Сестринский хроматидный обмен

Сестринский хроматидный обмен (СХО) — это обмен участками между сестринскими хроматидами одной хромосомы. Процесс обмена происходит во время S-фазы клеточного цикла путём гомологичной рекомбинации между сестринским хроматидами, генетическая информация при этом остаётся неизменной.

Сестринские хроматидные обмены выявляют в метафазах второго клеточного деления после добавления к пролиферирующим клеткам модифицированных нуклеозидов, способных после фосфорилирования встраиваться в ДНК при репликации. В качестве таких нуклеозидов используют, как правило, аналоги тимидина, такие как 5-бромдезоксиуридин или 5-этинилдезоксиуридин.

Впервые сестринские хроматидные обмены увидел американский генетик Джеймс Г. Тейлор (англ. J. Herbert Taylor) в 1958 году в апикальных клетках корня лилийного растения Bellevalia romana^[1]. В качестве модифицированного аналога тимидина он использовал тимидин, меченый тритием^[2].

Сестринские хроматидные обмены происходят спонтанно, их средняя частота в лимфоцитах человека в норме составляет 3—4 на клетку. Повышение частоты сестринских хроматидных обменов происходит при воздействии факторов, вызывающих репликативный стресс, поперечные сшивки ДНК или блокировку репликационной вилки^[3]. Повышенная частота сестринских хроматидных обменов обнаружена в клетках больных синдромом Блума^[4].

• 
  Схематическое изображение сестринского хроматидного обмена
• 
  Сестринские хроматидные обмены в клетках HeLa
• 
  Сестринские хроматидные обмены в ЭСК человека.

Для получения дифференциальной окраски хроматид клетки культивируют in vitro в присутствии бромдезоксиуридина в течение двух клеточных циклов. В результате этого получаются хромосомы, у которых тимидин в одной хроматиде замещён бромдезоксиуридином в обеих цепях ДНК, а в сестринской хроматиде — только в одной из цепей. После этого препарат метафазных хромосом, полученный из таких клеток, красят фотосенсибилизирующим флуоресцентным красителем Hoechst33258 и облучают ультрафиолетовым светом, вследствие чего происходит фотодеградация ДНК^[5]. Хроматида, в которой тимидин замещен в обоих цепях ДНК, становится неспособной связывать краситель Гимза и остаётся при окраске бледной, а хроматида, в которой бромдезоксиуридин присутствует только в одной цепи ДНК, способна окрашиваться как обычный хроматин и станет тёмной при окраске. Полученную окраску называют дифференциальной окраской сестринских хроматид^[1]. Дифференциальную окраску сестринских хроматид иногда называют арлекиновой окраской.

• Захаров А. Ф., Бенюш В. А., Кулешов Н. П., Барановская Л. И. Хромосомы человека. Атлас. — М.: Медицина, 1982. — 263 с.
• Коряков Д. Е., Жимулев И. Ф. Хромосомы. Структура и функции. — Новосибирск: Из-во СО РАН, 2009. — 258 с. — ISBN 978-5-7692-1045-7.
• Mezzanotte, R., and Nieddu, M. A Historical Overview of Bromo-Substituted DNA and Sister Chromatid Differentiation // Functional Analysis of DNA and Chromatin / J. C. Stockert, J. Espada, and A. Blázquez-Castro. — Totowa, NJ: Humana Press, 2014. — С. 88—89. — (Methods in Molecular Biology). — ISBN 978-1-62703-705-1.