课件：遗传学医用.ppt

1,第四章 染色体病,2,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、主要临床症状、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、主要临床症状、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,3,第一节 染色体研究方法 一、染色体制备 二、染色体形态学和显带 三、人类细胞遗传学研究进展 第二节 染色体变异与多态 一、长度变异 二、随体 三、副缢痕 四、Q、G和C带的多态 第三节 染色体畸变 一、 数目异常及其产生原因 二、 染色体结构异常 第四节 染色体异常与疾病 一、自发流产 二、出生缺陷 三、常染色体异常综合征 四、性染色体异常综合征,4,直到20世纪50年代，人类对自身染色体的认识才通过对两个错误概念的纠正得到了发展。这两个错误是： 1）认为人类染色体数目为48条； 2）认为哺乳动物的性别是同果蝇一样由常染色体与性染色体数目之比率决定的。,5,由于限于当时的实验材料和技术，对上述的问题认识不足。徐道觉的实验中的偶然发现和Tijo及Levan研究证实，人类染色体不是48条而是46条。随之，确定了X、Y染色体决定性别。 Down 综合征、Turner 综合征和Klinefelter 综合征是由于染色体数目异常。随之，发现染色体结构改变引起疾病。人类开始在细胞遗传学水平认识疾病发生的遗传基础,6,第一节 染色体研究方法,一、常规染色体的制备与分析,7,1） 细 胞 培 养 与 染 色 体 制 备,正常人外周血或细胞 RPMI1640培养基+15%小牛血清=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,8,9,二、染色体形态学和显带,在染色体狭窄处是着丝粒(centromere,cen), cen将染色体分为短臂(p)和长臂(q)。 染色体形态： 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,11,1、核型（Karyotype）分析,将一个体细胞中全套染色体按一定方式排列起来，构成图像。 根据人类细胞遗传学国际命名体制（ISCN），根据染色体的形态、大小和着丝粒的位置将染色体分为七组： 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,12,13,chr.groups: A: 13 B: 4, 5 C: 612, X D: 1315 E : 1618 F : 19, 20 G:21, 22, Y,14,染色体的两端为端粒，是一种蛋白-DNA结构，含有TTAGGG六核苷酸重复延伸序列，保护染色体不被降解，防止染色体末端融合，端粒缩短与细胞的寿命有关。 近端着丝粒染色体（1315，21、22和Y）除Y以外都具有随体，位于短臂末端介细丝连接的球状小体，细丝部位是rDNAgene所在部位，转录rRNA 进而形成核仁。,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,16,2、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来说都是独特的，可以区分和确认每一条染色体。,17,显带方法：,G-显带：是最常用的方法。标本经胰蛋白酶处理后，应用Giemsa染色，镜检、分析,显示深染和浅染相间的带纹。,18,46, XY,19,46, XX,20,常规G-banding使每个单倍体（24条染色体）都可以显示350550条带， 每条带大约代表5x10610x106bp的DNA。 每个基因长度不等，从102bp（a珠蛋白基因）2x106bp（抗肌萎缩蛋白基因）。 估计平均每3000bp为一个基因，每条染色体可能代表几个或几百个基因,21,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，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。 除了转录基因之外，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被认为是发生在浅染带。,22,G显带,23,G-banging 界标 区和带,24,除G显带外还有： R-显带：反G带 Q-显带：荧光显带，同G显带带纹 T-显带：末端显带 C-显带：着丝粒显带 NOR：特异显示近端着丝粒染色体的核仁 组织区,25,R显带,26,Q-显带：荧光显带，同G显带带纹,27,T-显带：末端显带,28,C-显带：着丝粒显带,29,NOR：特异显示近端着丝粒染色体,30,三、人类细胞遗传学研究进展,（一）染色体高分辨显带 新技术的应用使人们能够观察到前中期染色体，比中期染色体更伸展，这样观察的分辨率更高，可显示550850条带，即高分辨染色体。,31,高分辨显带,32,（二）微细胞遗传学,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几结构改变后的遗传效应的科学。 高分辨染色体: 550850条带，分辨染色体的细微结构的变化与疾病的相关性。 如：Down 综合征，21-三体，实质主要涉及21q22.3这一微小的关键片段.,33,（三）分子细胞遗传学 、荧光原位杂交 （Fluorescence in situ hybridization，FISH）,FISH是细胞遗传学方法和分子遗传学方法相结合的产物，可以认为是分子细胞遗传学技术。 基本原理：应用Digoxyginin或Biotin标记探针DNA（Nick translation 标记法），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。,34,FISH,35,应 用,1、基因定位 2、检测染色体的数目和结构异常 3、遗传病的诊断和产前诊断,36,FISH 技术的发展,1、单色FISH 2、多色FISH（24种染色） 3、DNA纤维FISH 4、比较基因组杂交,37,1、单色FISH 21三体FISH,38,单色FISH,基因定位,t （11；19）,39,2、多色FISH （24种染色）,40,染色体涂染,41,第二节 染色体变异与多态性,一、染色体长度上的差异 二、随体 三、副溢痕 四、Q、G、C带多态,42,第三节 染色体畸变,一、 数目异常及产生原因 二倍体 diploid 2n，一个体细胞中染色体数 。 46，XX。46，XY。 整倍体 euploid n或 n 的倍数。 23、46、69 - 非整倍体 aneuploid 不是n 或n的倍数。 增加或减少1条或几条。 三体性 trisomy 某号染色体多一个拷贝。 如21三体，47，XX，+21。 单体性 monosomy 某号染色体少一个拷贝。 如Turner综合征，45，X。,43,三倍体形成原因：双雌受精和双雄受精,44,四倍体形成原因： 核内复制和核内有丝分裂,45,非整倍体 是不分离（non-disjunction）的结果，即在细胞分裂时染色体不能正常分开.,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）,46,1、减数分裂不分离,减数分裂I不分离 减数分裂II不分离 减 I不分离 减II不分离 精子 同源三体性 单亲三体型,47,2、有丝分裂不分离（卵裂不分离）,46 46 丢失 46 46 46 45 不分离 46 46 47 45 46 46 45 45 46/47/45 嵌合体 46/45,48,二、结构异常,在某种因素的作用下，染色体发生断裂重接，染色体重排，形成特殊结构的染色体。,49,染色体结构异常类型：,1、缺失 deletion-del 2、易位 translocation-t 相互易位 罗伯逊易位 Robertsonian translocation-rob 3、等臂染色体 isochromosome-iso 4、插入 insersion-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,50,1、缺失 deletion-del,简式 46,XX/XY,del(1)(q21) 详式 46，XX/XY，del（1）（pterq21:）,51,缺 失,52,2、易位 translocation-t,2q21,5q31,简式 46，XY，t（2；5）（q21；q31） 详式 46，XY，t（2；5）（2pter2q21：5q315qter； 5pter5q31：2q212qter）,53,易 位,54,55,D/D D/G G/G,13,14,罗伯逊易位 Robertsonian translocation-rob,56,57,等臂染色体 isochromosome-iso,58,插入 insertion-ins,59,重复 duplication-dup,60,A B,B A,倒位 inversion-inv,61,倒 位,62,双着丝粒染色体 dicentric chromosome-dic,63,环状染色体(ring chromosome，r),64,环状染色体(ring chromosome，r),65,环状染色体(ring chromosome，r),66,第三节、染色体异常的危害,一、自发流产 在流产儿中进行染色体研究表明，大约50%或更多的自发流产儿有严重的染色体异常。几乎涉及到所有的染色体，但较为集中在某些染色体的改变。如X染色体、13、18、14、和21。 包括三体性、三倍体、四倍体、及单倍体等。,67,二、出生缺陷,染色体异常的第二大临床后果是出生缺陷，染色体的改变不同，临床表现也不尽相同。 但普遍的特点是： 生长发育迟缓（growth retardation）智力低下（mental retardation） 特征性异常体征（specific somatic abnormalities）。,68,三、常染色体异常综合征,1、 Down 综合征 1866年，英国医生Langdon Down 首先描述该病的体征，以其名命名，故称Down syndrome 。法国的细胞遗传学家Lejeune 证实，核型中多了一条G组染色体，后来证明是21 号，故称为21-三体syndrome。,69,1）发病率：1/800，1.25，以10亿人口计， 1.25x10亿=125万。 2）体征：智力发育不全，发育迟缓，面容呆滞，眼 距宽。眼裂小，外眼角上斜，鼻根扁平，张口伸 舌，流涎水缺乏抽象的思维能力，只会发单音节。 常伴有四肢、五官、内脏、皮肤等方面的异常。 50%患者伴有先天性心脏病，是死亡的主要原因。白血病的发病率高于常人20倍。 皮肤纹理变异： 手掌 正常人atd 400，患 者atd 60700 脚趾 胫侧弓型纹 实验室检查：SOD-1酶活性 增加50%,70,Down Syndrome,71,Down（唐氏）综合征患者,72,73,74,3）核型,75,（1） 47，XX（XY），+21 （典型的21-三体，占90%，几乎都是新发生的突变）。 （2）46，XX（XY）/47，XX（XY），+21 嵌合型（轻） （3） 46，XX（XY），-14，+t（14q；21q） 14/21易位型,76,4）原因（遗传学 ）,1） 减数分裂不分离 母 95%（辐射，甲状腺疾病，传染性肝炎） 2）卵裂过程中不分离（mitosis）嵌合体 3）双亲之一是平衡易位携带者，核型为：45，XX（XY），-14，-21，+t（14q；21q）。 4）高龄孕妇危险率增高，20 岁，1/2000，30岁，1/300，40岁，1/100，45岁，1/50。,77,78,正常,79,80,5）诊断 ：产前诊断 出生后诊断 方法：细胞遗传学染色体分析 分子细胞遗传学FISH 分子生物学PCR， Southern Blot 等。,81,细胞遗传学,分子遗传学,羊膜腔穿刺、取绒毛,82,染色体分析,83,21三体FISH诊断,84,Down综合征的分子学诊断方法,85,2、Edward Syndrome 18-三体综合征,1960年Edward等首先描述，故称为Edward 综合征，18号染色体三体18三体。 1）发病率：1/35008000（占新生儿） 2）临床表现：生长发育障碍，耳廓畸形，耳位低，小下颌，特殊握拳式。 3)核型： （1）47，XX（XY），+18 ，80%。 （2）46，XX（XY）/47，XX（XY），+18，10%。 （3）易位型。,86,1960年，Edward首先描述该病的体征。,Edward综合征,87,88,4、原 因：,(1)减数分裂不分离， （2）体细胞不分离， （3）双之一是平衡易位携带者。,89,2、Pataus Syndrome 13-三体综合征,1960年Patau等首先描述，故称为Patau综合征， 1）发病率：1/25000 2）临床表现；小头畸形，前额、前脑发育障碍，无嗅脑，常伴有唇裂腭裂，耳位低，耳廓畸形，80%伴有先天性心脏病，男性伴有隐睾，女性半数为双角子宫，卵巢发育不良，指弓形纹多，通贯手，atd角大等。,90,3)核型： （1）47，XX（XY），+13 （2）46，XX（XY）/47，XX （XY），+13，10%。 （3）46，XX（XY），-14，+t （13q；14q），易位型。,91,Patau综合征,1960年，Patau 首先描述该病的体征。,92,93,4）原因： （1）减数分裂不分离， （2）体细胞不分离， （3）双之一是平衡易位携带者。,94,3、部分单体综合征,部分单体较为常见，如5p-综合征。 1）发病率：1/50 000 2）体 征：哭声象猫，圆脸，眼距宽， 智力底下，20%患先天心脏性病。 3）核 型：46，XX（XY），del（5） （p14-15） 4）原 因：i 新突变 ii 双亲之一是平衡易位携带者。,95,5p-综合征,1963年Lejeune首先发 现。 主要症状：似猫叫样哭 声、特殊面容、智力低 下。 病因：5号染色体短臂 部分缺失。 核型： 46,XX(XY),del(5)(p15.1),96,97,二）性染色体与X染色体失活,98,X染色质 X-chromatin,1949年，加拿大细胞学家Barr等人，在雌猫神经原细胞核中发现一种浓缩小体，但在雄猫中看不到这种结构。 进一步研究发现，除猫以外，其它雌性哺乳动物（包括人类）也同样存在这种显示性别差异的结构，称为Barr小体，既X染色质。 正常女性的间期细胞核中紧贴核膜内缘有一个染色较深，约为1微米大小的椭圆形小体，既X染色质。,99,正常女性有两条X染色体，男性只有一条X染色体（和一条Y），X染色体有数量差异。那么，位于X染色体上的基因产物是否存在差异昵？为什么只有女性才有X染色质而男性没有？为什么某一种X连锁的突变基因纯合子女性的病情并不比半合子的男性严重？ 1961年，英国的遗传学家Mrry Lyon等四人，根据各自的实验提出了X染色体失活假说，后称为Lyon 假说，来解释上述问题。,100,莱昂（Lyon）假说,X失活发生在胚胎生命早期 失活是随机的 失活是完全的 失活是永久的和克隆式繁殖的 莱昂化-嵌合体,也就是说在女性细胞中的两条X染色体只有一条有活性，另一条无转录活性，在间期细胞核异固缩而失活。这样男女X连锁基因产物量保持相同水平，这种效应称为剂量补偿。,101,需要说明的问题,1）如果一个有缺失的X染色体，优先失活； 2）常染色体和X染色体平衡易位的个体中，正常的X染色体优先失活； 3）Xchr上的Gene不全部失活，约1/3的gene逃避失活，已知16个基因逃避失活； 4）体细胞X失活是永久的，但在生殖细胞发育中，失活是可逆的； 5）C中只有一条X染色体有活性，其他均以失活状态存在；,102,支 持 证 据,细胞学：Bar小体-X染色质 X染色体=性染色质数 +1 遗传学：对鼠的X连锁毛皮颜色突变观察 玳瑁色皮毛(Xa) 雌性杂合子-斑点状皮毛 (XAXa) 野生型颜色(XA) 突变的雄性半合子-统一的玳瑁色皮毛 (Xa) 对于雌性两个非等位基因 杂合子: A a 突变色 当互斥时 b B 突变色 A a 两种突变颜色 当偶联时 B b 野生型颜色,103,生化学： G6PD杂合子雌性成纤维细胞中表达 大量培养的细胞- G6PD A和B两种形式 单一前体细胞系(克隆)-A或B 生化学证椐: 相关性来自于对骡的研究，马X驴骡（雌性）， 马和驴的X染色体可区分开来，G6PD活性有差异，可通过 电泳进行分辨。 驴X染色体失活表现马的G6PD 在骡的成纤维细胞系中 马X染色体失活表现驴的G6PD,104,解释现象： 1）杂合女性临床表现比半合子男性有更多的可变性； 2）解释生化检测女性X连锁疾病携带者比较困难； 3）应用于研究细胞的分化和转化。,105,Y染色质 Y-chromatin,正常男性的间期细胞用荧光染料染色后，在细胞核内显示一个直径约为0.3微米的强荧光小体，称为Y染色质。 Y染色质是Y染色体长臂末端部分异染色质区,被荧光染料着色所发出的荧光。这是Y染色体特有的，女性细胞中不存在。Y染色质数目=Y染色体数目。 间期核Y染色质检测： 男性：46，XY Y染色质为阳性 女性：46，XX Y染色质为阴性 X、Y染色质在鉴别一个人的性别上有作用，这种间期细胞核中染色质的性别差异，称为核性别（nuclear sex）,106,三）性染色体异常综合征,1、Klinefelter Syndrome 先天性睾丸发育不全症 1942年，Klinefelter首先报道。 1）发病率：1.2/1000 2）体 症：小睾丸，曲细精管玻璃样变，不能产生精子，无生育能力，男性副性征发育差，25%的患者有男性乳房发育，身高，修长。（180190cm，1/50，190200cm，1/10）。,107,108,3）核 型： 4）原 因：,47，XXY， 48，XXXY， 嵌合型 46，XY/47，XXY（一恻睾丸正常，可育）。 卵子发生中XX染色体不分离，XX+YXXY， 精子发生 中XY不分离，X+XYXXY。,109,2、Turner Syndrome 先天性卵巢发育不全症 1938年，Turner首先报道。,1）发病率：0.2/10000.4/1000(新生女婴),流产儿中约7.5%. 2）体 症：表型女性，身体矮小(1.21.4cm),女性副性征发育差，50%患者有颈璞,肘外翻,小下颌,错咬合,性腺发育不全,原发性闭经,无生育能力。,110,Turner Syndrome,111,3)核 型 4）原 因：,45，X 45，X/46，XX 45X/47,XXX，嵌合型; 46，X,i(Xq)。 精子发生 中XY不分离， 23X+2245，X,112,3、Sandberg Syndrome ,XYY综合征 1961年, Sandberg首先报道。,1）发病率：1/900,发病与身高有关（1.811.89,1/200;1901.99,1/30;200以上,1/10）. 2）体 症：表型男性,身体高大,智能正常或略低,多数有生育能力,少数性腺发育异常,隐睾,缺乏生育能力.,113,3）核 型 4）原 因,3）核型： 47,XYY 4）原 因： 精子形成过 程中,YY不分离, 23,X 24,YY 47,XYY。,114,4、47，XXX和多X女性，又称超雌性（Superfemale）,1）发病率： 1/1250 2）体 症： 表型正常，生育能力正常，少数月经异常，2/3患者智力梢低，易患经神病。,115,3）核 型4）原 因,核 型： 47,XXX， 46，XX/47， XXX，少数多X。 原 因： 卵子形成过程中, XX不分离。 23,X 24,XX 47,XXX。,116,5、脆性X染色体综合征,脆性X染色体（fragile X chromosome ，far X），是指在Xq27q28之间呈细丝样部位，而使其连接的末端呈随体样结构，细丝部位易发生断裂、丢失而被称之为脆性部位，（fragile site）。此类染色体称之为脆性X染色体。 1）发病率：1/1 250男，1/2 000女。 2）体征：中度智力低下，语言障碍， 性情孤僻，四大的特征 （大头、大耳、大下颌、 大睾丸）。,117,3）核 型,核型： 46，fra（X）Y,118,4）发病机理,（1） 细胞遗传学检测具有fraX 染色体， （2） 发现致病基因FMR-1位于脆性部位， (3)FMR1 Gene5非翻译区第一外显子区域内三联体（CGG）n动态重复。,234567891011121314151617,FMR1 Gene,正常E1,IIIIIIII,AUG,（30重复非甲化）,前突变E1,（96重复非甲化）,全突变E1,（720重复甲化）,IIIIIIIIIIII,AUG,IIIIIIIIIIIIIIIIIII,AUG,119,四、 两性畸形,个体的性腺、内外生殖器官和第二性征具有两性的特征。,真两性畸形：患者体内存在睾丸和卵巢。 假两性畸形：患者体内存在一种性腺而外生殖器和 第二性征有不同程度的异常者。,形成原因：性染色体畸变 单基因突变 环境因素 性激素代谢紊乱,120,真 两 性 畸 形, 特点： 具有男女两种性腺：可单独存在或结合形成卵巢睾。 外生