遗传毒性及机制ppt课件.ppt

张洁Ph D M D Lecturer卫生毒理教研室DepartmentofToxicology苏州大学医学部放射医学与公共卫生学院RadiationMedicine PublicHealthMedicalCollege SoochowUniversityZhangjie 78 遗传毒性的类型及其形成机制 染色体畸变 ChromosomeAberrations 染色体是遗传物质的载体 由许许多多的DNA分子和蛋白质分子组成 如果因为某种原因造成染色体的数目或结构异常 则会引起个体一系列性状的改变 形成染色体病 第一节人类染色体 第二节染色体畸变 第三节染色体病 第一节人类染色体 一 染色体的形态和数目 染色体的形态结构在细胞增殖周期中不断发生着变化 一般在有丝分裂中期 染色体的形态最典型 最清晰 这时 每条染色体均由两条染色单体构成 它们的形态结构完全相同 互称姐妹染色单体 两条染色单体仅在着丝粒处相连 由于着丝粒浅染内缢 故也称主缢痕 着丝粒区是纺锤丝附着之处 在细胞分裂过程中与染色体的运动有关 着丝粒将染色体分为短臂 p 和长臂 q 两部分 两臂末端均有一特化部分 称为端粒 一 染色体的形态结构 着丝粒 短臂和长臂 端粒 短臂 p 长臂 q 着丝粒 centromere 姐妹染色单体 sisterchromatid 二 染色体的类型根据着丝粒的位置 人类染色体可分为三种 中央着丝粒染色体 着丝粒位于染色体纵轴的1 2 5 8处 亚中着丝粒染色体 着丝粒位于染色体纵轴的5 8 7 8处 近端着丝粒染色体 着丝粒位于染色体纵轴的7 8 末端 中央着丝粒染色体 亚中着丝粒染色体 近端着丝粒染色体 人类的正常体细胞中含有两个染色体组为二倍体 染色体数目为46条即23对 其中1 22对染色体男女均有 称为常染色体 另一对染色体与性别有关 称为性染色体 女性的性染色体为XX 男性的性染色体为XY 人类的正常生殖细胞所含的全部染色体称为一个染色体组 染色体数为23条 卵子为22 X 精子为22 X或22 Y 三 染色体的数目 二 染色体的核型 一 非显带染色体核型核型 将一个体细胞中的全部染色体 按各对同源染色体的大小 形态特征 从大到小依次排列并分组编号所构成的图形 根据1960年美国丹佛第一届国际细胞遗传学会议上确立的丹佛体制 将人类的22对常染色体按其长度和着丝粒位置顺次编为1 22号 并划分为A B C D E F G七个组 另一对性染色体X和Y染色体 分别归人C和G组 A组包括1 3号三对染色体 为最大的一组染色体 其中1 3号具中央着丝粒 2号为亚中着丝粒染色体 B组包括4 5号两对染色体 为亚中着丝粒染色体 这两对染色体短臂相对较短 易于与C组的亚中着丝粒染色体相区别 但4 5号两对之间难以区分 C组包括6 12号七对染色体和X染色体 为中等大小的亚中着丝粒染色体 其中第6 7 8 11和X染色体的着丝粒略靠近中央 短臂相对较长 第9 10 12号染色体短臂相对较短 X染色体大小介于第7和第8号之间 第9号染色体长臂上常有一明显的次缢痕 D组包括13 15号三对染色体 为中等大小的近端着丝粒染色体 短臂上常有随体 E组包括16 18号三对染色体 体积较小 其中第16号为较小的中央着丝粒染色体 其长臂有时可出现次缢痕 第17 18号染色体为最小的亚中着丝粒染色体 F组包括19 20号两对染色体 为最小的中央着丝粒染色体 G组包括21 22号和Y染色体 为最小的近端着丝粒染色体 其中2l 22号染色体常具有随体 Y染色体无随体 其两长臂平行靠拢 非显带染色体核型 A组 B组 C组 D组 E组 F组 G组 在非显带染色体标本上 不能将染色体的形态特征完全显示出来 尤其是B C D F和G组的染色体 只能鉴定出属于哪一组 而对组内各号染色体一般难以区别 染色体显带技术可使每一号染色体的长臂和短臂上呈现出一条条明暗交替或深浅相间的带纹 这就构成每号染色体的带型 经过显带技术处理的染色体称为显带染色体 显带技术极大地促进了细胞遗传学的发展 使每条染色体都可被准确识别和鉴定 甚至出现小的染色体结构异常也可被检出 二 染色体显带技术与带型 Q带染色体标本经喹吖因氮芥 QM 等荧光染料处理后显示的带 称Q带 在荧光显微镜下 可见标本的染色体臂上有明暗相间的横纹 对每条染色体都是特征性的 染色体之所以显示出带纹 一般认为是构成染色体的DNA分子中碱基成分存在差异 DNA双螺旋缠绕程度的不同所致 Q带明显 显带效果稳定 但荧光持续时间短 标本不能长期保存 必须立即观察并显微摄影 G带这是目前使用最广泛的一种带型 操作简单 带纹清晰 标本可长期保存 重复性好 其方法是 将染色体标本经胰蛋白酶 NaOH 柠檬酸盐或尿素等试剂处理后 再经吉姆萨染色 显示的深浅交替的横纹便是G带 染色体的G带在普通光镜下即可观察 G带带型与Q带带型基本相同 G带的深染带相当于Q带的亮带 浅染带相当于暗带 R带染色体标本经热磷酸盐 80 90 处理后 用吉姆萨染料染色显示的带纹叫R带 R带的带纹与G带相反 即G带是深染部分 R带呈浅染 对于G Q显带的染色体 两臂末端均为浅带或不显示荧光 在R带则被染色 因此 R带有利于测定染色体长度 观察末端区的结构 一般R显带主要用于研究染色体末端缺失和结构重排 C带染色体标本经热碱 Ba OH 2或NaOH 处理后 用吉姆萨染色 每一条染色体的着丝粒区特异性着色 第1 9 16号染色体的次缢痕区和Y染色体长臂远端1 2 2 3的区段也呈深染状态 这就是C带 由于C带显示的主要是邻近着丝粒的结构异染色质区 所以也称着丝粒显带 C带技术通常用以检测着丝粒区 次缢痕区及Y染色体结构上的变化 高分辨G带应用普通G显带技术 在中期单倍染色体上一般可显示320条带纹 70年代后期 采用细胞增殖同步化方法和改进的显带技术 在细胞分裂的晚前期 早中期可获得更多的分裂相和带纹更多更细长的染色体 在单倍染色体上能显示550 850 甚至更多条带纹 这种染色体显带技术称为高分辨G带 高分辨显带技术有助于发现更多细微的染色体结构异常 使染色体结构畸变的断裂点定位更精确 上述Q G R带三种带型是染色体整体显带 下图为人类显带染色体模式图 G Q阴性带 R阳性带 G Q阳性带 R阴性带 可变带 在显带染色体标本上 每条染色体都由一系列连续的带纹构成 没有非带区 依照染色体上的明显特征作为界标 可将染色体分为若干个区 每个区中含有不同数量的带 1 界标界标是每条染色体上稳定的 有显著形态学特征的部位 包括染色体两臂的末端 着丝粒和某些明显的深染带或浅染带 它是识别染色体的显著而恒定的形态学特征 2 区区是两个相邻界标之间的染色体区域 3 带带分布于染色体的整个区域 明暗相间 深浅交替 4 亚带在带的甚础上 再分出若干细小的带纹叫亚带 高分辨显带技术使对染色体的分析达到了亚带水平 三 区 带和亚带的命名及表示方法 在标记特定的带时 包括四项 染色体号 臂符号 区号和带号 这些符号依次连写 不留间隔 不用标点分开 例如lp34 表示1号染色体短臂3区4带 如果一个带需要再分成若干亚带 则写成1p34 1 1p34 2 1p34 3等 亚带lp34 1接近着丝粒区 1p34 3远离着丝粒区 第二节染色体畸变 染色体畸变 染色体是遗传物质的载体 其数目和结构的相对恒定是保证个体遗传性状相对稳定的基础 某些物理 化学等因素可使染色体数目和结构发生改变 称为染色体畸变 染色体畸变包括数目畸变和结构畸变两大类 其发生可以在受精以前 也可以在受精之后 可以发生于常染色体 也可以发生于性染色体 一 染色体数目畸变 以二倍体为标准 如果体细胞染色体数目超出或少于2n 46 称为染色体数目畸变 它包括整倍性改变和非整倍性改变两种形式 整倍性改变 以染色体组为单位的增减 三倍体 triploid 四倍体 polyploid 非整倍性改变 染色体数目只有少数几个的增减 超二倍 hyperdiploid 如三体 亚二倍 hypodiploid 如单体 一 整倍性改变 整倍性改变的核型描述方法是 写出此细胞中染色体的总数 数目后加逗号 然后写出性染色体的组成 如69 XXY等 三倍体产生的机制 双雄受精双雌受精 三倍体 triploid 指体细胞中有三个染色体组 染色体总数为69 核型 69 XXY69 XYY69 XXX 双雄受精 diandry 双雄受精是指受精时两个精子同时进入一个卵子中 双雌受精 digyny 双雌受精指减数分裂时 本应分给极体的那组染色体仍留在卵子内 形成二倍体的异常卵子 该卵子与正常精子受精 在人类三倍性是致死的 在流产胎儿中较常见 也是流产的重要原因之一 三倍体核型 2 四倍体 tetraploid 指体细胞中有四个染色体组 染色体总数为92 4n 9292 XXXX等形成原因 核内复制 endoreduplication 细胞在一次分裂过程中 染色体复制二次或二次以上 结果导致核内多倍化现象 全身四倍体罕见 四倍体以上未见报道 在自然流产的胎儿中 多倍体约占22 在肿瘤等组织中 常见多倍体细胞 二 非整倍体 aneuploid 细胞内个别染色体数的增加或减少 形成非整倍体 亚二倍体 hypodiploid 体细胞染色体数目少于46的细胞或个体称亚二倍体 在亚二倍体中 丢失一条染色体构成某号染色体的单体 超二倍体 hyperdiploid 体细胞染色体数目多于46的细胞或个体 在超二倍体中 多出一条染色体构成某号染色体的三体 细胞发生非整倍性改变的核型描述方法是 染色体总数 包括性染色体 性染色体组成 畸变染色体序号 如13号染色体多一条 为三体型 其核型描述如下 47 XX XY 13 如21号染色体少了一条 为单体型 核型描述为 45 XX XY 21 又如某患者性染色体只有一条X 其核型可描述为 45 X 非整倍体改变的形成机制染色体不分离 non disjunction 染色体丢失 loss 非整倍体的形成机制染色体不分离 non disjunction 在有丝分裂或减数分裂时 一对姐妹染色单体或同源染色体彼此没有分离 同时进入一个子细胞 结果导致一个子细胞中增加一条染色体 另一个子细胞中减少一条染色体 减数分裂不分离 染色体不分离常发生在减数分裂过程中 它既可以发生于减数第一次分裂过程中 也可以发生在减数第二次分裂过程中 减数分裂不分离 meioticnon disjunction 第一次减数分裂不分离如果在第一次减数分裂时发生染色体不分离 即同源染色体未分离 会导致某一联会的同源染色体共同进入一个次级精母细胞 或次级卵母细胞 中 第二次减数分裂不分离如果在减数第二次分裂时发生染色体不分离 即姐妹染色单体不分离 结果一个细胞得到二条染色单体 另一个细胞则未得到 实践证明 减数分裂的不分离多发生在减数第一次分裂过程中 第一次减数分裂不分离 同源染色体不分离 第一次减数分裂不分离 染色体不分离发生在减数分裂后期 正常受精后 1 2形成超二倍体 2n 1 1 2形成亚二倍体 2n 1 形成的成熟配子中 1 2有 n 1 条染色体 1 2有 n 1 条染色体 第二次减数分裂不分离 姐妹染色单体不分离 第二次减数分裂不分离 2N 1 染色体不分离发生在减数分裂后期 正常受精后 1 2为二倍体 1 4形成超二倍体 2n 1 1 4形成亚二倍体 2n 1 形成的成熟配子中 1 2有n条染色体 1 4有 n 1 条染色体 1 4有 n 1 条染色体 染色体丢失 loss 在细胞分裂的过程中 两条染色单体形成两条染色体时 其中一条移向一极 另一条因着丝粒未和纺锤丝相连而不能移动 或因移动迟缓而未与其他染色体一起进入新细胞核 遗留在细胞质中逐渐消失 结果所形成的两个子细胞 一个染色体数正常 另一个少了一条染色体 这种现象称为染色体丢失 非整倍体的形成机制 减数分裂不分离如果染色体不分离或染色体丢失发生在有丝分裂 如受精卵早期卵裂 过程中 它将导致该个体全身一部分细胞是正常的 一部分是异常的 一个个体内同时存在两种或两种以上核型的细胞系 这种个体称为嵌合体 嵌合体患者的临床症状往往不够典型 其轻重与异常核型所占比例有关 异常核型细胞所占比例越大 症状越重 反之则轻 46 46 二 染色体结构畸变 自然界中电离辐射 化学物质和病毒等因素 都可能使染色体发生断裂 断裂端有 粘性 易与其它断端接合 也可在原来的位置上重新结合 使染色体修复如初 染色体结构畸变是染色体发生断裂后经非正常重接而形成的染色体结构的改变 由于染色体发生断裂的部位及重接方式的不同 可以形成以下类型的结构畸变 1 缺失 deletion 2 重复 duplication 3 倒位 inversion 4 易位 translocation 5 环状染色体 ringchromosome 6 等臂染色体 isochromsome 7 双着丝粒染色体 dicentricchromsome 一 缺失 染色体染色体断裂后 分为有着丝粒的片段和没有着丝粒的片段 没有着丝粒的片段在细胞分裂中不能在纺锤丝牵引下定向移动 一般被遗失在细胞质中 保留下来的染色体丢失了相应的节段的遗传物质 称为缺失 用del表示 染色体发生一处断裂后 不含着丝粒的末端部分丢失 称为末端缺失 染色体同一臂上发生两处断裂 两断裂点之间的断片丢失 称为中间缺失 46 XX del 4 q27 46 XX del 4 pter q27 二 重复 一条染色体的某一节段有两份或两份以上 这种结构异常称为重复 用dup表示 重复通常是由于一对同源染色体在不同部位出现断裂 彼此断片互换重接 结果导致其中一条染色体某个节段重复 另一条染色体该节段缺失 重复 duplication dup 一条染色体上同时发生两处断裂 形成三个断片 中间的断片倒转180 后重接 称为倒位 用inv表示 两处断裂发生在着丝粒一侧 长臂或短臂 形成的倒位 称为臂内倒位 两处断裂发生在着丝粒两侧形成的倒位 称为臂间倒位 细胞内染色体的倒位 一般只是造成基因排列顺序的改变 不发生遗传物质的增减 故往往无表型效应 这样的个体称为倒位携带者 这种个体在减数分裂时常常会形成带有异常染色体的配子 最终导致受精卵或胚胎致死 以及产生染色体异常的后代 在临床上 臂间倒位比臂内倒位多见 二 倒位 臂内倒位 paracentricinversion 46 XY inv 4 q13q24 臂间倒位 pericentricinversion 四 易位 某条染色体的断片接合到另一条染色体上 称为易位 用t表示 易位有多种形式 主要类型有相互易位和罗伯逊易位 相互易位 两条非同源染色体同时发生断裂 其断片相互交换位置后重接 形成两条异常染色体 这种易位称为相互易位 由于相互易位并无遗传物质丢失 仅涉及位置的改变 故一般情况下个体表型正常 这种个体称为平衡易位携带者 46 XY t 4 20 q25 q12 46 XY t 4 20 4pter 4q25 20q12 20qter 20pter 20q12 4q25 4qter 罗伯逊易位 它是一种特殊形式的相互易位 只发生在近端着丝粒染色体之间 两条近端着丝粒染色体在着丝粒或其附近部位断裂 而后两长臂重接形成一条染色体 两短臂也可重接形成一条很小的染色体 这种易位称为罗伯逊易位 又称罗氏易位或着丝粒融合 罗氏易位形成的小染色体常在随后的细胞分裂中丢失 致使细胞中只有45条染色体 由于小染色体只含有少量基因 它的丢失不会引起明显的遗传学效应 发生易位的个体表型基本正常 45 XX 14 21 t 14 21 p11 q11 五 环状染色体 ringchromosome r 46 XY r 2 p21q31 46 X I Xp 46 X I Xq 六 等臂染色体 isochromosome i 45 XX dic 6 11 q22 p15 七 双着丝粒染色体 dicentricchromosome dic 智力低下 发育缓慢 甚至多发畸形 亦男亦女 这些异常的性状特征都可能由染色体畸变引起 成为染色体病的临床表现 染色体的畸变情况可以用核型来描述 其发生可在常染色体 也可在性染色体 第三节染色体病 染色体病是指由于染色体数目或结构畸变所导致的疾病 因为染色体畸变时所涉及的基因较多 所以机体的异常情况可能会涉及到许多器官 系统 染色体病通常表现为具有多种症状的综合征 涉及生长迟缓 多发畸形 智力障碍和皮纹改变等 故又称为染色体畸变综合征 根据染色体畸变的类型 染色体病可分为染色体数目畸变引起的疾病和染色体结构畸变引起的疾病两大类 一 染色体数目畸变引起的疾病 1 21三体综合征 先天愚型 1866年 英国医生LangdonDown首先描述报道 故又称Down综合征 发病率 在新生儿中的发病率约为1 800 1 600 是最常见的一种染色体病 一 常染色体数目畸变引起的疾病 发生原因 21三体型一般是由于在形成卵子的减数分裂过程中 21号染色体发生了不分离 产生了含有两条21号染色体的异常卵子 其与正常精子结合所至 随着母亲年龄的增长 染色体发生不分离的机会也相应增大 40岁以上的母亲生出先天愚型患儿的几率比25 34岁的母亲要高10倍以上 嵌合型是受精卵在卵裂过程中21号染色体不分离造成的 21三体综合征 临床表现 患者生长发育迟缓 体力和智力发育均有障碍 坐 立 走都很晚 智力低下 缺乏抽象思维能力 具有特殊的呆滞面容 眼裂小 外侧上倾 眼间距宽 鼻根低平 颌小 腭狭 口常半开 舌大外伸 流涎 故又称伸舌样痴呆 40 的患者有先天性心脏病 其中房间隔缺损者约占一半 患者四肢关节过度屈曲 肌张力低 指短 小指内弯 约50 的患者具有通贯手 atd角约70 80 正常人atd角平均为41 拇趾与第二趾之间相距较大 男性患者常有隐睾 无生育能力 女性患者少数有生育能力 但将此病传给后代的风险较高 发病率 新生儿的发病率约为1 8000 1 3500 患者多数于生后6个月内死亡 2 18三体综合征 发生原因 同2l三体综合征发生机制一样 18三体型一般是由于患者的母亲在形成卵子的减数分裂过程中 18号染色体发生了不分离 产生了含有两条18号染色体的异常卵子 该卵子与正常精子受精后形成 嵌合型是由于受精卵在早期卵裂过程中 18号染色体不分离造成的 嵌合型存活时间相对较长 52 的患儿产生于35岁以上的孕妇 18三体面部 18三体耳部 弓形纹 18三体足部 摇椅型足 18三体手部 特殊握拳状 18三体综合征 临床表现 患者生长发育迟缓 出生时体重低 智力发育差 头面部和手足有严重畸形 面小 眼小 眼睑下垂 小颌 耳低位畸形 手呈特殊握拳状 摇椅形足 90 的患者伴有先天性心脏病 腹股沟疝等畸形 患者的指端弓形纹显著增多 弓形纹约占患者全部指纹的90 以上 十个指头均为弓形纹的患者超过40 少于六个弓形纹的患者极罕见 大约53 的手掌可见t点高位 atd角因此而增大 但通常不如先天愚型明显 大约75 的患者可出现通贯手 其中25 为双侧性的 为正常人群出现率的12 5倍 二 性染色体数目畸变引起的疾病 1 先天性睾丸发育不全症1942年由Klinefelter首先描述了这一综合征 故又称Klinefelter综合征 发病率 男性新生儿的发病率为1 750 国外白种人中 身高180cm以上的男性发病率为1 260 精神病患者或刑事收容者中为1 100 因不育而就诊的男性中为1 20 发生原因 患者双亲之一在生殖细胞形成过程中 出现性染色体不分离所致 或者受精卵在卵裂时出现性染色体不分离所致 随着亲代年龄的增长 生出本病患儿的几率也相应增加 临床表现 患者表型男性 儿童期一般无症状 少数患者智力低下 青春期开始后症状逐渐明显 体型高大而不匀称 四肢长 睾丸小且发育不全 不能产生精子而无生育能力 第二性征发育差 无胡须 体毛稀少 阴毛分布似女性 稀少或无 乳房发育 皮肤细嫩 部分患者智力低下 某些患者有精神异常 患者指嵴纹总数显著减少 指端弓形纹增多 核型 患者核型