染色体与染色体病

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1、染色体与染色体病,(Chromosome & Chromosomal Disease),第一节 正常核型,大量实验研究证明，染色体是种的标志。各种生物的染色体数目和形态是恒定的。即同种生物的染色体数目和形态都相同，不同种生物则不同。因此，对人类染色体的识别，是依据正常人类染色体的固有形态特征和数目进行对照分析，这是确定和发现染色体异常和染色体畸变综合征的基本手段和诊断基础。,人类染色体,一 、人体染色体的形态,染色单体,次级缢痕,短臂（p）,长臂（q）,随体,常染色质区,端粒(异染色质区),随体柄(次级缢痕),着丝粒(初级缢痕),中期染色体结构,初级缢痕（主缢痕）： 着丝粒所在部位两染色单体缩

2、窄。 次级缢痕（副缢痕）： 有的染色体在长、短臂上还存在缩窄区或浅染区，称为副缢痕。 随体： 大部分近端着丝粒染色体短臂末端有一球形小体，借柄部与染色体主体称为随体。,NOR： 近端着丝粒染色体随体和短臂相连的柄部含有rDNA，可转录形成rRNA,与核仁形成有关，也称核仁组织者区。 端粒（telomere）： 染色体端部特化部位，由端粒DNA和端粒蛋白构成。 功能:1. 维持染色体结构稳定； 2. 保持各条染色体彼此不相粘接； 3. 有助于同源染色体配对和染色单体互换。,染色体的四种类型：,二、核型分析 核型（karyotype） ： 一个体细胞（somatic cell）中的全部染色体称为核

3、型。确切的说核型是指是一个体细胞内的全部染色体按其大小和形态特征排列所构成的图像。 对这种图像进行分析称为核型分析。,核型描述： 按国际标准，正常核型的描述包括两部分：第一部分为染色体总数，第二部分为性染色体组成，两者之间用“，”隔开 : 正常男性的核型：46，XY 正常女性的核型：46，XX 异常核型的描述除包括以上两部分外，还包括畸变情况，也是用“，”与前面部分隔开。,（一）非显带核型,丹佛 (Denver) 体制。 规定每一条染色体可通过相对长度、臂率和着丝粒指数等三个参数予以识别；常染色体按长度递减的次序以122号编号，性染色体则称为X和Y。另外人类的46条染色体应根据长度递减顺序和着

4、丝粒位置划分为7个易区分的组，即以字母AG表示7组染色体，并决定将副缢痕和随体作为识别染色体的辅助指标。,人类染色体核型特点（Denver）,（二）显带核型 1968年，Caspersson建立染色体显带技术。 显带技术（banding technique）： 用各种特殊的染色方法使染色体沿长轴显现出明暗或深浅交替带纹带（band）。 带型（banding pattern）： 将人类24种染色体所显示各自特殊全部带纹，称为带型。,显带染色体界标、区、带命名示意图,人类染色体的显带核型,常见带型的类型、特点及临床应用,1.Q带（Q banding）： Q显带用芥子喹吖因（QM）或盐酸喹吖因（QH

5、）等荧光染料对染色体标本进行染色，然后在荧光显微镜下进行观察。但Q带保存时间短，而且需要在荧光显微镜下进行观察，因而，限制了Q显带技术的应用。,2.G显带（G banding）： 染色体标本用热、碱、蛋白酶等预处理后，再用Giemsa染色，可以显示出与Q带相似的带纹。在光学显微镜下，可见Q带亮带相应的部位，被Giemsa染成深带，而Q带暗带相应的部位被Giemsa染成浅带。这种显带技术称为G显带。G显带克服了Q显带的缺点，G带标本可长期保存，而且可在光学显微镜下观察，因而得到了广泛的应用，是目前进行染色体分析的常规带型。,正常男性染色体 46, XY,正常女性染色体 46，XX,G显带核型分析

6、,3.R显带（R banding）： 所显示的带纹与G带的深、浅带带纹正好相反，故称为R带。G带浅带如果发生异常，不易发现和识别，而R显带技术可以将G带浅带显示出易于识别的深带，所以R显带对分析染色体G带浅带部位的结构改变有重要作用。,人类1号染色体Q、G、R三种显带对比图,专门显示着丝粒的显带技术。C显带也可使第1、9、16号和Y染色体长臂的异染色质区染色。因而，C带可用来分析染色体这些部位的改变。,4.C显带（C banding）：,C显带核型,5. T显带（T banding）： 专门显示染色体端粒的显带技术，用来分析染色体端粒。 6. N显带（N banding）： 专门显示核仁组织区

7、的显带技术。,7.高分辨显带（high-resolution banding） 分裂中期一套单倍染色体一般显示320条带。70年代后期，采用细胞同步化方法和改进的显带技术，获得细胞分裂前中期、晚前期或早前期的分裂相，可以得到带纹更多的染色体，能显示550-850条带，甚至2 000条带以上。高分辨显带技术，对染色体的分析达到了亚带（subband）的水平。使我们能够确认那些更为微小的染色体结构改变了。,染色体分辨显带细分的表示法,人类染色体国际命名符号及术语,续表,第二节 分子细胞遗传学,分子细胞遗传学（molecular cytogenetics） 是利用分子生物学的方法与手段在微细胞遗传学

8、（microcytogenetics） 基础上探讨人类基因的座位与活动规律、染色体的亚微结构与微小畸变、遗传效应与疾病发生等问题的学科。 它代表细胞遗传学的最新发展方向，这方面研究成果将有可能在基因与染色体之间架起一座桥梁。,一、荧光原位杂交,(fluorescence in situ hybridization ,FISH） 1986年Pankel在原位杂交基础上，将放射性同位素标记改用非放射性同位素即荧光素标记探针而建立了技术。利用该技术，可以精确地把一DNA片段定位到某条染色体的特定区带上。,利用FISH技术诊断Down综合征,图示：利用21号染色体特异性探针对一位高龄妊娠妇女进行产前诊

9、断，未培养的羊水细胞进行荧光原位杂交, 显示所检测的细胞均 有3个杂交信号,经选择性人工流产后确诊为Down综合征患儿。,二、引物原位标记,（primer in situ labeling，PRISH） 是将特异性寡核苷酸引物与已变性的DNA模板退火，然后在dNTP（其中一种脱氧核苷酸已标记）及TaqDNA聚合酶存在的条件下使引物延伸并被标记，由于这一反应体系中引物延伸将严格遵循碱基配对法则，从而保证了标记的特异性。 有可能引物原位标记技术在检测染色体非整倍体的产前诊断中成为FISH的替代方法。,利用引物原位标记技术诊断18三体综合征,a:18号染色体引物特异性地标记未培养的正常羊水细胞间期核

10、可见2个荧光信号； b:18三体综合征间期核可见3个荧光信号。,a,b,三、DNA纤维荧光原位杂交,（DNA fiber-FISH） 该技术是新建立的可目视的高分辨基因组制图技术。DNA fiber-FISH的杂交及检测步骤基本与中期染色体或早中期染色体的FISH相同，但与FISH技术相比，其分辨率更高。因此，DNA fiber-FISH技术主要应用在人类基因组物理制图、染色质结构分析，以及染色体病、肿瘤和某些遗传性疾病的分析研究上。,四、比较基因组杂交,（comparative genomic hybridization,CGH） 该技术是在基因组水平上对染色体变异部位的检测与定位相结合，进

11、行准确的定量定位分析，并且不需要细胞培养，特别适用于恶性肿瘤获得性染色体结构异常的研究。,比较基因组杂交应用范畴,可在基因组水平上对染色体变异部位进行准确的定量定位分析； 不需要细胞培养可对肿瘤基因组DNA的拷贝数进行定性分析与定量分析； 对细胞遗传学难以判断的肿瘤染色体的某些成分（如双微体、标记染色体）的来源进行鉴定； 快速检出染色体三体性、单体性和部分染色体大片段重复的拷贝数变化，有利于对先天畸形、自然流产等疾病进行快速诊断。,五、染色体涂染,（chromosome painting） 是将FISH技术和染色体原位抑制杂交技术结合，以染色体特异性DNA库为探针，以不同荧光染料涂染整条染色体

12、或染色体特异区段的一种技术。,染色体涂染技术检测结果： 9号染色体短臂完全重复,第三节 人体染色体畸变,染色体畸变(chromosome aberration)： 是指体细胞或生殖细胞内染色体数目或结构发生改变。,染色体畸变发生的原因,自发畸变（spontaneous aberration） 诱发畸变（induced aberration） 化学因素：药物、农药、工业毒物、食品添加剂 物理因素：射线 生物因素：生物类毒素 、病毒等 母亲年龄,母亲年龄：20岁 29岁 出生Down综合征概率0.1% 母亲年龄：30岁 34岁 出生Down综合征概率0.2% 母亲年龄：35岁 39岁 出生Down

13、综合征概率1% 母亲年龄：40岁45岁 出生Down综合征概率3% 母亲年龄 45岁 出生Down综合征概率10%,Down综合征与母亲年龄,危害概率是正常育龄女性的100倍！,一、表型正常个体的染色体变异多态性,染色体的多态（chromosome polymorphism ）： 在正常健康人群中存在着各种染色体的恒定微小变异，主要表现在一对同源染色体之间出现形态结构、带纹宽窄度、着色强度等的明显差异，同时这些微小恒定的变异又按孟德尔方式遗传，通常没有明显表型效应和病理学意义，这种变异称染色体的多态性。,染色体多态主要发生的部位,染色体长度随体和副缢痕； D组和G组近端着丝粒染色体的短臂、随体

14、及随体柄部副缢痕区（NOR）形态的变异（常见）； 1、9和16号染色体长臂近着丝粒区副缢痕处形成的狭窄、浅染的区域的变异；,Y染色体长度变异是最典型、最常见的多态形态，具有随体的Y染色体；具有中央着丝粒的Y染色体；Y长度的变异，主要发生的部位是Yq远侧2/3处: 大Y: Y长度大于F组或18号长度(或称长Y或巨Y） 小Y: Y长度小于G组染色体长度体,二、染色体畸变类型及其产生机制,染色体畸变类型,染色体数目异常,染色体结构畸变,（一）染色体数目异常类型及其产生机制,染色体数目畸变,整倍体改变（euploid）,非整倍体改变（aneupliod）,.整倍体的改变类型及机制 整倍体的改变类型 三

15、倍体（triploid）： 患者的体细胞具有3个染色体组，每对染色体都增加了一条，染色体总数为69（3n） 四倍体（tetraploid）： 患者的体细胞具有4个染色体组，每对染色体都增加了一条，染色体总数为92（4n）,三倍体患儿核型,整倍体产生的机制 双雄受精(diandry),双雌受精(diandry),核内复制,DNA复制完毕但染色体不分离，结果细胞核中含有四倍的染色体，人类则为92根染色单体。,.非整倍体的改变类型及机制,非整倍体的改变类型 亚二倍体（hypodiploid）: 体细胞中染色体数目少了一条或数条染色体。 单体型（monosomy）: 某对染色体少了一条（2n-1），即

16、细胞内染色体数目为45 。,单体型-45,X,超二倍体（hyperdiploid）： 体细胞中染色体数目多了一条或数条。 三体型（trisomy）： 某对染色体多了一条（2n+1），即细胞 内染色体数目为47。,三体型：47,XY,+21,非整倍体改变的机制,染色体不分离（non-disjunction） 减数分裂时发生染色体不分离 受精卵早期卵裂的有丝分裂不分离 染色体丢失（chromosome lose）,减数分裂I同源染色体不分离,减数分裂姐妹染色单体不分离,46,嵌合体（mosaic）：一个个体存在两种或两种以上染色体数目不同的细胞群。,46,.染色体结构畸变产生的基础 染色体结构畸变的基础首先是断裂（breakage）及断裂后的重接（reunion）。 发生结构重排（rearrangement）的染色体称为衍生染色体（der）。,（二）染色体结构畸变类型及其产生机制,染色体型畸变(chromosome-type aberration)： 断裂发生在染色体复制之前（G1或S期）。