thumb|Célula metafásica positiva para el reordenamiento bcr/abl usando la técnica FISH. La citogenética es una rama de la genética y de la citología, que se ocupa del estudio de la estructura y función de los cromosomas, y de cómo estos se relacionan con el comportamiento celular. Las técnicas de estudio que utiliza son: la obtención de cariotipos, el análisis de cromosomas mediante cariograma con técnicas de bandeado, así como la citogenética molecular mediante la hibridación fluorescente in situ (FISH) y la hibridación genómica comparativa (CGH).
Historia Inicios
miniatura |300px |Fleming 1882 miniatura |300px |Fleming 1882 Los primeros pasos en la citogenética se dieron a finales del . En 1842 el botánico suizo Nägeli registró cuerpos dentro de los núcleos celulares de plantas, e independientemente el científico belga Beneden en lombrices del género Ascaris.
En 1869 Miescher aisló del núcleo celular una sustancia molecular pesada y fosforada a la que llamó nucleína. En 1882 Walther Flemming definió inicialmente «...la sustancia que constituye los núcleos interfásicos y que muestra determinadas propiedades de tinción...» denominada cromatina, que está conformada esencialmente por lo que ahora denominamos «cromosomas». En 1888 von Waldeyer, anatomista alemán, acuñó el nombre cromosoma para los cuerpos teñidos. En 1889 Altman caracterizó a la nucleína como ácido orgánico y la llamó ácido nucleico, hoy ADN.
La siguiente etapa tuvo lugar tras el desarrollo de la genética a principios del , cuando se dedujo que el conjunto de cromosomas (el cariotipo) era el portador de los «genes». En 1902-1903 Theodor Boveri y Walter Sutton propusieron por separado, un concepto fundamental, la relación de la herencia de las características y los cromosomas (Teoría cromosómica de la herencia).
Levitsky parece haber sido el primero en definir el cariotipo humano como la apariencia fenotípica de los cromosomas somáticos, en contraste con su contenido genético. Cambió su opinión más tarde de 46 a 48, e insistió de manera acertada en que el hombre tenía un sistema de determinación del sexo XX/XY.
miniatura |240px |Barbara McClintock en 1947 En 1931 las investigadoras McClintock y Creighton demostraron que la recombinación citológica de cromosomas, tenía correlación con la recombinación de los rasgos genéticos (postulación de los genes) citogenetista del maíz. Antes de este descubrimiento, se postulaba que la recombinación genética podría ocurrir durante la meiosis. En 1931 McClintock publicó el orden de tres genes del cromosoma 9 de maíz, mediante la cartografía genética resultante del entendimiento del mecanismo del ligamiento y entrecruzamiento. Este estudio permitió la publicación de Creighton sobre este tema. Desarrolló técnicas para visualizar y caracterizar cromosomas de maíz, una técnica basada en la tinción con carmín para la visualización de cromosomas mediante microscopía óptica, mostrando por primera vez la morfología de los diez cromosomas del maíz. Estudiando esa morfología, fue capaz de relacionar caracteres que se heredaban conjuntamente con segmentos cromosómicos (análisis del ligamiento). En 1933 realizó un estudio citogenético del centrómero, mostrando su organización y función.
Joe Hin Tjio, que trabaja// en el laboratorio de Albert Levan,--> fue el responsable de encontrar el enfoque:
Se necesitaban nuevas técnicas para resolver definitivamente el problema: Utilizando células en cultivo; Pretratando células en una solución hipotónica, que penetra y dispersa los cromosomas; Deteniendo la mitosis en metafase con una solución de colchicina; Aplastando la preparación para forzar a los cromosomas a ponerse en un mismo plano; Troceando una fotomicrografía y organizando el resultado en un cariograma indiscutible.
Hasta 1956 no fue generalmente aceptado que el cariotipo del humano incluía solamente 46cromosomas. Encyclopædia Britannica, The Human Chromosome Y algo muy importante, que los grandes primates tenían 48 cromosomas. Se maneja la hipótesis que el Cromosoma 2 (humano) se habría formado mediante la fusión de cromosomas ancestrales, lo que habría reducido el número del cariotipo. Evolution Pages, Chromosome fusion OPEN
Aplicaciones de la citogenética Trabajos de McClintock con el maíz Barbara McClintock empezó su carrera como citogenetista del maíz. En 1931 McClintock y Harriet Creighton demostraron que la recombinación citológica de cromosomas marcados tenía correlación con la recombinación de rasgos genéticos (genes). McClintock, mientras estaba en el Instituto Carnegie, continuó sus estudios previos sobre los mecanismos de rotura de cromosomas y fusión en el maíz. Identificó un evento particular de rotura cromosómica que siempre ocurría en el mismo locus en el cromosoma 9 del maíz, al que denominó "Ds" o locus de "disociación". McClintock continuó su carrera en citogenética estudiando la mecánica y la herencia de los cromosomas rotos y anulares (circulares) del maíz. Durante su trabajos de citogenética, McClintock descubrió el gen saltarín, una secuencia de ADN que puede moverse a diferentes partes del genoma, hoy llamados transposones, un hallazgo que finalmente la llevó a ganar el Premio Nobel en 1983. OPEN
Poblaciones naturales de Drosophila En la década de 1930 Dobzhansky y sus colaboradores tomaron Drosophila pseudoobscura y D. persimilis de poblaciones silvestres en California y estados vecinos. Usando la técnica de Painter estudiaron los cromosomas politénicos y descubrieron que las poblaciones silvestres eran polimórficas para las inversiones cromosómicas. Todas las moscas se parecían a cualquiera de las inversiones que portaban: este fue un ejemplo de polimorfismo críptico.
Rápidamente se acumularon pruebas que demostraban que la selección natural era la responsable. Usando un método ideado por L'Heretier y Teissier, Dobzhansky crio poblaciones en jaulas de cría, que permitía alimentarlas, que se reprodujeran y la toma de muestras de las mismas al mismo tiempo que se evitaba que escaparan. Esto tenía la ventaja de descartar la migración como una posible respuesta a los resultados. Las poblaciones que tenían inversiones de frecuencia inicial conocida se podían mantener en condiciones controladas. Se encontró que los diferentes tipos de cromosomas no fluctuaban al azar, como harían de ser idealmente neutros, sino que se ajustaban a algunas frecuencias en las que se estabilizaban. Cuando Dobzhansky publicó la tercera edición de su libro en 1951Dobzhansky T. 1951. Genetics and the origin of species. 3rd ed, Columbia University Press, New York. estaba convencido de que la morfología de los cromosomas se mantenía en la población por la ventaja de selección de los heterocigotos, como en la mayoría de los polimorfismos.Dobzhansky T. 1970. Genetics of the evolutionary process. Columbia University Press N.Y.[Dobzhansky T.] 1981. Dobzhansky's genetics of natural populations. eds Lewontin RC, Moore JA, Provine WB and Wallace B. Columbia University Press N.Y.
Lirios y ratones El lirio es uno de los organismos favoritos para el examen citológico de la meiosis, ya que sus cromosomas son grandes y cada etapa morfológica de la meiosis se puede identificar fácilmente con el microscopio. Hotta, Chandley et al. presentaron evidencia de un patrón común de síntesis de corte y reparación de ADN en células meióticas masculinas de lirios y roedores durante las etapas de meiosis cigoteno-paquiteno, cuando se presumía que ocurría el entrecruzamiento (crossing over). La presencia de un patrón común entre organismos tan distantes en la filogenia como el lirio y el ratón, llevó a los autores a concluir que la organización del entrecruzamiento meiótico al menos en los eucariotas superiores, probablemente tenga una distribución universal.
Anomalías numéricas humanas y aplicaciones médicas
thumb|Traslocación Philadelphia t(9;22)(q34;q11.2) vista en leucemia mieloide crónica. thumb|translocación 9;11 asociada a AML. Con la aparición de los procedimientos que permitían una fácil enumeración de los cromosomas (cariograma), rápidamente se hicieron descubrimientos relacionados con los cromosomas aberrantes o el número de cromosomas. En algunos trastornos congénitos, como el síndrome de Down, la citogenética reveló la naturaleza del defecto cromosómico: una trisomía "simple". Las anormalidades que surgen de eventos de no disyunción pueden causar células con aneuploidía (adiciones o deleciones de cromosomas completos) en uno de los padres o en el feto. En 1959, Lejeune descubrió que los pacientes con síndrome de Down tenían una copia adicional del cromosoma 21. El síndrome de Down también se conoce como trisomía 21.
Otras anomalías cromosómicas descubiertas son las anomalías en cromosomas sexuales. Una hembra que solo posea un cromosoma sexual (el X) padece el síndrome de Turner, un cromosoma X de más en un varón, con 47 cromosomas en total, padece el síndrome de Klinefelter. Muchas más combinaciones pueden aparecer sin ser letales como XXX, XYY y XXXX. La capacidad de los mamíferos para tolerar aneuploidías en cromosomas sexuales deriva de la capacidad de inactivarlos, que se necesita en hembras normales para compensar el tener dos copias del cromosoma. No todos los genes del cromosoma X se inactivan, lo que responde a por qué se observa una diferencia fenotípica en individuos con cromosomas X extra.
La trisomía del 13 se relaciona con el síndrome de Patau y la del 18 con el síndrome de Edward.
En 1960, Peter Nowell y David HungerfordNowell PC, Hungerford DA. "A minute chromosome in human chronic granulocytic leukemia". pp. 1497–1501 in descubrieron un pequeño cromosoma en los glóbulos blancos de pacientes con leucemia mieloide crónica (LMC, Chronic myelogenous leukemia). Este cromosoma anormal se denominó cromosoma Filadelfia, ya que ambos científicos estaban realizando su investigación en Filadelfia, Pensilvania. Trece años más tarde, con el desarrollo de técnicas más avanzadas, Janet Rowley demostró que el cromosoma anormal era el resultado de una translocación de los cromosomas 9 y 22. La identificación del cromosoma Filadelfia por citogenética es un diagnóstico de CML.
Además, actualmente esta ciencia se está volcando en el uso de sus técnicas, y especialmente la citogenética molecular, para el pronóstico y el diagnóstico de diversos tipos de cáncer. En algunos tipos de cáncer, concretamente en noeplasias hematológicas, los citogenéticos pueden determinar qué translocaciones cromosómicas están presentes en las células malignas, facilitando el diagnóstico y la susceptibilidad al tratamiento (por ejemplo el mesilato de imatinib en casos del cromosoma Filadelfia). En cuanto a otras enfermedades destacan las neoplasias y las hematopatías como diana de las técnicas de citogenética más destacadas.
Aplicaciones en diagnóstico molecular Dependiendo del tipo de muestra que se tome, se podrá dar un diagnóstico sobre uno o varios casos concretos:
+TIPO DE MUESTRAAPLICACIONESSangre/células mucosa bucalEvaluar a una pareja con antecedentes de infertilidad o abortosEvaluar una apariencia anormal del cuerpo que sugiere una anomalía genéticaCélulas médula óseaAnálisis casos de leucemia y linfomas Células fetales en líquido amnióticoDiagnóstico prenatal para evaluar anomalías cromosómicas en un feto en desarrolloCélulas embrionariasDiagnóstico genético preimplantatorio en técnicas de reproducción asistida
Aparición de las técnicas de bandeo thumb|250px|Cariotipo humano de varón.