Гетеро-, эухроматин и половой хроматин
Наиболее подходящей фазой для исследования хромосом является метафаза митоза. Для изучения хромосом чаще используют препараты кратковременной культуры крови, полученные через 48—72 ч после взятия крови, но могут быть использованы клетки костного мозга и культуры фибробластов.
При приготовлении препаратов хромосом к культуре клеток добавляют колхицин, который разрушает веретено деления и останавливает деление клетки в метафазе. Затем клетки обрабатывают гипотоническим раствором, после чего их фиксируют и окрашивают.
Для окраски хромосом чаще используют краситель Романовского —Гимзы, 2 % ацеткармин или 2 % ацетарсеин. Они окрашивают хромосомы целиком, равномерно (рутинный метод) и могут быть использованы для выявления численных аномалий хромосом человека (45, 47 и т. д.).
Для получения детальной картины структуры хромосом, идентификации (определения) отдельных хромосом или их сегментов используют различные способы дифференциального окрашивания. Один из них — G-метод: по длине хромосомы выявляется ряд окрашенных и неокрашенных полос. Чередование этих полос и их размеры строго индивидуальны и постоянны для каждой пары гомологичных хромосом, поэтому при дифференциальной окраске можно легко определить, к какой паре относится хромосома, если даже пары сходны между собой по размерам и форме. Например, хромосомы 13, 14, 15-й пар трудно отличить при равномерной окраске, а при дифференциальной — рисунок исчерченности (чередование и размер темных и светлых полос) неодинаков (см. рис. 8).
Рис.8 Схематические карты хромосом человека при их дифференциальной окраске.
Хроматин клеточного ядра подразделяется на два основных типа: на эу- и гетерохроматин. Это наследственный материал различной степени спирализации и упаковки белками различной степени конденсации.
Эухроматин (от греч. ей — полностью и chroma — цвет) в метафазных хромосомах виден в виде светлых полос. В интерфазе (между делением клетки, когда ядро оформленное) находится в деспирализованном состоянии, то есть образует невидимые в световой микроскоп фибриллы (от новолат. fibrilla — волоконце, ниточка). Как правило, в эухроматине находятся структурные активные уникальные гены, которые контролируют развитие признаков организма. Эухроматин менее плотно упакован и доступен для ферментов РНК-полимераз, обеспечивающих синтез и-РНК, а затем синтез белков.
Гетерохроматин определяется в метафазных хромосомах при дифференциальном окрашивании в виде темных полос различных размеров, состоящих из конденсированной (спирализованной) плотно упакованной молекулы ДНК. Даже в интерфазном ядре гетерохроматин в виде глыбок хорошо виден в световой микроскоп. Чаще всего он расположен вокруг ядрышка и около ядерной оболочки. Переписывания информации и-РНК с данных участков не происходит. Эти гены неактивны.
Различают также структурный и факультативный гетерохроматин. Структурный гетерохроматин в интерфазном ядре спирализован, плотно упакован и в метафазных хромосомах постоянно обнаруживается вокруг центромеры всех 46 хромосомах (составляет около 13 % от генома). Расположение темных полос для каждой пары хромосом строго индивидуально. Функция структурного гетерохроматина в целом пока неясна.
Факультативный гетерохроматин появляется в интерфазном ядре не всегда. Он представляет собой спирализованный эухроматин. В метафазных хромосомах факультативный гетерохроматин не обнаруживают. Например, в ядрах клеток женщин в диплоидном наборе имеется две Х-хромосомы, одна из которых полностью инактивирована (спирализована, плотно упакована) уже па ранних этапах эмбрионального развития и видна в виде глыбки гетерохроматина, прикрепленного к оболочке ядра. Благодаря этому женские и мужские организмы уравновешиваются по количеству функционирующих генов, сцепленных с полом, так как у мужчин одна Х-хромосома и одна доза генов Х-хромосомы. Инактивированная Х-хромосома называется половым хроматином или тельцем Барра. Половой хроматин обычно определяют путем анализа эпителиальных клеток в соскобе слизистой оболочки щеки. Отсутствие тельца Барра у женщин свидетельствует о хромосомном заболевании — синдроме Шерешевского —Тернера (кариотип 45, ХО). Присутствие у мужчин тельца Барра свидетельствует о наследственном заболевании - синдроме Клайнфельтера (кариотип 47, XXY).
Ученые считают, что в клетках по мере специализации все большее число генов инактивируется (выключается), эухроматин переходит в гетерохроматин.