第二次课人类染色体.ppt

医学遗传学,第二次课人类染色体网络课程：专业网站：,医学遗传学与发育生物学教研室,18世纪末TheodorBoveri和WRoux观察到细胞核内能够被染色的丝状体。称其为chromosome（希腊文：chroma=颜色，soma=体）随后通过实验证明可染色的小体，即染色体与遗传有关。,细胞核中的DNA分子与RNA、蛋白质共同组成的具有高级结构的核蛋白复合物。有丝分裂间期：表现为伸展的染色质(chromotin)，电子显微镜下可见有丝分裂中期：表现为染色体(chromosome)，光学显微镜下可见,核小体：DNA+组蛋白,染色质(螺线管),超螺线管(+支架蛋白),染色体(折叠压缩),染色体与有丝分裂,染色体数目是物种的重要特征,单倍体（haploid):以n表示,二倍体（diploid):以2n表示,一、人类染色体的基本特征,人类染色质的组成及结构细胞分裂过程中的染色体行为细胞分裂中期染色体形态结构及分类人类染色体核型和组型人类染色体带型染色体多态性性染色质与性染色体,人染色体：数目和结构,二倍体：23对=46条体细胞：女46，XX；男46，XY生殖细胞：23，X；23，Y分别来自父母：互称同源染色体,中期染色体的结构,染色单体chromotid：一条染色体姊妹染色体sisterchromotids：刚复制完成的两条染色体,着丝粒相连着丝粒centromere：连接染色单体，与纺锤体微管相连参与有丝分裂时的染色体运动，含卫星DNA初级缢痕primaryconstriction：染色体臂与着丝粒的连接处长臂q：依据着丝粒位置短臂p：依据着丝粒位置次级缢痕secondaryconstriction：染色体臂上的缩窄处随体satellite：柄部为次级缢痕，参与核仁组织端粒telomere：染色体臂的末端结构，维持末端稳定,中着丝粒染色体,亚中着丝粒染色体,近端着丝粒染色体,端着丝粒染色体,染色体的四种类型：依据着丝粒的位置,遗传多态性的表现形式之一正常健康人群中存在的染色体的恒定的微小变异，包括结构、带纹宽窄和着色强度等。这些变异以孟德尔方式遗传，不引起显著的表型变化，称为染色体的多态性主要表现：Y染色体长度变异；D组和G组近端着丝粒染色体的短臂、随体、次级缢痕的变异；1、9、16号染色体次级缢痕的变异主要发生在结构性异染色质区域（不表达的基因），所以没有表型变化可稳定地遗传，所以可以作为个体的染色体标记，用于追溯染色体的来源（父方？母方？）；法医的亲权鉴定；种族研究,染色体结构的多态性,染色体性别：XX为女性、XY为雄性；受精时确定生殖腺性别：第七周时原始性腺（gonad）分化存在Y：分化为睾丸（Sertoli细胞；Leydig细胞）不存在Y：分化为卵巢（卵泡颗粒细胞；卵泡膜细胞，产生雌激素）外生殖系统：由生殖腺决定Sertoli细胞产生抗Mulerian激素（AMH），促使Mulerian管退化；Leydig细胞产生睾酮促使中肾管发育为雄性生殖管道无睾丸存在：中肾管退化，雌激素促使Mulerian管发育为女性生殖管道脑的性分化：第二性征、行为，依赖于睾酮,Y染色体如何决定性别？,雌性多一条X染色体怎么办？,X染色体灭活：XX基因型的个体（雌性）中，一条X染色体上的绝大多数基因被灭活的现象，称为X染色体灭活，灭活的X染色体以异染色质形式存在Barrbody,猫的一个控制毛色的位点位于X染色体，一对等位基因分别形成橙色和黑色皮毛XXY型的雄猫,表现出花斑毛色,X染色体灭活的特征,早期胚胎中没有，而是随着发育的进行，灭活一条X染色体只出现在体细胞，生殖细胞中不存在灭活灭活是随机的，有些是来自父亲的X染色体，有些是来自母亲的灭活是不可逆的，一旦在一个体细胞中灭一条X染色体，则这个细胞的后代均是该X染色体被灭活：XX基因型的动物是两种细胞的嵌合体N-1原则：无论雌性、雄性多于2条X染色体时，都被灭活，只保留一条有活性的灭活是不完全的，有些基因可逃避灭活：X染色体数目异常仍然可以引起疾病,X-染色体灭活的机理：表观遗传学,表达父本或母本Xist基因XistRNA包被Xic，组蛋白H3-K9甲基化HP1介导的异染色质形成和DNA从头甲基化（扩散）组蛋白去乙酰化，基因沉默和CpG岛甲基化维持基因沉默（甲基化）,microRNA介导的基因沉默染色质修饰：-组蛋白H3-K9甲基化-异染色质形成-组蛋白去乙酰化维持基因沉默：DNA甲基化,原始内胚层细胞（体细胞）,（一）核型分析（二）高分辨显带染色体（三）姊妹染色体交换的观察（四）荧光原位杂交,四、染色体的观察方法,（一）核型分析,核型（karyotype）：根据染色体的相对大小、着丝粒的位置、臂的长短、随体的有无等特征，把一个体细胞中的全部染色体按一定顺序分组排列起来所构成的图象称为“核型”核型分析：将待测细胞的核型进行染色体数目和形态特征的分析，确定其是否与正常核型完全一致，称为“核型分析”,人类染色体非显带核型,有丝分裂中期的细胞用秋水仙素处理抑制纺锤丝形成，再用低渗处理使各个染色体分散开。Giemsa染色后，可见除了着丝粒和次级缢痕外整条染色体都均匀着色,根据染色体的相对大小、着丝粒的位置将染色体分为:7组,24种类型:A:1-3B:4,5C:6-12,XD:13-15E:16-18F:19-20G:21-22,Y正常女性：46,XX；正常男性：46,XY,能粗略反映染色体结构,人类显带染色体核型,通过对中期染色体进行特殊染色，使其显示出固有的特定带型，以增加对染色体微小结构的分辨能力整条染色体的显带技术:G-显带，Q-显带，R-显带等染色体局部显带技术:C-显带(着丝粒)，T-显带(端粒)，N-显带(核仁组织区)等G显带最常用：用碱或胰酶处理后进行Giemsa染色。可获约320条带,命名：根据G分带。染色体号-臂的符号-区号-带号2p34：2号染色体短臂3区4带,（二）高分辨显带染色体,在上述显带的基础上，可以从有丝分裂晚前期、早中期、前中期细胞得到更长、带纹更丰富的染色体，使一套单倍体显示出550-850或更多带纹命名：在G显带命名的基础上，增加“.亚带编号”：例如Xp22.3，X染色体短臂2区2带第三亚带在此基础上还可进一步分带(次亚带：“.次亚带编号）,一条染色体的两条姊妹染色单体在细胞内可自发地或在某些因素的作用下在同一位置同时断裂并互换断裂的片断后重新接合，称为姊妹染色体交换（sisterchromatidexchange,SCE）不产生新的allele与DNA损伤修复有关：环境因素的遗传打击、肿瘤等等BrdU（5-溴脱氧尿嘧啶核苷，胸嘧啶类似物）掺入检测,（三）姊妹染色体交换的观察,+BrdU,+BrdU,基于核酸分子杂交的原理，将杂交探针用荧光物质标记后，之间在染色体上进行杂交，根据杂交信号在染色体上的位置判断目的基因的染色体定位。衍生出多种专门技术：（1）荧光原位杂交：用中期或间期染色体标本进行杂交，再利用显带技术进行定位。分辨率1-2Mb（2）DNA纤维荧光原位杂交：将DNA纤维通过碱溶液或甲醛溶液处理释放，制备成DNA纤维丝，然后进行杂交。分辨率可达10Kb，用于定位克隆（3）染色体涂染技术：将一组针对特定染色体或特定染色体的特定区域的探针用不同的荧光物质标记，与染色体标本杂交，使特定染色体或区域显色（4）比较基因组杂交：将整个基因组作为探针与待测染色体标本进行杂交，以发现探针基因组和待测基因组的差别。用于大片断基因组改变的诊断（未知区域的DNA扩增或缺失，染色体不平衡片断，染色体重排，种属间基因组比较）（5）光谱核型分析：用不同的荧光物质标记的探针对染色体进行杂交，根据荧光物质的组合同时观察所有染色体的变化。可检测大于1.5Mb的染色体异常,（四）荧光原位杂交,染色体病（chromosomedisorder）,由于个体染色体发生数目或者结构畸变所导致的遗传性疾病,染色体畸变造成大量遗传信息改变和明显的发育异常是人类流产死胎和遗传型综合症的主要原因50的自发性流产起因于染色体畸变6/1,000新生儿中可出现显微镜下可见的染色体畸变11%不育男性和6精神障碍男性患者的染色体发生了畸变,染色体畸变,原因：具体的原因难以确定，通常与下列因素有关1，化学因素：药物、农药、环境污染、食品添加剂等2，物理因素：电离辐射3，生物因素：病毒（乙肝、麻疹、巨细胞病毒等）；生物毒素（如真菌毒素等）4，母亲年龄：母亲年龄增大时所生子女的体细胞中某一序号染色体出现三条的几率高于一般人群。可能与生殖细胞老化、合子早期所处的子宫内环境有关（卵子的总数在出生时已经确定，在母体内停留时间越长，受到各种因素影响而发生异常减数分裂的机会就越大）,诱因很多但机制不清,染色体畸变的类型,数目畸变,结构畸变,整倍性改变,非整倍性改变,缺失,重复,易位,倒位,、染色体数目畸变,整倍性改变：euploid指染色体数目以体细胞中2n为标准，以n为基数，成倍地增加或减少。单倍体，多倍体原因：双雄受精，双雌受精，核内复制,核内有丝分裂非整倍性改变：aneuploid体细胞中的染色体数目在2n的基础上增加或减少一条或几条染色体。亚二倍体，超二倍体，单体性，三体性原因：染色体不分离，染色体丢失,（一）整倍性改变,三倍体：triploid,全身性三倍体引起流产，原因是有丝分裂中形成三极纺锤体，造成有丝分裂中、后期染色体分配紊乱，子代细胞染色体数目大量异常。存活者都是二倍体/三倍体的嵌和体,整倍体的产生机制,双雌受精,双雄受精,三倍体,四倍体：tetraploid,罕见，至今只有一例报道，及一例嵌和体男性发生机制：核内复制：细胞分裂时，DNA复制了两次，而细胞只分裂了一次，形成的两个子细胞都是四倍体。肿瘤细胞常见特征核内有丝分裂：染色体正常复制、分裂，胞质无分裂，形成四倍体,非整倍性改变,临床最常见的染色体畸变类型体细胞中的染色体数目在2n的基础上增加或减少一条或几条染色体，使染色体总数不成整倍体亚二倍体：染色体数为44和45，略少于46单体型(monosomy)：某对同源染色体少了一条。常染色体丢失致死。唯一可以存活的是45,X,引起Turnersyndrome缺体型(nullosomy)：一对同源染色体丢失，不能存活超二倍体：染色体数为47和48，略多于46三体型(trisomy)：某对同源染色体多了一条。最为常见多体型(polysomy)：三体型以上，如四体型、五体型，见于性染色体嵌合型：个体体内同时存在两种或两种以上核型的细胞假二倍体：染色体总数正常但有些染色体丢失而另一些增加描述：染色体总数,性染色体组成,+/-畸变染色体序号,单体型（45,X),三体型（47,XXX),三体型（47,XY,+21),三体型（47,XY,+18),三体型（47,XY,+13),非整倍性改变的发生机制,染色体不分离：有丝分裂或减数分裂进行到中、后期时，某一对同源染色体或姊妹染色单体之间没有彼此分离，而是同时进入了同一个子代细胞两个子代细胞中，一个将因染色体数目增多而成为超二倍体，另一个则因为染色体数目的减少而成为亚二倍体染色体丢失：细胞分裂过程中，某一条染色体未与纺锤丝相连，不能向两极移动进入子代细胞，或者在向两极移动时过于缓慢而滞留在细胞质中，从而造成在子代细胞中该染色体丢失，形成亚二倍体,减数分裂I:同源染色体不分离,N-1,N-1,N+1,N+1,与正常配子受精,超二倍体(1/2),亚二倍体(1/2),减数分裂II：姊妹染色体不分离,N-1,N+1,N,N,与正常配子受精,二倍体(1/2),亚二倍体(1/4),超二倍体(1/4),有丝分裂：姊妹染色体不分离,超二倍体子代细胞,亚二倍体子代细胞,二倍体子代细胞,二、染色体结构异常,染色体断裂及断裂后重新连接（重接）造成的染色体结构异常表达方式简式：染色体总数,性染色体组成,畸变类型（染色体序号）（臂符号-区号-带号）详式：简式（重排的染色体的组成）常见类型缺失（deletion，del）重复(duplication，dup)倒位（inversion，inv）易位（translocation，t）环状染色体（ringchromosome，r）双着丝粒染色体（dicentricchromosome，dic）等臂染色体（isochromosome，i）脆性部位（fragilesites）,（一）缺失,染色体片断的丢失末端（terminal）缺失：染色体臂断裂后未发生重接，无着丝粒的片断因不能与纺锤丝相连而丢失中间（interstitial，intercalary）缺失：一个染色体的同一个臂上发生两次断裂，两个断点之间的片断丢失，余下的两个片断重接。在同源染色体联会时，缺失部位的同源染色体无法配对而形成缺失环或代偿环（compensationloop）表达式：46,XX,del(1)(p31)46,XX,del(1)(p21p23)有遗传物质的丢失,（二）重复,一个染色体上的某一个片断增加了一份或几份。主要原因是减数分裂中同源染色体之间、姊妹染色单体之间的不等交换，产生一条重复的染色体和一条缺失的染色体。也可以由于减数分裂前遗传物质的异常复制表达式：46,XY,dup(2)(q21;q31)有遗传物质的增加,（三）倒位,一个染色体臂内发生两次断裂后，两个断点之间的片断旋转180度后重接，造成染色体上基因顺序的重排臂内倒位（paracentric）：两个断点发生在同一个染色体的同一臂内。倒位不涉及着丝粒。臂间倒位（pericentric）：两个断点一个位于一条染色体的长臂，另一个位于同一染色体的短臂。倒位包含着丝粒。,臂间：46,XY,inv(2)(p21q31),臂内：46,XY,inv(1)(p22p34),倒位的形成和后果,大部没有遗传物质的丢失或增加携带者有些引起染色体结构的重排基因结构和表达干扰减数分裂中的同源染色体联会，影响配子形成,倒位染色体与同源染色体的联会：倒位环形成,从概率上看，发生同源染色体交换的配子数会减少：抑制同源染色体交换产生“正常”的携带者配子：保持原来的倒位存在于人群中,（四）易位,一条染色体的断片移接到另一条非同源染色体的臂上相互（reciprocal）易位：两条染色体同时发生断裂，片断交换位置后重接。如果仅涉及片断位置改变而没有染色体片断增减，称为平衡易位罗伯逊（Robertsonian）易位：又称着丝粒融合（centricfusion。两个近端着丝粒染色体在着丝粒或着丝粒附近断裂后，二者的长臂在着丝粒处重接形成衍生染色体，两个短臂构成小染色体，在后续的分裂中由于缺乏着丝粒而丢失插入（insertional）易位：两条非同源染色体同时发生断裂，但只有其中一条染色体的片断插入到另一条染色体的非末端部位,相互易位,罗伯逊易位,插入易位,易位的机制和后果,大部没有遗传物质的丢失或增加携带者有些引起染色体结构的重排基因结构和表达(Ph染色体CML)染色体的异常联会；染色体向配子中分配时出现不均衡,引起配子中遗传物质的重复和缺失(约50%配子不育,semisterile),Ph染色体CML,造血干细胞中的染色体易位引起的慢性粒细胞白血病,(五）双着丝粒染色体,两个染色体同时发生一次断裂后，具有着丝粒的两个片断的断端重接，形成具有两个着丝粒的染色体。没有着丝粒的片断则丢失。46,XX,dic(6;11)(q22;p15),（六）环状染色体,一条染色体的长、短臂同时发生断裂，含有着丝粒的片断的两个断端发生重接，形成环状染色体。两端的片断将丢失，造成遗传物质的丢失46,XY,r(3)(p21q31),3p21,3q31,(七）等臂染色体,一条染色体的两个臂在遗传结构上完全相同，称为等臂染色体。一般是由于着丝粒分裂异常造成46,X,i(Xq),(八）染色体脆性部位,有些人类个体的细胞的某些特定染色体部位不能被染色，看上去似乎是染色体上出现了一个缺口，而且染色体容易在这些部位断裂，因此被称为脆性部位当外周血淋巴细胞在缺乏叶酸或胸腺嘧啶的条件下培养时，可以显示脆性部位,脆性X染色体综合症（Martin-Bell综合症）染色体脆性部位与肿瘤：由于染色体在脆性部位容易发生断裂，如果发生异常重接，则会破坏基因的结构而引起肿瘤,三染色体病,、常染色体病、性染色体病,染色体病的特点,常染色体异常:智力低下,生长迟缓,五官,四肢等多发畸形21三体综合症：Down综合症，先天愚型18三体综合症：Edward综合症13三体综合症：Patau综合症5p-综合症：猫叫综合症性染色体异常:性征发育不全或多发畸形,或伴有智力低下Klinefelter（XXY）综合症：先天性睾丸发育不全Turner综合症（X）：性腺发育不全XYY综合症：X三体综合症：两性畸形：脆性X染色体综合症,染色体病患者临床表现的共同性,综合症：涉及大量基因，引起多器官和系统形态和功能异常原因可以是胚胎早期细胞分裂异常，也可是父母配子异常（1）智力：重度和轻度低下（2）头颅：小（3）眼：眼距、虹膜有无缺损和斑点（4）耳：耳位、（5）鼻：鼻梁高低、鼻孔方向等（6）口：上颚、唇发育异常等（7）颈：有无蹼（8）生殖系统：是否异常？（9）心血管是否异常？是否有先天型心脏病？（10）神经系统：脑畸形？小头？,（1）Down综合症,英国医生LangdonDown首先描述；1959年，法国细胞遗传学家Lujeune证实此病病因是多了一条21染色体，故又称“21三体综合征”发病率：新生儿中为1/800-1/600，母亲年龄是影响发病率的重要因素,如母龄20岁后为1:2000，35岁后为1:300，40岁后为1:100，45岁后升至1:50临床表现：又称先天愚型。精神发育迟缓或智力低下。特殊面容，鼻扁平，眼距宽，舌大外伸，口常半开。通贯掌。实验室检查见SOD-1活性增高约为50%，乙酰胆碱缺陷,核型和遗传,21三体型：47,XX(XY),+21。与父母核型无关，由母亲减数分裂时发生21号染色体不分离造成，高龄母亲易发嵌合型：胚胎发育早期，21号染色体发生不分离。产生两种细胞47,XX(XY),+2145,XX(XY),-21易位型：21号染色体与D组或G组的某条染色体发生罗伯逊易位，如14/21易位。患者常有家族遗传性，其双亲之一往往是平衡易位型的染色体相互易位（如45,XX(XY),-14,-21,+t(14q21q)），没有临床表现，是携带者。在形成生殖细胞时，可以形成异常配子与正常个体婚配后，就会1/3的机会产出患儿（1/3正常；1/3携带者；母亲常流产）,女性先天性性腺发育不全症发病率：在自发流产胚胎中高达7.5%,原发性闭经患者中约占1/3临床表现：表型女性，身材矮小，肘外翻，原发闭经，后发际低，有颈蹼等