醫(yī)學遺傳學課件：09 第九章 人類染色體

1、第一節(jié) 人類染色體的基本特征 第二節(jié) 染色體分組、核型顯帶技術,第九章 人類染色體,對人類染色體的研究已有較長的歷史1888年德國解剖學家Waldeyer根據(jù)細胞有絲分裂和生殖細胞減數(shù)分裂觀察到的現(xiàn)象，提出了染色體這一名詞。 但由于人類染色體數(shù)目較多，且由于技術和方法的限制，使染色體的研究受到一定的限制，直到1956年Tjio和Leven的實驗才確證了人類體細胞的染色體數(shù)目為46條。此后染色體技術很快被應用于臨床1959年Lejeune對三例先天愚型或稱Down綜合征 患兒進行了染色體檢查，發(fā)現(xiàn)患者比正常人多了一條第21號染色體，從而確診了第一例染色體病。,1960年發(fā)現(xiàn)了慢性粒細胞性白血病患

2、者的Ph小體 1968年Q顯帶技術問世，并相繼出現(xiàn)了各種染色體顯帶技術，提高了染色體分析的精確性，發(fā)現(xiàn)了一些過去所不能發(fā)現(xiàn)的染色體結構異常 1976年高分辨顯帶技術的出現(xiàn)，加速了染色體研究的步伐 80年代末分子生物學研究迅速發(fā)展，并與細胞遺傳學結合，出現(xiàn)了分子細胞遺傳學這一新的研究領域,（一）染色質(zhì)和染色體 （二）人類染色體的數(shù)目和形態(tài) （三）性別決定與性染色體,一、染色質(zhì)與染色體 chromatin and chromosome,第一節(jié) 人類染色體的基本特征,常染色質(zhì) euchromatin,異染色質(zhì) heterochromatin,染色質(zhì)的種類,（一）染色質(zhì),1、常染色質(zhì)和異染色質(zhì),常染色

3、質(zhì)與異染色質(zhì)的區(qū)別,常染色質(zhì)與異染色質(zhì)的特性比較,異染色質(zhì)又分為兩種： 一種稱為專性異染色質(zhì)或稱結構異染色質(zhì)（constitutive heterochromatin）。結構異染色質(zhì)是異染色質(zhì)的主要類型，這類異染色質(zhì)在各種細胞中總是處于凝縮狀態(tài)（正異固縮）, 一般為高度重復的DNA序列，沒有轉錄活性，常見于染色體的著絲粒區(qū)、端粒區(qū)、次縊痕，以及Y染色體長臂遠端2/3區(qū)段等； 一種叫功能異染色質(zhì)或稱為兼性異染色質(zhì)（facultative heterochromatin），這類染色質(zhì)是在特定細胞或在一定發(fā)育階段由常染色質(zhì)凝縮轉變而形成的。在濃縮時，基因失去了活性，無轉錄功能；當其處于松散狀態(tài)時，又

4、能夠轉變?yōu)槌Ｈ旧|(zhì)，恢復其轉錄活性（負異固縮）。如X染色質(zhì)就是一種兼性異染色質(zhì),2、性染色質(zhì) sex chromatin,定義：間期細胞核中異染色質(zhì)部分顯示出來的一 種特殊結構。 分類：人類有X和Y兩種性染色體 。,X染色體,Y染色體,染色質(zhì)與染色體數(shù)目關系 熒光染色情況,Lyon 假說:X染色體的劑量補償 染色質(zhì)與染色體數(shù)目關系,定義：指正常女性的間期細胞核中緊貼核膜內(nèi)緣、約1微米大小的濃染小體，又稱Barr小體或X小體 。,（1）X染色體,1949年Barr等人在雌貓神經(jīng)元細胞核中發(fā)現(xiàn)一種濃縮小體，在雄貓中則見不到這一結構。進一步研究發(fā)現(xiàn)，除貓以外，其他雌性哺乳類動物（包括人類）間期細胞中

5、也同樣存在這種顯示性別差異的結構。而且不僅是神經(jīng)元細胞，在其他細胞的間期核中也可以見到這一結構。稱之為性染色質(zhì)，也稱X染色質(zhì)或X小體,Lyon假說 失活發(fā)生在胚胎發(fā)育早期（人類晚期囊胚期約第16天左右）； X染色體的失活是隨機的，異固縮的X染色體可以來自父親也可以來自母親； 失活是完全的，雌性哺乳動物體細胞內(nèi)僅有一條X染色體是有活性的。另一條X染色體在遺傳上是失活的； 失活是永久的和克隆式繁殖的。,染色質(zhì)與染色體數(shù)目關系,X染色體數(shù)目：超過2條，仍只有1條有活性。 X染色質(zhì)數(shù)目 = X染色體數(shù)目-1 如正常男性有1條X染色體數(shù)目，則X染色質(zhì)數(shù)目為零。,劑量補償 dosage compensat

6、ion,由于雌性細胞中的兩條X染色體中的1條發(fā)生異固縮（ Lyon 化），失去轉錄活性，從而保證雌雄兩性細胞中只含有1條有轉錄活性的X染色體，使兩性X連鎖基因產(chǎn)物的量保持在相同水平上,失活的X染色體并不是所有的基因都失去轉錄活性，有活性的X染色體并不是所有的基因都有轉錄活性。,需要指出的是，雖然X染色體失活通常是隨機的，但結構異常的X染色體，如有缺失的X染色體是優(yōu)先失活的；另一方面，在X染色體平衡易位攜帶者個體中，通常是正常的X染色體優(yōu)先失活。 另外值得注意的是，雖然X失活是廣泛的，但并不是完全的，失活的X染色體上基因并非都失去了活性，有一部分基因仍保持一定活性。據(jù)估計，人類X染色體上約有1/

7、3的基因可能逃避完全失活。 因此當X染色體數(shù)目偏離正常數(shù)目時，個體就表現(xiàn)出多種異常臨床癥狀。如47，XXY的個體不同于46，XY的個體；47，XXX的個體不同于46，XX的個體，而且X染色體越多時，表型的異常更嚴重。,圖9-2 逃避失活基因,定義：指正常男性的間期細胞用熒光染料染色后，核中出現(xiàn)0.3 微米的強熒光小體或稱Y小體。 Y染色體長臂遠端部分為異染色質(zhì)，可被熒光染料染色后發(fā)出熒光。這是男性細胞中特有的，女性細胞中不存在,染色質(zhì)與染色體數(shù)目關系,Y染色體數(shù)目=Y染色質(zhì)數(shù)目,（2）Y染色質(zhì),圖9-3 Y染色質(zhì),化學組成,染色體（質(zhì)）DNA,染色體（質(zhì)）蛋白,種類,染色質(zhì)的包裝,核小體,螺線

8、管,超螺線管,染色單體,（二）染色體,組蛋白 Histone,H2A、H2B、H3、H4,H1組蛋白 與染色體高級結構的構建有關 ！,核小體組蛋白,1、染色質(zhì)的細微結構,壓縮10倍,雙螺旋結構,核小體,螺線管,6倍,超螺線管,40倍,染色單體,5倍,2、染色質(zhì)的包裝,圖9-4 從DNA到染色體水平的壓縮過程,一個正常男性核型,（一）人類染色體的數(shù)目 （二）人類染色體的形態(tài)結構,二、人類染色體的數(shù)目、形態(tài)和結構,（一）人類染色體的數(shù)目,生物的不同物種其染色體數(shù)目各不相同，而同一物種的染色體數(shù)目是相對恒定的。例如，果蠅的染色體數(shù)目為6，小鼠染色體數(shù)為40。 在真核生物中，一個正常生殖細胞（配子）中

9、所含的全套染色體稱為一個染色體組，其上所包含的全部基因稱為一個基因組（genome）。具有一個染色體組的細胞稱為單倍體（haploid），以n表示；具有兩個染色體組的細胞稱為二倍體（diploid），以2n表示。 人類正常體細胞染色體數(shù)目是46，即2n=46條，正常性細胞（精子或卵子）中染色體數(shù)為23條，即n=23條。,（二）人類染色體的形態(tài)結構,圖9-5 中期染色體的形態(tài)特征,著絲粒與主縊痕 著絲粒的位置 次縊痕與隨體 端粒,著絲粒：處于主縊痕的內(nèi)部，是其染色質(zhì)部分。,主縊痕 primary constriction 在姐妹染色單體相連處，有一個向內(nèi)凹陷的縊痕，光鏡下相對不著色。,著絲?；蛑?/p>

10、縊痕,端粒順序:是一段富含G的簡單重復順序，進化上保守，人體細胞中序列為GGGTAA。正常染色體每復制一次，序列就減少50-100個堿基對到一定程度，細胞就衰老。,端粒：是存在于染色體末端的特化結構。其生物學作用在于維持染色體的穩(wěn)定。,端粒酶：可進行端粒的合成。,端 粒,次縊痕與隨體,圖9-6 人類染色體的3種類型圖解,三、性別決定與性染色體,人類性別是由細胞中的性染色體所決定的。在人類的體細胞中有23對染色體，其中22對染色體與性別無直接關系，稱為常染色體（autosome）。 常染色體中的每對同源染色體的形態(tài)、結構和大小都基本相同；而另外一對與性別的決定有明顯而直接關系的染色體，X染色體和

11、Y染色體，稱為性染色體（sex chromosome）。,人類性別決定的染色體機制,男性,含有X染色體的X型精子 含有Y染色體的Y型精子,女性含有X染色體的卵子,XX - XY決定機制（人類、哺乳類） ZG - ZZ決定機制（鳥類） 雌 雄,Y染色體決定睪丸的形成： Y染色體的短臂上有一個睪丸決定因子（ TDF ）基因，性別決定的關鍵基因；SRY基因，其產(chǎn)物為SRY蛋白，決定睪丸形成。,很顯然，性別決定實際上是由精子中帶有的是X染色體還是Y染色體所決定的，而X染色體和Y染色體在人類性別決定中的作用并不相等。一個個體無論其有幾條X染色體，只要有Y染色體就決定男性表型（睪丸女性化患者除外）。因為Y

12、染色體的短臂上有一個決定男性的基因，即睪丸決定因子（testis-determining factor，TDF）基因，TDF基因是性別決定的關鍵基因。性染色體異常的個體。 如核型為47，XXY 或48，XXXY等，男性。 如核型為45，X 或 47，XXX 女性,配子發(fā)生與減數(shù)分裂,減數(shù)分裂,配子形成,第二節(jié) 染色體分組、核型與顯帶技術,一、染色體研究方法 二、染色體核型,一、染色體研究方法,1888年德國解剖學者Waldeyer根據(jù)細胞有絲分裂和生殖細胞減數(shù)分裂觀察到的現(xiàn)象，提出了染色體這一名稱。但是由于人類染色體數(shù)目較多，并且由于當時的技術和方法的限制，對染色體的研究受到一定的影響。尤其是

13、染色體數(shù)目的研究結果很不一致。 1923年Painter提出了染色體數(shù)目為2n=48的觀點，這個結論一直被多數(shù)學者所承認。 1956年Albert Levan和華裔學者蔣有興（Joe Hin Tjio）應用秋水仙素（紡錘絲抑制劑）和低滲技術，在流產(chǎn)的胎兒肺組織培養(yǎng)中才確定這些細胞的染色體是46，而不是48條。,（二）染色體顯帶,染色體顯帶（chromosome banding）是染色體標本經(jīng)過一定程序處理，并用特定染料染色，使染色體沿其長軸顯現(xiàn)明暗或深淺相間的橫行帶紋，稱為染色體帶（chromosomal band），這種使染色體顯帶的方法，稱為顯帶技術。 通過顯帶技術，使各號染色體都顯現(xiàn)出獨

14、特的帶紋，從而構成染色體的帶型（banding pattern）。,顯帶技術主要有G帶分析、C帶分析、Q帶分析、R帶分析、T帶分析、N帶分析和高分辯染色體技術等。 其他技術有姐妹染色單體互換技術、染色體原位雜交技術和染色體脆性部位檢測技術等。,圖9-8 G顯帶核型圖,圖9-9 C顯帶核型圖,二、染色體核型,核型：通常將一個物種所特有的染色體數(shù)目和每一條染色體所特有的形態(tài)特征叫核型。,核型分析：將待檢細胞的全套染色體按照丹佛體制配對、排列后，分析確定其與正常核型的異同。 研究對象：通常為某個體的體細胞。,（一）人類染色體非顯帶核型,非顯帶染色體核型是按常規(guī)染色方法所得到的染色體標本，一般用Gie

15、msa染色，使染色體（除著絲粒和次縊痕外）都均勻著色，因此，非顯帶染色體核型很難準確鑒別出組內(nèi)染色體的序號。 1960年在美國丹佛、1963年在英國倫敦、1966年在美國芝加哥召開過三次國際會議，制定了人類有絲分裂染色體的識別、編號、分組以及核型描述（包括染色體數(shù)目和結構異常的核型描述）等統(tǒng)一的標準命名系統(tǒng)。根據(jù)這一命名系統(tǒng)，122號為常染色體，是男女共有的22對染色體；其余一對隨男女性別而異，為性染色體，女性為XX，男性為XY；將這23對染色體分為A、B、C、D、E、F、G 7個組，A組最大，G組最小。X染色體列入C組，Y染色體列入G組。,圖9-7 染色體非顯帶核型圖,人類核型分組與各組染色

16、體形態(tài)特征（非顯帶標本）,核型的描述包括兩部分內(nèi)容： 第一部分是染色體總數(shù)； 第二部分是性染色體的組成 兩者之間用“，”分隔開。 正常女性核型描述為：46，XX， 正常男性核型描述為：46，XY。,（二）人類染色體顯帶核型,1968年瑞典細胞化學家Caspersson等應用熒光染料氮芥喹吖因（quinacrine mustard，QM）處理染色體后，在熒光顯微鏡下可觀察到染色體沿其長軸顯示出一條條寬窄和亮度不同的橫紋，即染色體的帶（band）。這一顯帶技術稱Q顯帶（Q banding），所顯示的帶紋稱為Q帶（Q band）。顯帶技術可將人類的24種染色體顯示出各自特異的帶紋，稱為帶型（band

17、ing pattern）。隨后又出現(xiàn)了其他幾種染色體顯帶技術。,主要的顯帶方法有： 1、G顯帶（G banding） 2、R顯帶（R banding） 3、T顯帶（T banding） 4、C顯帶（C banding） 5、N顯帶,圖9-8 G顯帶核型圖,圖9-9 C顯帶核型圖,（三）G顯帶染色體的識別,目前，G顯帶核型分析已成為臨床常規(guī)應用的染色體病診斷的手段之一。在進行G帶帶型描述時，“深帶”表示被Giemsa著色的帶紋，“淺帶”表示不著色或基本不著色的帶紋。“濃”、“淡”表示深帶著色的強度。近側段、中段、遠側段表示距離著絲粒的遠近。,圖9-10 人類G顯帶染色體模式圖,（四）人類染色體的

18、多態(tài)性,人類染色體數(shù)目和形態(tài)結構是相對恒定的，但研究發(fā)現(xiàn)，在正常健康人群中，存在著各種染色體的恒定的微小變異，包括結構、帶紋寬窄和著色強度等。這類恒定而微小的變異是按照孟德爾方式遺傳的，通常沒有明顯的表型效應或病理學意義，稱為染色體多態(tài)性（chromosomal polymorphism）。,染色體多態(tài)性常見于的部位包括： Y染色體的長度變異，這種變異存在著種族差異。 D組、G組近端著絲粒染色體的短臂、隨體及隨體柄部次縊痕區(qū)（NOR）的變異。 第1、9和16號染色體次縊痕的變異，表現(xiàn)為次縊痕的有無或長短的差異。 此外，在1、9和16號染色體的著絲粒異染色質(zhì)區(qū)也可出現(xiàn)多態(tài)性的倒位。,三、人類染色

19、體命名國際體制,1960年，在美國丹佛市召開的第一屆國際細胞遺傳學會議上，頒布了“人類有絲分裂染色體命名法標準體制”。 意義：確立了正常人核型的基本特點，是識別和分析人類染色體以及各類染色體畸變的基礎。 人類染色體：22+1對，22對為男女所共有（為常染色體），1對與男女性別有關（為性染色體）。 關于X染色體和Y染色體的識別特征：,X 染色體 1、大小介于第7、第8號染色體之間； 2、有一條X染色體往往邊緣呈絨毛狀，特別是短臂上表現(xiàn)得更為明顯。 Y 染色體大小 1、一般介于21、22號染色體； 2、兩條染色體長臂常平行伸展； 3、短臂末端無隨體。,關于X染色體和Y染色體的識別特征,1971年在巴黎召開的第四屆國際人類細胞遺傳學會議以及1972年愛丁堡會議，提出了區(qū)分每個顯帶染色體區(qū)、帶的標準系統(tǒng)，稱為人類細胞遺傳學命名的國際體制（An International System for Human C