для долгосрочных экспериментов, либо требовалось значительно больше времени для культивирования, прежде чем достаточно клеток. были получены для дальнейших экспериментов. В этом случае отрицательное влияние кшРНК на пролиферацию маскирует ее потенциальное положительное влияние на онкогенность.В таких случаях временное подавление киназы или пути, необходимого для пролиферации, может быть достаточным для создания уровня хромосомной нестабильности, который способствует онкогенезу. Примером такого феномена является работа на трансгенных мышах, сверхэкспрессирующих белок контрольной точки веретена MAD2. У трансгенных мышей, у которых опухоли уже сформировались в результате хромосомной нестабильности в результате сверхэкспрессии MAD2, отключение трансгена MAD2 не имело эффекта (34).

Второй способствующий фактор — это степень индуцированной хромосомной нестабильности.Одним из самых сильных хитов на наших экранах shRNA стал EIF2AK3. В последующих экспериментах было обнаружено, что нокдаун EIF2AK3 способствует увеличению (ниже порога значимости) мультиполярных митозов и значительному увеличению образования фокуса. Однако при скрининге образования колоний в мягком агаре мы обнаружили, что клетки, в которых EIF2AK3 был стабильно подавлен, образовывали меньше колоний, чем в контроле. Аналогичные наблюдения были сделаны с клетками, стабильно экспрессирующими shРНК против CAMK2B. В этих случаях можно представить, что стресс пролиферации с большой степенью хромосомной нестабильности усугубляется стрессом адаптации к росту, не зависящему от закрепления.В поддержку этого наблюдения работа на мышах со сниженной экспрессией центромерного моторного белка CENP-E показала, что положительный эффект анеуплоидии на онкогенность обратно пропорционален уровню анеуплоидии (35). Эти наблюдения предполагают, что взаимосвязь между хромосомной нестабильностью и туморогенезом гораздо больше, чем вопрос степени нестабильности.

В совокупности эта работа определила несколько факторов, которые могут играть роль на ранних стадиях онкогенеза, обусловленного хромосомной нестабильностью.В настоящее время проводятся эксперименты по размещению этих факторов в контексте передачи сигналов в клетках с использованием генетических и клеточно-биологических экспериментов. Мы ожидаем, что, понимая механизмы, с помощью которых приобретается хромосомная нестабильность, мы сможем лучше проследить прогрессию от нормальных диплоидных клеток к анеуплоидным опухолевым клеткам.

Материалы и методы

Клеточные линии и антитела.

Клетки

NL-20, HBE135 E6 / E7, Beas2B и 293T были получены из Американской коллекции типовых культур и культивированы в соответствии с инструкциями поставщика.Клетки Beas2B были субклонированы для создания тетраплоидных и диплоидных вариантов (в соответствии с проточной цитометрией и кариотипированием), а диплоидный вариант использовали во вторичных скринингах. Кариотип клеточных линий, используемых в скринингах, был проверен в центре цитогенетики онкологического центра Гарварда / Дана Фарбер. Для NL-20 100% исследованных клеток были близкими к диплоидным, а для HBE135 и Beas2B 90% были близкими к диплоидным. В качестве первичных используемых антител были антитела против α-тубулина (мышиный моноклональный TU01; Zymed Laboratories) и антиперицентрин (кроличий поликлональный; Covance).Вторичные антитела для иммунофлуоресценции были получены от Invitrogen и использованы в соотношении 1: 400.

Библиотека кДНК, библиотека shRNA, производство вирусов и инфекции.

Библиотека кДНК киназ была описана в другом месте (36), и киназы были экспрессированы из ретровирусного вектора на основе вируса мышиного лейкоза Молони. Библиотека киназной shRNA, используемая для скрининга, является подмножеством библиотеки лентивирусной shRNA в векторе LKO.1 от RNAi Consortium. Получение ДНК, трансфекции и методы подготовки вирусов были опубликованы в другом месте (37).Для первичного скрининга клеток NL-20 3000 клеток помещали в 96-луночный планшет. На следующий день в каждую лунку добавляли лентивирус вместе с полибреном 8 мкг / мл (Sigma). Планшеты центрифугировали при 1100 × g в течение 30 мин и инкубировали в течение ночи при 37 ° C. Через ≈16 ч вирус удаляли и добавляли свежую среду с 0,5 мкг / мл пуромицина (Sigma) или без него. Клетки инкубировали в общей сложности 4 дня с дополнительной заменой среды на 3 день постинфекции. Эффективность заражения оценивали путем добавления красителя жизнеспособности резазурина (Sigma) на 4-й день перед фиксацией клеток.

Анализ фиксации клеток и проточной цитометрии.

После измерения жизнеспособности клетки отделяли от чашки и один раз промывали PBS; Затем к осадку клеток добавляли 175 мкл ледяного 70% этанола (об. / Об.). Клетки готовили для анализа проточной цитометрией однократной промывкой PBS и окрашиванием 20 мкг / мл йодида пропидия (Sigma) / 20 мкг / мл РНКазы A (Sigma) в 0,1% Triton X-100 в течение 30 мин. Анализ проточной цитометрии 1000 событий проводили с использованием проточного цитометра Easycyte (Millipore).После сбора данных процент клеток, содержащих 2N, 2N – 4N, 4N,> 4N и 8N ДНК, был количественно определен для анализа данных и определения совпадений, подробности которых представлены в SI Text .

Благодарности

Мы благодарим Дж. Сойера за получение вируса киназы shRNA; А. Л. Конери, Дж. Денч, А. Рольфес и В. Эндедж за критическое прочтение рукописи; и члены E.H. лабораторию за полезные обсуждения. A.R.C. был поддержан постдокторской стипендией PF-07-030-01-CCG от Американского онкологического общества.

Сноски

• ² Кому следует направлять корреспонденцию. Электронная почта: eharlow {at} hms.harvard.edu.

• Вклад авторов: A.R.C. и Э. спланированное исследование; A.R.C. проведенное исследование; A.R.C. внесены новые реагенты / аналитические инструменты; A.R.C. и Э. проанализированные данные; и A.R.C. и Э. написал газету.

• Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

• Эта статья содержит вспомогательную информацию на сайте www.pnas.org/lookup/suppl/doi:10.1073/pnas.1010627107/-/DCSupplemental.

Доступно бесплатно в Интернете через опцию открытого доступа PNAS.

Новый предиктивный дискриминантный фактор для поведения солидных опухолей

Распределение пространственной неоднородности ядерной ДНК диплоидных клеток ДНК, окрашенных по Фельгену, было изучено методом визуальной цитометрии в мочеиспускании у 119 пациентов без опухоли мочевого пузыря (n = 20) и с исходным 23) или ранее (n = 76) диагностированная опухоль мочевого пузыря. Для каждого пациента повторные измерения ДНК проводились в течение 1–4 лет наблюдения.Для анализа использовались только клетки гистограмм диплоидной ДНК и диплоидные субпопуляции гистограмм анеуплоидной ДНК. Распределение неоднородности ДНК этих диплоидных клеток количественно оценивали с помощью статистических параметров каждого распределения ядерной оптической плотности. Дискриминантный анализ проводился на трех группах гистограмм ДНК. Группа А (n = 44): гистограммы анеуплоидной ДНК пациентов с опухолью мочевого пузыря. Группа D (n = 55): 38 гистограмм диплоидной ДНК 20 пациентов без опухоли мочевого пузыря (подгруппа D1) и 17 гистограмм диплоидной ДНК пациентов с единственной опухолью мочевого пузыря (подгруппа D2).Группа R (n = 27): гистограммы диплоидной ДНК пациентов с рецидивом опухоли мочевого пузыря. Статистически значимой дискриминантной функции для разделения D1 и D2 обнаружено не было. Однако первая каноническая дискриминантная функция C1 дифференцировала диплоидные клетки гистограмм диплоидной ДНК (группа D и группа R) от субпопуляций диплоидных клеток гистограмм анеуплоидной ДНК (группа A). Средние значения C1 составили 1,06, 0,84 и –1,45 для групп R, D и A соответственно. Вторая каноническая дискриминантная функция C2 дифференцировала гистограммы диплоидной ДНК пациентов с рецидивом опухоли мочевого пузыря (группа R) от гистограмм диплоидной ДНК пациентов без опухоли мочевого пузыря или без рецидива опухоли мочевого пузыря (группа D).Средние значения C2 составляли 1,78 и –0,76 для групп R и D соответственно. В 95% доверительном интервале частота повторного распознавания с использованием двух первых канонических дискриминантных функций C1 и C2 составила 86,4, 74,5 и 74,1% для групп A, D и R, соответственно. Процент правильно классифицированных «сгруппированных» случаев составил 78,6%. Таким образом, пространственное распределение неоднородности ДНК диплоидных клеток, по-видимому, количественно определяет вероятную генетическую нестабильность как функцию клинической эволюции, такой как рецидив опухоли, и предполагает возможное присутствие анеуплоидных стволовых линий в гетерогенной опухоли, даже если гистограмма диплоидной ДНК наблюдается в одном образце. .На основе стандартизованных коэффициентов канонической дискриминантной функции C1 и C2 предлагается индекс гетерогенности ДНК (2c-HI) для характеристики диплоидных клеток, обеспечивающий описательный и прогностический дискриминантный фактор для поведения солидной опухоли.

Авторские права

Авторские права © 1999 Hindawi Publishing Corporation. Это статья в открытом доступе, распространяемая по лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии правильного цитирования оригинальной работы.

Диплоид против гаплоида — dnareplicationsystem

В организме есть два типа клеток — гаплоидных клеток и диплоидных клеток . Разница между гаплоидными и диплоидными клетками связана с количеством хромосом, которые содержит клетка.

	Диплоид	Гаплоид
О себе:	Диплоидные клетки содержат два полных набора (2n) хромосом.	Гаплоидные клетки имеют половину количества хромосом (n), чем диплоидные, то есть гаплоидная клетка содержит только один полный набор хромосом.
Деление и рост клеток:	Диплоидные клетки размножаются путем митоза, создавая дочерние клетки, которые являются точными копиями.	Гаплоидные клетки являются результатом процесса мейоза, типа деления клеток, при котором диплоидные клетки делятся, давая начало гаплоидным зародышевым клеткам. Гаплоидная клетка сольется с другой гаплоидной клеткой при оплодотворении.
Примеры:	Кожа, кровь, мышечные клетки (также известные как соматические клетки)	Клетки, используемые при половом размножении, сперма и яйцеклетки (также известные как гаметы).

Краткое знакомство с хромосомой

Хромосома представляет собой структуру с двойной спиралью, которая содержит ДНК и белок в клетках. Это нить ДНК, которая содержит гены, обнаруженные в живых организмах. Он также содержит белки, которые помогают упаковать ДНК и контролировать ее функции.Гомологичная хромосома — это пара хромосом одинаковой длины, положения центромеры и образца окраски с генами одинаковых характеристик в соответствующих локусах (местоположении).

Определение

Поскольку плоидность относится к числу наборов хромосом в биологической клетке, клетка, содержащая два набора хромосом, известна как диплоидная клетка. У людей в общей сложности 23 пары хромосом, что в сумме составляет 46. (23 X 2) Двадцать две из этих пар являются аутосомными по своей природе, т.е.е. они придают несексуальные характеристики, а последняя пара известна как половая хромосома. С другой стороны, гаплоидная клетка — это та клетка, которая содержит только один набор хромосом. Гаплоидные клетки встречаются у различных водорослей, у различных самцов пчел, ос и муравьев. Гаплоидные клетки не следует путать с моноплоидными клетками, поскольку моноплоидное число относится к количеству уникальных хромосом в одной биологической клетке.

Мейоз

Все животные клетки имеют фиксированное количество хромосом в клетках своего тела, которые существуют в гомологичных парах (2n).Каждая пара хромосом состоит из одной хромосомы от матери и второй от отца. В процессе мейоза (деление клеток для полового размножения) половые клетки делятся, чтобы произвести «гаметы», которые затем содержат только один набор хромосом (n).

Когда мужская и женская гаметы сливаются во время оплодотворения и образования зиготы, число хромосом снова восстанавливается до 2n. Таким образом, диплоидных клеток — это те, которые содержат полный набор (или 2n количество) хромосом, тогда как гаплоидных клеток — это те, которые имеют половину количества хромосом (или n) в ядре.В клетках растений гаплоидная стадия или стадия n составляет большую часть жизненного цикла.

Какие клетки являются гаплоидными?

Гаметы или половые клетки представляют собой гаплоидные клетки (например, сперматозоиды и яйцеклетки), содержащие только один набор (или n) хромосом, а аутосомные или соматические клетки представляют собой диплоидные клетки, содержащие 2n количества хромосом. Количество хромосом (n) различается у разных организмов. У человека полный набор (2n) состоит из 46 хромосом.

Деление и рост клеток

Гаплоидные клетки образуются в процессе мейоза.Обратите внимание на то, что каждая клетка имеет половину хромосом по сравнению с родительской клеткой.

Гаплоидные клетки являются результатом процесса мейоза, типа редукционного деления клеток, при котором диплоидные клетки делятся, давая начало гаплоидным зародышевым клеткам или спорам. Во время мейоза диплоидная половая клетка делится, давая начало четырем гаплоидным клеткам за два раунда клеточного деления. Этот процесс не происходит у организмов (например, бактерий), которые размножаются посредством бесполых процессов, таких как бинарное деление.

В процессе размножения гаплоидные клетки (мужские и женские) объединяются, образуя диплоидную зиготу .Рост клеток — результат митоза; это процесс деления материнских клеток с образованием идентичных дочерних клеток с равным числом хромосом. Этот процесс немного отличается в разных типах клеток: клетки животных подвергаются «открытому» митозу с разрушением ядерной мембраны, тогда как такие организмы, как грибы и дрожжи, подвергаются закрытому митозу с неповрежденной ядерной мембраной.

Плоидия

Плоидия — это полный набор хромосом в клетке. У человека большинство соматических клеток находятся в диплоидном состоянии и переходят в гаплоидное состояние только в гаметах или половых клетках.У водорослей и грибов клетки переключаются между гаплоидным и диплоидным состоянием на протяжении своего жизненного цикла (известное как чередование поколений) и находятся в гаплоидном состоянии на основной стадии своего жизненного цикла.

Полиплоидия относится к состоянию, в котором присутствует несколько наборов хромосом. Это обычно наблюдается в клетках растений, но не в клетках животных.

Примеры

Сперматогоний (первичная половая клетка) является хорошим примером диплоидной клетки.

У животных гаплоидные клетки находятся в половых клетках.