II KROMOSOMIT JA SYTOGENETIIKKA

Veikko Sorsa: PERINNÖLLISYYSTIETEEN HISTORIAAII KROMOSOMIT JASYTOGENETIIKKAA. Esihistoriaa:Kromosomien löytäminen ja tutkimus onollut sidoksissa mikroskooppien japreparointitekniikan kehitykseen. Varhaisillamikroskoopeilla voitiin tutkia vain soluja: RobertHooke esitteli korkkisolun 1665, R. de Graaf löysiGraafin follikkelit 1672, A. van Leeuwenhoek näki270x suurentaneella mikroskoopillaan spermatozooit,protozooit ja bakteerit. J. Swammerdam 1679 seurasihyönteisen kehitystä ja Camerarius 1694 kuvasikasvien pölytyksen ja hedelmöityksen. Seuraavaedistysvaihe oli vasta 1800-luvulla; Robert Brownlöysi solun tuman 1828-31, M.J. Schleiden ja Th.Schwann 1838 esittivät yleisen soluteorian.Gregor Mendel löysi perintötekijät 1866, ja FriedrichMiescher nukleiinin 1869.B. Kromosomit ja kromatiini.Ensimmäiset kuvaukset kromosomeistajakautuvissa liljakasvien soluissa julkaisivat C.Nägeli ja W. Hofmeister 1840-luvulla. Nukleiinin,kromatiinin ja kromosomien yhteyttä tutkivat mm. E.Zacharias, W. Roux, W. Flemming ym. 1870-luvultalähtien.Strasburger, Zacharias ym.) 1875-1885. Nimitykset:kromatiini, mitoosi (Flemming), (ja mitoosin vaiheet;pro-, meta-, ana-, telo- ja interfaasi) vakiintuivat1884-1894. Mikroskooppien optiikka paraniratkaisevasti 1886, kun Ernst Abbe ja Otto Schottkehittivät Jena-lasin ja apokromaattisetöljyimmersio-objektiivit tulivat käyttöön.Kromosomi termin esitteli W. Waldeyer 1888, jakromosomien fiksointi- ja värjäysmenetelmiäkehitettiin (W. Flemming, E. Strasburger, M.Heidenhain ym.), van Beneden kuvasi meioosinpäävaiheet suolinkaiselta 1882-3.Lamppuharjakromosomeja tutkivat1882 lähtien mm. Flemming ja J.Rückert, jokalöysi niistä kiasmat (überkreutzung) 1892,Baranetzky kuvasi metafaasikromosomienkierteisyyden ja E. Balbiani löysi sääsken toukansylkirauhassolujen juovikkaatjättiläisrihmat 1890-91. H. Henking huomasikromosomiluvun n-2n-n-2n jne. vuorottelun ja löysiparittoman X-kromosomin 1891. Häcker kuvasidiakineesin 1897 ja meioosin profaasinvarhaisvaiheidenkin järjestys selvisi 1900-05(H.v.Winiwarter, V. Gregoire). Meioosi nimenkeksivät Farmer ja Moore 1905. 1880-luvulta lähtienkromatiini ja kromosomit yhdistettiin solujenperinnöllisyysilmiöihin (E.B.Wilson 1896).Kromosomit ja niiden jakautuminen (mitoosi)kuvattiin tarkasti vaiheineen eläimillä (W. Flemming,Theodor BoveriWalter Stanborough Sutton 1877-1916E. vanBeneden,OscarHertwigym.) sekäkasveilla(EduardC.

Veikko Sorsa: PERINNÖLLISYYSTIETEEN HISTORIAASytogenetiikan alku.Theodor Boveri, joka tutki mm.hevossuolinkaisen kromosomeja 1870-luvulta lätienhuomasi kromosomien esiintyvän pareina 2nvaiheessameioosissa. Varsinaisenkromosomipari-geenipari-teorianmendelismin selitykseksi esitti 1902-3 WalterStanborough Sutton (1877-1916), sekä Boveri1904. Sutton tutki Brachystola magna heinäsirkankromosomeja, joita aiemmin selvitti jo Wilsoninoppilas Elisabeth Montgomery.Sutton löysi vastinkromosomiparit, jotkasegregoituvat vapaasti meioosissa. Suttonin kirjoitusThe Chromosomes in Heredity Biol. Bull. 4, 231-511903 ei saanut ansaitsemaansa huomiota. Jopa hänenopettajansa Edmund Beecher Wilson (1856-1939),joka kirjoissaan jo 1896 ja 1900 yhdistääkromosomit, nukleiinin ja perinnöllisyyden, einäyttänyt ymmärtävän geenipari-kromosomipariteorianmerkitystä, vaikka toteaa, että geenit ovat pienempiäkuin kromosomit. 1900-luvun alun julkaisuissaanmuutkaan geneetikot eivät yleensä mainitse Suttoninteoriaa. (Esim. Kytkentäteorian esittäjä R.H. Lock1906, de Vries eräs mendelismin uudelleenlöytäjäesitelmissään 1905, tai Darbishire 1910, joka tekilaajat toistot Mendelin kokeista, Punnett: Mendelism1911, Bateson: Mendel´s principles of heredity1913, Castle: Heredity , 1911 eivät mainitseSuttonin selitystä mendelismille).Thomas Hunt Morgan, jonka tarkoituksena olietsiä mutaatioita kehitysteorian todistukseksi ei ehkäollut lainkaan kiinnostunut mendelis-mistä jakromosomeista, mutta alkoi uskoa Suttoninselitykseen mendelismistä elokuussa 1910, kunmuutamia saman kromosomin geenejä oli löydettybanaanikärpäsestä.Banaanikärpäsen mitoosikromosomejatutkivat 1914 mm. Nettie Stevens, C.B. Bridges jaMetz leikevalmisteista, mutta vastaBellingin Squash-menetelmän soveltaminenaivorakkulamitooseihin (Frolova) 1926 toi esiinmuutamia yksityiskohtia kuten deleetioita(Dobzhansky), joilla saatiin edes sentromeerien paikatkytkentäkarttoihin. 1933 alkanutsylkirauhaskromosomien kartoitus muutti tilanteentäysin Drosophila-sytogenetiikassa.Edmund Beecher Wilson 1856-1939Thomas Hunt Morgan 1907Sukupuolikromosomit.D.Hermann Henking löysi X-kromosomin 1891Pyrrhocaris-luteesta. Sama systeemi XO löydettiinmyös muista hyönteisistä, mutta sen ymmärrettiinliittyvän naarassukupuolen määräytymiseen vasta, kunNettie M. Stevens ja E.B. Wilson 1905 löysivätTenebriosta Y-kromosomin. 1906 Doncaster jaRaynor havaitsivat sukupuoleen sitoutuvanperiytymisen, Durham ja Marryat löysivätnaaraspuolisen heterogametian perhosista ja linnuista.Eleanor Carothers seurasi 1913 Brachystola magnan

Veikko Sorsa: PERINNÖLLISYYSTIETEEN HISTORIAAX-kromosomin ja tunnistettavanautosomin segregaatiota ja huomasi,että X ja tietty A joutuvat 50%samaan tytärsoluun, näin hän vahvistisukupuolen kromosomaalisenmääräytymisen, sekä myös Suttoninidean perustan kromosomien vapaastaorientaatiosta meioosissa.Drosophilan XY-tyyppinenmääräytyminen selvitettiin vähitellen1915-1934. Melandriumin XY-tyyppiselvitettiin 1938 (Westergaard,Warmke & Blakeslee). Ihmisen XYtyypinyksityiskohdat selvisivätmyöhemmin.E. Ihmisen kromosomiluku jamitoosikromosomitutkimus.Sajiro Makinon Kromosomiatlas 1951 kirjaaihmisen kromosomilukujen määrityksiä aina 1890-luvulta saakka. Leiketekniikalla vuosina 1890-1920saatiin hyvin vaihtelevia lukuja 8-50, usein kuitenkinluvun 12 kerrannaisia; 24, 48. Hans von Winiwarter1912 sai luvuksi 2n=47 spermatogooniosoluista ja2n=48 oogooniosoluista (XO-tyyppi) Vasta J.Belling´in 1921 kehittämä squash-menetelmä antoimahdollisuuden tarkennuksiin: T.S. Painter (,jokaparemmin tunnetaan sylkirauhaskromosomienselittämisestä) sai squash-tekniikalla muutamistavalmisteista 1922 esille kromosomiluvun 46, mutta eiollut varma, ja myöntyi 1923 vanhaan käsitykseen2n=48. Uudet parannetut menetelmät, kutenhypotoniakäsittely (Eleanor Slifer 1934,Hughes 1952, T.C. Hsu 1952, Makino jaNishimura 1952, Hsu ja Pomerat 1953,)kolkisiinin käyttö (Avery 1937, Levan 1938 ym.)ja kudosviljely (Kemp 1929, Chrustschoff ja Berlin1935, Andres ja Navashin 1936,) sekä näidenmenetelmien sopiva yhdistely johtivat 1955-56oikeaan määritykseen Lundissa.Joe Hin Tjio ja Albert Levan saivatembryosoluviljelmästä luvun 2n=46, jonka pianosoittivat oikeaksi mm. Charles Ford ja JohnHamerton ym. 1956. Tästä alkoi myös nopea kehityskromosomilukupoikkeamien selvittämisessä;Downin syndrooma (Jerome Lejeune 1957) yms. jasamalla alkoi ihmisen normaalin karyogrammintarkentaminen ja sen pienempienkin muutostenanalysointi. Mary F. Lyon ja L.B. Russell 1961keksivät selityksen Barrin bodylle; toisen X:nheterokromatisaatio naisilla. Suuri vaikeus oliAlbert Levan ja Joe Hin TjioCharles FordJeromeLejeune

Veikko Sorsa: PERINNÖLLISYYSTIETEEN HISTORIAA1960-luvulla , että vain kromosomit 1,2,3,16 ja Yvoitiin aina varmuudella identifioida karyotyypissä ns.traditionaalisin menetelmin.Mary F. LyonF. Raitavärjäystekniikat.1960-luvun lopulla Sidney Farber (ChildrenCancer Research Foundation, USA) kutsui avustajaksiTorbjörn Casperssonin Tukholmasta. Casperssontotesi, että oli välttämätöntä kehittää, jokin uusivärjäys tuomaan mitoosin metafaasi-kromosomeihinlisää yksityiskohtia. C. halusi kehittää värin, jokailmaisee kromosomien GC ja AT-rikkaat alueetyhdistämällä fluoresenssiväriin alkyloivankomponentin, jonka hän uskoi värjäävän erityisestiGC-alueet. CCRF:n biokemisti Ed Modest syntetoiQM (quinacrine mustard) yhdisteen. Tukholmassa sitäkokeiltiin Casperssonin ja Lore Zechin johdollaScillan, Vician ym. kromosomeihin, jolloin saatiinsamoihin kromosomeihin aina sama poikkiraitakuvio.Sovellutus ihmiskromosomeihin antoi myös toivotuntuloksen, raitavärjäysten nopea kehitys alkoi.Kun Bernard Weisblom, de Haseth, Hänssler ym.1972-74 kokeilivat eri väriaineita synteettisiin AT- jaGC-rikkaisiin valmisteisiin, he huomasivat että QMaiheuttaakin voimakkaan fluoresenssin AT-rikkaassaDNA:ssa. Pearson et. al. 1970, Alfred Gropp ja I.Hilwig 1972 huomasivat, että dibenzimidatsoli =33258 HOECHST antaa paremman ja hitaamminhäviävän fluoresenssin kuin QM ja Q (quinacrinehydrochloride = atebriini). Nopeaan tahtiin kehiteltiin1970-luvun alussa joukko raitavärjäyksiä, joillePariisin konferenssissa määritettiin luokittelu janimistö:QM-banding; Caspersson, Farber, Foley,Kudynowsky, Modest, Simonsson, Wagh & Zech1968. - Q- : Hilwig & Gropp 1972, R- ;Sehested -74, T- ; Dutrillaux -73, F- ;Rodman et al. 1973, C- ; Arrighi, Hsu et. al. 1971,Sumner 1972, josta variaatioita mm. Yunis et al.1971, M. Bobrow et al. 1972, Eiberg 1974,Wyandt et al. -76 jne. N- ; Matsui & Sasaki1973, NOR- silverstain; muita mm. Goodpasture &Bloom 1975, G- (Giemsa); Maximo Dreds &Margery Shaw 1971, A.T. Sumner ym. 1971,Schnedl 1971, sekä G:n variaatioita eri esikäsittelyillämm. Dutrillaux ym. 1971, Seabright 1971.Giemsa- väri on muunnelma saksal.tropiikkilääkärin Gustav Giemsan hemato-logisestamalaria-loisvärjäyksestä ( alunperin sovellettuRomanowskyn värjäys; metyylisini+eosiini, jostaGiemsa huomasi, että varsinainen kromatiini väri onTorbjörnCasperssonGustavGiemsa

Veikko Sorsa: PERINNÖLLISYYSTIETEEN HISTORIAAmetyleeniazuuri=azuuri+eosiini+glyseroli+metanoli). Giemsa värjäys tuliuudelleen tunnetuksiverisoluviljelmien kehittämisenyhteydessä ( Peter Nowell jaPaul Moorhead ym.1969 ) javarsinkin senjälkeen kun FrancesArrighi ja T.C. Hsu kehittivät C-banding-värjäyksen (ColoradoSpringsin kokous -70) julkaisu1971. C-banding värjäyksen ideanhe saivat työskennellessään Yalenyliopistossa Mary Lou Parduenja Joseph Gall ´in kehittäessäRNA-DNAhybridisaatiomenetelmää,jolla sittemmin paikannettiinmm. NOR alueita hiirellä (Pardue& Gall) ja ihmisellä (John Evans Joseph Gall& ML. Pardue 1973) sekä monillanisäkkäillä (Pardue & Hsu).BUdr- +Giemsa; Zaharov ja Egolina 1972huomasivat värjäytymiseron tytärkromosomeissa ,josta Samuel Latt kehitti edelleen SCEharlekiinivärjäyksen: BUdr+Giemsa tai 33258Hoechst.Raitavärjäys- ym. uudet tekniikat ovat tulleeterityisesti käyttöön myös syöpäsolututkimuksessa janisäkkäiden kromosomievoluution selvittämisessä.Esim. sveitsiläinen geneetikko Robert Matthey onlaajalti selvittänyt nisäkäspopulaatioidenkromosomivaihtelua. Ruotsal. geneetikko ArneMüntzing osoitti jo 1932 myös kromosomitutkimuksenavulla uuden lajin syntymisen aiempienristeyminä, islantil. Askell Löve ja monet muuttutkijat ovat selvittäneet polyploidian levinneisyyttä jamerkitystä kasvilajien evoluutiossa.Kromosomitutkimusten määrästä ja laajuudesta saakäsityksen esim. kromosomilukuja esittelevistäkirjoista, joista mainittakoon esim. Makinontoimittama kromosomiatlas, Darlingtonin ja Wylienatlas kasvikromosomeista, sekä Darlingtonin laajatyhteenvedot sytogenetiikasta mm. 1937.Uudemman sytogenetiikan tärkeitä aloja ovatolleet mm. interfaasisolujen tutkimus, erisyklistensolujen fuusiot, eri solukantojen fuusiot l.soluhybridisaatio jne.Mary Lou PardueG. Yleistä henkilö- ja tapahtumahistoriaa.1900 Mendelin lait uudelleenlöydetään1902-3 Sutton-Boverin geeniparikromosomipariteoria1903 Waldeyer määritteli sentromeerien tehtävänArne Müntzing jaRobert Matthey

Veikko Sorsa: PERINNÖLLISYYSTIETEEN HISTORIAA1906 R.H.Lock esitti kytkentäteorian1909 F.A. Janssens esitti kiasmatyyppiteoriansa1910 Morganin ryhmä löysi ensimmäiset mutaatiotDrosophilasta1911 W.R.B. Robertson löysi ensimmäisetkromosomifuusiot, R:in translokaatiot1912-13 Drosophilan crossover-kartoitusalkaa kaikissa kromosomeissa1914 C.B. Bridges huomasi nondisjunktion1914 Robert Feulgen keksi DNA-värjäyksen, jostakehitettiin kromosomiväri(Feulgen ja Rossenbeck 1924)1915 Maissin geenien ja kromosomien kartoitusalkoi Cornell´in yliopistossa (Emerson,Shull,Beadle, Rhoades,MacClintock,Creightonym.)Morgan,Bridges,Sturtevant &Muller:”Mechanism of Mendelian Heredity”1919 T.H. Morgan: kytkentäryhmien luku on samakuin haploidi kromosomiluku1919 Bridges löysi Drosophilan kromosomeistaduplikaatioita1920 Blakeslee,Belling ja Farnham löysivättrisomian Daturasta1923 Bridges löysi Drosophilan kromosomeistatranslokaationWinge havaitsi monosomian vehnästäSvedberg rakensi ensimmäisenultrasentrifuugin