醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)課件：09 第九章 人類(lèi)染色體

1、第一節(jié) 人類(lèi)染色體的基本特征 第二節(jié) 染色體分組、核型顯帶技術(shù),第九章 人類(lèi)染色體,對(duì)人類(lèi)染色體的研究已有較長(zhǎng)的歷史1888年德國(guó)解剖學(xué)家Waldeyer根據(jù)細(xì)胞有絲分裂和生殖細(xì)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(lèi)染色體數(shù)目較多，且由于技術(shù)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(shí)驗(yàn)才確證了人類(lèi)體細(xì)胞的染色體數(shù)目為46條。此后染色體技術(shù)很快被應(yīng)用于臨床1959年Lejeune對(duì)三例先天愚型或稱(chēng)Down綜合征 患兒進(jìn)行了染色體檢查，發(fā)現(xiàn)患者比正常人多了一條第21號(hào)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(xì)胞性白血病患

2、者的Ph小體 1968年Q顯帶技術(shù)問(wèn)世，并相繼出現(xiàn)了各種染色體顯帶技術(shù)，提高了染色體分析的精確性，發(fā)現(xiàn)了一些過(guò)去所不能發(fā)現(xiàn)的染色體結(jié)構(gòu)異常 1976年高分辨顯帶技術(shù)的出現(xiàn)，加速了染色體研究的步伐 80年代末分子生物學(xué)研究迅速發(fā)展，并與細(xì)胞遺傳學(xué)結(jié)合，出現(xiàn)了分子細(xì)胞遺傳學(xué)這一新的研究領(lǐng)域,（一）染色質(zhì)和染色體 （二）人類(lèi)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(lèi)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(lèi),（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(chēng)為專(zhuān)性異染色質(zhì)或稱(chēng)結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)（constitutive heterochromatin）。結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)是異染色質(zhì)的主要類(lèi)型，這類(lèi)異染色質(zhì)在各種細(xì)胞中總是處于凝縮狀態(tài)（正異固縮）, 一般為高度重復(fù)的DNA序列，沒(méi)有轉(zhuǎn)錄活性，常見(jiàn)于染色體的著絲粒區(qū)、端粒區(qū)、次縊痕，以及Y染色體長(zhǎng)臂遠(yuǎn)端2/3區(qū)段等； 一種叫功能異染色質(zhì)或稱(chēng)為兼性異染色質(zhì)（facultative heterochromatin），這類(lèi)染色質(zhì)是在特定細(xì)胞或在一定發(fā)育階段由常染色質(zhì)凝縮轉(zhuǎn)變而形成的。在濃縮時(shí)，基因失去了活性，無(wú)轉(zhuǎn)錄功能；當(dāng)其處于松散狀態(tài)時(shí)，又

4、能夠轉(zhuǎn)變?yōu)槌Ｈ旧|(zhì)，恢復(fù)其轉(zhuǎn)錄活性（負(fù)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(xì)胞核中異染色質(zhì)部分顯示出來(lái)的一 種特殊結(jié)構(gòu)。 分類(lèi)：人類(lèi)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(guān)系 熒光染色情況,Lyon 假說(shuō):X染色體的劑量補(bǔ)償 染色質(zhì)與染色體數(shù)目關(guān)系,定義：指正常女性的間期細(xì)胞核中緊貼核膜內(nèi)緣、約1微米大小的濃染小體，又稱(chēng)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(xì)胞核中發(fā)現(xiàn)一種濃縮小體，在雄貓中則見(jiàn)不到這一結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，除貓以外，其他雌性哺乳類(lèi)動(dòng)物（包括人類(lèi)）間期細(xì)胞中

5、也同樣存在這種顯示性別差異的結(jié)構(gòu)。而且不僅是神經(jīng)元細(xì)胞，在其他細(xì)胞的間期核中也可以見(jiàn)到這一結(jié)構(gòu)。稱(chēng)之為性染色質(zhì)，也稱(chēng)X染色質(zhì)或X小體,Lyon假說(shuō) 失活發(fā)生在胚胎發(fā)育早期（人類(lèi)晚期囊胚期約第16天左右）； X染色體的失活是隨機(jī)的，異固縮的X染色體可以來(lái)自父親也可以來(lái)自母親； 失活是完全的，雌性哺乳動(dòng)物體細(xì)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(guān)系,X染色體數(shù)目：超過(guò)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(bǔ)償 dosage compensat

6、ion,由于雌性細(xì)胞中的兩條X染色體中的1條發(fā)生異固縮（ Lyon 化），失去轉(zhuǎn)錄活性，從而保證雌雄兩性細(xì)胞中只含有1條有轉(zhuǎn)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(zhuǎn)錄活性，有活性的X染色體并不是所有的基因都有轉(zhuǎn)錄活性。,需要指出的是，雖然X染色體失活通常是隨機(jī)的，但結(jié)構(gòu)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(gè)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(jì)，人類(lèi)X染色體上約有1/

7、3的基因可能逃避完全失活。 因此當(dāng)X染色體數(shù)目偏離正常數(shù)目時(shí)，個(gè)體就表現(xiàn)出多種異常臨床癥狀。如47，XXY的個(gè)體不同于46，XY的個(gè)體；47，XXX的個(gè)體不同于46，XX的個(gè)體，而且X染色體越多時(shí)，表型的異常更嚴(yán)重。,圖9-2 逃避失活基因,定義：指正常男性的間期細(xì)胞用熒光染料染色后，核中出現(xiàn)0.3 微米的強(qiáng)熒光小體或稱(chēng)Y小體。 Y染色體長(zhǎng)臂遠(yuǎn)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(xì)胞中特有的，女性細(xì)胞中不存在,染色質(zhì)與染色體數(shù)目關(guān)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(xué)組成,染色體（質(zhì)）DNA,染色體（質(zhì)）蛋白,種類(lèi),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(jí)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建有關(guān) ！,核小體組蛋白,1、染色質(zhì)的細(xì)微結(jié)構(gòu),壓縮10倍,雙螺旋結(jié)構(gòu),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(guò)程,一個(gè)正常男性核型,（一）人類(lèi)染色體的數(shù)目 （二）人類(lèi)染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu),二、人類(lèi)染色體的數(shù)目、形態(tài)和結(jié)構(gòu),（一）人類(lèi)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(duì)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(gè)正常生殖細(xì)胞（配子）中

9、所含的全套染色體稱(chēng)為一個(gè)染色體組，其上所包含的全部基因稱(chēng)為一個(gè)基因組（genome）。具有一個(gè)染色體組的細(xì)胞稱(chēng)為單倍體（haploid），以n表示；具有兩個(gè)染色體組的細(xì)胞稱(chēng)為二倍體（diploid），以2n表示。 人類(lèi)正常體細(xì)胞染色體數(shù)目是46，即2n=46條，正常性細(xì)胞（精子或卵子）中染色體數(shù)為23條，即n=23條。,（二）人類(lèi)染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu),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(gè)向內(nèi)凹陷的縊痕，光鏡下相對(duì)不著色。,著絲?；蛑?/p>

10、縊痕,端粒順序:是一段富含G的簡(jiǎn)單重復(fù)順序，進(jìn)化上保守，人體細(xì)胞中序列為GGGTAA。正常染色體每復(fù)制一次，序列就減少50-100個(gè)堿基對(duì)到一定程度，細(xì)胞就衰老。,端粒：是存在于染色體末端的特化結(jié)構(gòu)。其生物學(xué)作用在于維持染色體的穩(wěn)定。,端粒酶：可進(jìn)行端粒的合成。,端 粒,次縊痕與隨體,圖9-6 人類(lèi)染色體的3種類(lèi)型圖解,三、性別決定與性染色體,人類(lèi)性別是由細(xì)胞中的性染色體所決定的。在人類(lèi)的體細(xì)胞中有23對(duì)染色體，其中22對(duì)染色體與性別無(wú)直接關(guān)系，稱(chēng)為常染色體（autosome）。 常染色體中的每對(duì)同源染色體的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和大小都基本相同；而另外一對(duì)與性別的決定有明顯而直接關(guān)系的染色體，X染色體和

11、Y染色體，稱(chēng)為性染色體（sex chromosome）。,人類(lèi)性別決定的染色體機(jī)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(jī)制（人類(lèi)、哺乳類(lèi)） ZG - ZZ決定機(jī)制（鳥(niǎo)類(lèi)） 雌 雄,Y染色體決定睪丸的形成： Y染色體的短臂上有一個(gè)睪丸決定因子（ TDF ）基因，性別決定的關(guān)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(shí)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(lèi)性別決定中的作用并不相等。一個(gè)個(gè)體無(wú)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?yàn)閅

12、染色體的短臂上有一個(gè)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(guān)鍵基因。性染色體異常的個(gè)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(shù),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(guó)解剖學(xué)者Waldeyer根據(jù)細(xì)胞有絲分裂和生殖細(xì)胞減數(shù)分裂觀察到的現(xiàn)象，提出了染色體這一名稱(chēng)。但是由于人類(lèi)染色體數(shù)目較多，并且由于當(dāng)時(shí)的技術(shù)和方法的限制，對(duì)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(jié)果很不一致。 1923年P(guān)ainter提出了染色體數(shù)目為2n=48的觀點(diǎn)，這個(gè)結(jié)論一直被多數(shù)學(xué)者所承認(rèn)。 1956年Albert Levan和華裔學(xué)者蔣有興（Joe Hin Tjio）應(yīng)用秋水仙素（紡錘絲抑制劑）和低滲技術(shù)，在流產(chǎn)的胎兒肺組織培養(yǎng)中才確定這些細(xì)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(biāo)本經(jīng)過(guò)一定程序處理，并用特定染料染色，使染色體沿其長(zhǎng)軸顯現(xiàn)明暗或深淺相間的橫行帶紋，稱(chēng)為染色體帶（chromosomal band），這種使染色體顯帶的方法，稱(chēng)為顯帶技術(shù)。 通過(guò)顯帶技術(shù)，使各號(hào)染色體都顯現(xiàn)出獨(dú)

14、特的帶紋，從而構(gòu)成染色體的帶型（banding pattern）。,顯帶技術(shù)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(shù)等。 其他技術(shù)有姐妹染色單體互換技術(shù)、染色體原位雜交技術(shù)和染色體脆性部位檢測(cè)技術(shù)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(gè)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(xì)胞的全套染色體按照丹佛體制配對(duì)、排列后，分析確定其與正常核型的異同。 研究對(duì)象：通常為某個(gè)體的體細(xì)胞。,（一）人類(lèi)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(biāo)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(zhǔn)確鑒別出組內(nèi)染色體的序號(hào)。 1960年在美國(guó)丹佛、1963年在英國(guó)倫敦、1966年在美國(guó)芝加哥召開(kāi)過(guò)三次國(guó)際會(huì)議，制定了人類(lèi)有絲分裂染色體的識(shí)別、編號(hào)、分組以及核型描述（包括染色體數(shù)目和結(jié)構(gòu)異常的核型描述）等統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)命名系統(tǒng)。根據(jù)這一命名系統(tǒng)，122號(hào)為常染色體，是男女共有的22對(duì)染色體；其余一對(duì)隨男女性別而異，為性染色體，女性為XX，男性為XY；將這23對(duì)染色體分為A、B、C、D、E、F、G 7個(gè)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(lèi)核型分組與各組染色

16、體形態(tài)特征（非顯帶標(biāo)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(kāi)。 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(lèi)染色體顯帶核型,1968年瑞典細(xì)胞化學(xué)家Caspersson等應(yīng)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(zhǎng)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(shù)稱(chēng)Q顯帶（Q banding），所顯示的帶紋稱(chēng)為Q帶（Q band）。顯帶技術(shù)可將人類(lèi)的24種染色體顯示出各自特異的帶紋，稱(chēng)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(shù)。,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(shí)別,目前，G顯帶核型分析已成為臨床常規(guī)應(yīng)用的染色體病診斷的手段之一。在進(jìn)行G帶帶型描述時(shí)，“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?！皾狻?、“淡”表示深帶著色的強(qiáng)度。近側(cè)段、中段、遠(yuǎn)側(cè)段表示距離著絲粒的遠(yuǎn)近。,圖9-10 人類(lèi)G顯帶染色體模式圖,（四）人類(lèi)染色體的

18、多態(tài)性,人類(lèi)染色體數(shù)目和形態(tài)結(jié)構(gòu)是相對(duì)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(jié)構(gòu)、帶紋寬窄和著色強(qiáng)度等。這類(lèi)恒定而微小的變異是按照孟德?tīng)柗绞竭z傳的，通常沒(méi)有明顯的表型效應(yīng)或病理學(xué)意義，稱(chēng)為染色體多態(tài)性（chromosomal polymorphism）。,染色體多態(tài)性常見(jiàn)于的部位包括： Y染色體的長(zhǎng)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(hào)染色體次縊痕的變異，表現(xiàn)為次縊痕的有無(wú)或長(zhǎng)短的差異。 此外，在1、9和16號(hào)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(lèi)染色

19、體命名國(guó)際體制,1960年，在美國(guó)丹佛市召開(kāi)的第一屆國(guó)際細(xì)胞遺傳學(xué)會(huì)議上，頒布了“人類(lèi)有絲分裂染色體命名法標(biāo)準(zhǔn)體制”。 意義：確立了正常人核型的基本特點(diǎn)，是識(shí)別和分析人類(lèi)染色體以及各類(lèi)染色體畸變的基礎(chǔ)。 人類(lèi)染色體：22+1對(duì)，22對(duì)為男女所共有（為常染色體），1對(duì)與男女性別有關(guān)（為性染色體）。 關(guān)于X染色體和Y染色體的識(shí)別特征：,X 染色體 1、大小介于第7、第8號(hào)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(hào)染色體； 2、兩條染色體長(zhǎng)臂常平行伸展； 3、短臂末端無(wú)隨體。,關(guān)于X染色體和Y染色體的識(shí)別特征,1971年在巴黎召開(kāi)的第四屆國(guó)際人類(lèi)細(xì)胞遺傳學(xué)會(huì)議以及1972年愛(ài)丁堡會(huì)議，提出了區(qū)分每個(gè)顯帶染色體區(qū)、帶的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)，稱(chēng)為人類(lèi)細(xì)胞遺傳學(xué)命名的國(guó)際體制（An International System for Human C