染色体病-4hppt课件.ppt
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1、第四章 染色体病,中国医科大学 基础医学院医学遗传学教研室,2,3,本章重点内容提示,染色体数目畸变: 三倍体、四倍体、非整倍体及其原因; 结构畸变: 各类型缩写符号;缺失、易位的简式、详式描述;平衡易位携带者,罗氏易位; 三体综合征(21、18、13)中文、英文名称、主要临床表现、核型、发病机制;5p-综合征; 性染色体异常综合征:中文、英文名称、主要临床表现、核型、发病机制; Lyon假说、X染色质、X染色体失活证据、Y染色质、核性别; 脆性X染色体、脆性位点、脆性X染色体综合征,4,染色体是基因的载体,平均每条染色体包含上千个基因。染色体数目和结构的稳定是维持遗传稳定性的基础。 染色体异
2、常可造成许多基因的增减,严重者可造成死胎或流产。能存活到出生的可发生多器官、系统受累的染色体病(亦称染色体异常综合征),或成为外表正常但携带异常染色体的平衡易位携带者,其携带的异常染色体会影响后代。,5,目前已报道的人类染色体异常已超过10000种,染色体异常综合征超过100种。,约50%的早期流产胎儿具有染色体异常; 人类新生儿中染色体异常的发生率为0.5%-1%; 人群中外表正常但携带异常染色体的比例为0.25%-0.47%。 染色体病已成为较常见且危害严重的疾病。因此,认识正常染色体的特征及其研究的主要技术、染色体异常的类型及机理、进而掌握染色体病的特征、发生机理以及诊断和咨询原则,对医
3、学生而言意义重大。,6,第一节 染色体研究方法,一、常规染色体的制备,7,RPMI1640培养基+15%小牛血清+植物血凝素=5ml 370C,培养68 hr 加秋水仙素,培养24 hr(抑制细胞分裂) 收集细胞 离心,去上清液(1000rpm/10 min) 低渗处理,0.075 M KCI,370C,25min 预固定,甲醇:冰醋酸=3:1 离心,去上清液(1000rpm/10 min) 重复固定三次 制片,染色,观察,染色体分析,正 常 人 外 周 血 或 细 胞,8,9,二、染色体形态学和显带技术,1.染色体形态学及非显带核型的识别 1)染色体形态: 在染色体狭窄处是着丝粒(centr
4、omere,cen), 将染色体分为短臂(p)和长臂(q)。 中央着丝粒染色体, cen 位于染色体的1/2处; 亚中着丝粒染色体, cen 位于染色体的5/8处; 近端着丝粒染色体, cen 位于染色体的7/8处。,10,端粒,Sister chromatids,随体,11,端粒:位于染色体的两端是一种蛋白-DNA结构,含有TTAGGG六核苷酸重复延伸序列,其长短与细胞的寿命有关。作用:保护染色体不被降解;防止染色体末端融合,。 随体:位于近端着丝粒染色体(1315,21、22)短臂末端介细丝连接的球状小体。细丝部位是rDNA基因所在部位,转录rRNA进而形成核仁。,12,2)非显带核型(K
5、aryotype)的识别,核型:将一个体细胞中全套染色体按一定方式排列起来所构成的图像。 1960年在美国丹佛召开首届国际细胞遗传学会议,讨论并确定了正常人核型的基本特征,即丹佛体制。 将人类染色体按照大小和着丝粒位置分为23对,7个组。1-22对为常染色体,剩余一对与性别决定有关,为性染色体,X,Y。 A组:13 大 B组:4、5 大 C组:612+X 中 D组:1315 中 E组:1618 小 F组:19、20 小 G组:21、22 +Y 最小,13,14,15,核型的描述,染色体总数, 性染色体 正常男性 : 46 ,XY 正常女性 : 46 ,XX 对标本的染色体进行检查分析,称为核型
6、分析。,16,2、染色体显带技术,简单的Giemsa染色将全部染色体染成同一种颜色,采用该技术,仅能较准确地甄别少数几条染色体,更无法发现染色体的结构畸变,学者们建立了染色体显带技术。 染色体显带:经不同的方法处理染色体,经染色后使染色体在纵轴上显示明、暗或着色深、浅相间的横纹即显带(Banding)。 这种带对每一条染色体都是独特的,可区分和确认每一条染色体。,17,17,(1)Q显带(Q banding) 1968年瑞典细胞化学家Caspersson 等首先应用荧光染料氮芥喹因(quinacrine mustard, QM)处理染色体后,在荧光显微镜下可见每条染色体呈现明暗相间、宽窄不同的
7、带纹,称为Q带。 优点:性能稳定,显带效果好; 缺点:荧光衰退较快,需及时观察、分析或照像保存。,1)主要的几种显带技术,18,Q-显带:荧光显带,19,(2)G-显带(G banding) 将染色体标本先用胰酶或热、碱等预处理后再行Giemsa染色,可获得深浅相间的带纹,称为G显带,其带纹与Q带相似。 在光学显微镜下,Q显带所显示的亮带染成深色,而暗带则染成浅色。 优点:方法简单,带纹清晰,标本可长期保存,用普通显微镜即可分析。 最常用的染色体显带技术。,20,G显带深染带,富含AT,富含长分散DNA序列(long interspersed sequence,LINES)是DNA的重复区域,
8、不编码表达基因。 G显带浅带,富含GC,含有许多转录基 因。这种DNA在间期核中呈现较为伸展的状态。 除转录基因外,它含有短分散DNA序列(short interspersed DNA sequence, SINES)。包括Alu序列。染色体上大多数断裂点和重排发生在浅染带。,21,22,46,XY,23,46,XX,24,G显带核型,25,(3)其他显带技术: R显带:反G带。能够将染色体末端显示为易于识别的深带,对于研究染色体末端缺失或重排 特别有用 C显带:亦称着丝粒显带。特异显示着丝粒和副缢痕处的组成型异染色质,并使Y染色体长臂末端着色。 N显带:特异显示近端着丝粒染色体的核仁组织区。
9、,26,R显带:染色体末端,27,C显带:着丝粒显带,28,N显带:特异显示近端着丝粒染色体,29,相关术语: 界标(land mark):每条染色体上稳定存在并具有显著形态学特征的指标,如着丝粒、端粒、某些恒定存在的带等。 区(region): 两个相邻界标之间的区域。 带(band):染色体均由一系列序贯的带组成。,2)显带染色体的描述,30,G-banding 界标 区和带,描述内容 染色体号 臂的符号 区的号 带的号,31,三、人类细胞遗传学技术的进展,1. 染色体高分辨显带 常规G显带中用于分析的染色体源于分裂中期细胞,因高度螺旋化而缩短,每套单倍体仅可显示约320条带。 高分辨显带
10、:应用细胞分裂同步化等技术,可从早中期、前中期或晚前期细胞获得更长、带纹更丰富的染色体,每套单倍体染色体呈现出550850条或更多带纹。这些带纹是由320条带细分而成的亚带或次亚带,有助于发现更细微的异常,并使染色体断裂的定位更精确。,32,高分辨显带,33,微细胞遗传学(microcytogenetics):是运用人类高分辨染色体显带技术,研究染色体细微结构及其改变后的遗传效应的科学。 如:Down 综合征 即21-三体,实质主要涉及21q22.3这一微小的关键片段。,34,2.分子细胞遗传学,(1)荧光原位杂交 (Fluorescence in situ hybridization,FIS
11、H) FISH将细胞遗传学和分子遗传学方法相结合,是分子细胞遗传学技术。 基本原理: 应用Digoxyginin或Biotin标记探针DNA,变性成单链后,与变性后的染色体或细胞核靶DNA杂交。在荧光显微镜下观察并记录结果。,35,FISH,36,应用: 基因定位 基因扩增 检测染色体的数目和结构异常,进行遗传病的诊断和产前诊断。,37,38,基因定位,39,(2)DNA纤维荧光原位杂交: 首先在载玻片上制备DNA纤维,然后进行FISH。与常规FISH相比,其优点是精度高。用于人类基因组物理图谱绘制,染色质结构分析等。 (3)染色体涂染: 用荧光染料标记整条染色体或特定染色体区段的DNA ,若
12、同时使用不同颜色标记的探针进行涂染,可将同一核型中的染色体染成不同颜色,清晰显示易位所形成的衍生染色体、乃至于更复杂的染色体重排的来源。对于分析隐型或复杂型易位、肿瘤细胞的核型、基因定位等具有重要价值。,40,染色体涂染(单一颜色),41,染色体涂染 (24种颜色),42,(4)比较基因组杂交: 从染色体整体或带水平对不同基因组DNA序列拷贝数的差异进行检测和定位 。 用于研究常规显带分析不易澄清的肿瘤相关染色体改变如双微体、标记染色体等, 并可精确检测染色体三体、单体或片段拷贝数变化等异常,实现对先天畸形、自然流产等疾病的诊断。 (5)基因芯片检测CNV(拷贝数变异),微缺失,微重复,43,
13、第二节 染色体变异与多态性,一 、概念: 染色体多态性:正常人群中染色体形态的微小变异。 二、染色体多态的类型 1. 染色体长度的差异 2. 随体:出现率、大小、形态等 3. 副缢痕:有无、宽窄等 4. Q、G、C带多态:带的宽窄、形态等,44,三、染色体多态的特点及意义: 1. 以孟德尔方式传递,在家系中具有恒定性; 2. 集中于富含高度重复DNA的组成型异染色质中; 3. 一般没有明显的异常或病理学意义,但在遗传分析、基因定位、亲权鉴定和人类学研究上具有重要价值。 1968年,Donahue等在一个家系中发现Duffy血型与1号染色体副缢痕变长相关,将该血型基因(Fy)定位于1q。Fy亦成
14、为首个被定位的人类常染色体基因。,45,一、数目异常 二、结构畸变,第三节 染色体畸变,46,人类等二倍体生物的精子或卵子所含的全部染色体称为一个染色体组。精子或卵子为单倍体。 一个体细胞中染色体数为46条,为二倍体:2n。 体细胞染色体数目偏离46条,即为染色体数目异常 1. 整倍体异常: 体细胞中染色体成组地增加,形成整倍体异常。,一、 数目异常及产生原因,47,三倍体形成原因:双雌受精和双雄受精,48,四倍体:体细胞中有四个染色体组。 形成原因:核内复制(染色体复制2次,细胞分裂1次) 核内有丝分裂(染色体正常复制1次,细胞未分裂),49,2. 非整倍体 (aneuploid ) 体细胞
15、中染色体在46条基础上增、减1条或几条,分别称为超或亚二倍体,是临床上最常见的染色体数目异常。 单体( monosomy ): 某号染色体少一个拷贝。 如Turner综合征,45,X,是人类最常见的染色体单体综 征;对于常染色体而言,即便最小的21,22号的单体也难以存活。 三体( trisomy):某号染色体多一个拷贝。在人类染色体数目畸变中最常见。如21三体:47,XX,+21。,50,形成原因:不分离;丢失,减数I不分离 减数分裂不分离 不分离 减数II不分离 有丝分裂不分离 (卵裂不分离),1)不分离(non-disjunction):即在细胞分裂时染色体不能正常分开;,51,(1)减
16、数分裂不分离:在减数分裂中染色体不分离。 减不分离:成熟配子中,1/2含n1条染色体;另1/2含n-1条染色体。正常受精后,胚胎中,1/2为超二倍体(2n+1),1/2为亚二倍体(2n-1)。 减不分离:成熟配子中:1/2为正常(n);1/4含n+1条染色体,1/4含n-1条染色体。正常受精后,胚胎中1/2为正常二倍体,1/4为超二倍体(2n+1),1/4为亚二倍体(2n-1)。,52,减数分裂I不分离 减数分裂II不分离 精子,53,卵裂不分离 :受精卵在卵裂初期发生姐妹染色单体不分离。 可产生由两种或三种细胞系构成的嵌合型个体(如47/45或46/47/45)。 嵌合体:含有不同核型细胞系
17、的个体称为嵌合体。 体内细胞系的类型和比例取决于染色体不分离发生的早晚,发生越晚,正常的二倍体细胞所占的比例越大,临床症状也越轻。反之亦然。,(2)有丝分裂不分离(卵裂不分离),54,有丝分裂不分离(卵裂不分离),46 46 46 46 46 47 45 46/47/45 嵌合体,55,2)染色体丢失,染色体丢失:在有丝分裂进行到中至后期时,某一染色单体的着丝粒未与纺锤丝相连,不能被牵引至细胞的一极,或者在向一极移动时,由于某种原因导致移动迟缓,发生后期延迟,二者均可导致该染色单体无法参与新细胞核的形成而滞留在细胞质中,最终分解消失。 结果也可使个体形成嵌合体 :46/45,56,染色体丢失,
18、46 46 45 46 46 45 45 嵌合体 46/45,57,二、结构畸变,染色体结构畸变:在某种因素的作用下,染色体断裂(breakage)及随后的异常重接(rejoin)。,1染色体结构畸变的描述方法 简式:仅用断裂点(breakpoint)来描述染色体的结构改变。按国际规定,需依次写明染色体总数,性染色体组成,之后用一个字母(如t)或三联字母(如del)来表示重排染色体的类型,并在括弧内注明相关染色体号,在另一个括弧内注明断裂点所在的臂、区、带号。 详式:简式所采用的规定在详式中仍然适用。不同的是在最后的括弧中,不是描述断裂点,而是描述重排染色体带的组成。,58,2.常见的染色体结
19、构畸变类型,1)缺失 deletion-del 2)易位 translocation-t 相互易位 Reciprocal translocation 罗伯逊易位 Robertsonian translocation-rob 3)等臂染色体 isochromosome-i 4)插入 insertion-ins 5)倒位 inversion-inv 6)重复 duplication-dup 7)双着丝粒染色体 dicentric chromosome -dic 8)环状染色体 ring chromosome r,59,1)缺失 deletion-del,简式 46,XX/ XY,del(1)(q2
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