医学遗传学课件：第4章 染色体

1、2020/9/20,1,第四章 染色体,（chromosome),2020/9/20,2/80,第一节 染色质与染色体,染色体是基因的载体，由DNA、组蛋白、RNA与非组蛋白组成，在细胞分裂间期以无定型的染色质形式存在，在细胞分裂期以棒状的染色体形式存在。,2020/9/20,3/80,一、染色体的形成与染色质螺旋化,染色体构建的四级结构模型 染色体构建的袢环结构模型,2020/9/20,4/80,(一)染色体构建的四级结构模型,一级结构： 由DNA与组蛋白包装成核小体，在组蛋白H1的介导下，核小体彼此连接形成直径10nm的核小体串珠结构。,2020/9/20,5/80,二级结构 -螺旋管,2

2、020/9/20,6/80,30nm的螺线管进一步盘绕，形成400nm的超螺线管，即为染色质的三级结构。,超螺线管再一次折叠，可形成染色单体，长210m。,三级结构 超螺线管,四级结构 染色单体,2020/9/20,7/80,(二)袢环结构模型,2020/9/20,8/80,二、常染色质和异染色质,2020/9/20,9/80,常染色质,异染色质,2020/9/20,10/80,三、性染色质,X染色质 Y染色质,2020/9/20,11/80,（一）X染色质,1949年Barr发现 Lyon假说：女性的两条X染色体在胚胎发育中，一条随机失活，在细胞学图像上显示出X染色质。X染色体失活可在XAX

3、a携带者中表现出部分症状。 雌性动物细胞中一条X染色体有活性，另一条失活; X染色质随即来自父母之一; 失活发生于胚胎早期。,2020/9/20,12/80,X染色质的研究进展,1. 失活不完全； 2. 失活中心(X inactive center，XIC)： X染色体上的特异性失活位点, Xq13。 XIC编码X染色体失活特异转录子(X inactive specific transcripts, XIST)核RNA(17kb)，抑制处于同一DNA分子上的基因活性。,2020/9/20,13/80,（二） Y chromatin,用荧光染料对间期细胞染色，正常男性细胞核内有一个强荧光小体，0

4、.3m，是Y染色体长臂远端的异染色质区，称Y染色质。 男性特有，数目与男性细胞内Y染色体数目相同。,2020/9/20,14/80,Y染色质,X染色质,2020/9/20,15/80,第二节 染色体在细胞分裂中的行为,细胞通过生长和分裂使细胞数目增加。 有丝分裂的特点是母细胞把复制了的遗传物质均等分配到两个子细胞，以保证遗传的连续性和稳定性。,2020/9/20,16/80,一、细胞增殖周期,cell cycle：指细胞从一次分裂结束开始生长到下一次分裂终了为止所经历的过程。 细胞周期时间：指细胞经历一个周期所需的时间。,2020/9/20,17/80,细胞周期各时相的划分,（一）分裂间期 G

5、1期(Gap1) S期(DNA synthesis) G2期(Gap2),（二）分裂期 前期 中期 后期 末期,2020/9/20,18/80,细胞周期各时期的特点,1. G1期：从M期结束DNA合成前的一段过程。是细胞生长并为DNA复制作准备的时期。 RNA、蛋白质、脂类和碳水化合物的合成量显著增加。 合成DNA复制所需酶以及蛋白因子。 组蛋白和非组蛋白，H1组蛋白的磷酸化。,2020/9/20,19/80,根据细胞增殖特点，G1期存在三种细胞： 继续增殖细胞：如：胚胎细胞，骨髓干细胞，生殖上皮细胞等。 暂不增殖细胞：如：肝、肾、胰实质细胞。 永不增殖细胞：如：红细胞，神经细胞，肌细胞等,2

6、020/9/20,20/80,2.S期：DNA合成期 DNA复制：2C4C 组蛋白合成：核小体包装 中心粒复制：,2020/9/20,21/80,3. G2期：DNA合成完成细胞分裂之前的时期。 为细胞分裂作准备，合成与M期相关的结构功能蛋白。 与促使核膜破裂及染色体凝集相关成熟促进因子。 与纺锤体形成有关的微管蛋白。,2020/9/20,22/80,二、染色体在有丝分裂中的行为,前期 中期 后期 末期,2020/9/20,23/80,（1）前期 染色质凝集; 确定分裂极; 核仁解体; 核膜破裂。,2020/9/20,24/80,（2）中期 有丝分裂器：染色体、星体、中心粒、纺锤体。 极微管；

7、 染色体微管； 区间微管； 星体微管。,2020/9/20,25/80,（3）后期: 染色体分离，移向两极。,2020/9/20,26/80,（4）末期: 子细胞核膜、核仁出现，胞质分裂。,2020/9/20,27/80,三、染色体在减数分裂中的行为,间期 （一）第一次减数分裂 前期 中期 后期 末期,间期 （一）第二次减数分裂 前期 中期 后期 末期,2020/9/20,28/80,1.前期： （1）细线期:染色质- 染色粒 （2）偶线期: 二价体、四分体出现，Z-DNA合成。 （3）粗线期: 交换、重组、P-DNA合成。 （4）双线期:同源染色体分离,交叉端移。 （5）终变期:,2020/

8、9/20,29/80,联会复合体(SC)：侧生组分-中央成分（含重组节）-侧生成分,2020/9/20,30/80,交叉,2020/9/20,31/80,2.中期：同源染色体的排列成赤道板。 3.后期：同源染色体分离，非同源染色体自由组合。 4.末期：染色体成丝状，核仁、核膜重新出现，胞质分裂。,2020/9/20,32/80,2020/9/20,33/80,减数分裂同有丝分裂的比较：,发生细胞 DNA复制与细胞分裂次数 过程 细胞分裂的结果 DNA的变化,2020/9/20,34/80,减数分裂的意义：,使生物染色体数目保持恒定 遗传规律的细胞学基础 人类遗传基础发生变异的根本机制,2020

9、/9/20,35/80,第三节 生殖细胞的发生,一、精子发生 二、卵子发生,2020/9/20,36/80,一、精子的发生,增殖期：有丝分裂， （2n) 生长期：形成精母细胞，（2n） 成熟期：减数分裂，（n） 变形期：单倍体精子,2020/9/20,37/80,二、卵子的发生,增殖期 胚胎发育早期 卵巢中生发上皮卵原细胞（2n)进行有丝分裂 生长期 胚胎发育6个月 卵原细胞增大成初级卵母细胞（2n),2020/9/20,38/80,成熟期 初级卵母细胞 第一次减数分裂 1次级卵母细胞（n） 400个停于双线期，性成熟后，排卵+1第一极体（n） 1次级卵母细胞 第二次减数分裂 1卵细胞（n）

10、停于中期 + 1第二极体（n） 1第一极体受精后第二次减数分裂 2第二极体（n）,2020/9/20,39/80,2020/9/20,40/80,三.受精作用 (fertilization),2020/9/20,41/80,第四节 正常核型,大量实验研究证明，染色体是种的标志。各种生物的染色体数目和形态是恒定的。即同种生物的染色体数目和形态都相同，不同种生物则不同。因此，对人类染色体的识别，是依据正常人类染色体的固有形态特征和数目进行对照分析，这是确定和发现染色体异常和染色体畸变综合征的基本手段和诊断基础。,2020/9/20,42/80,人类染色体,2020/9/20,43/80,一 、人体

11、染色体的形态,染色单体,次级缢痕,短臂（p）,长臂（q）,随体,常染色质区,端粒(异染色质区),随体柄(次级缢痕),着丝粒(初级缢痕),中期染色体结构,2020/9/20,44/80,初级缢痕（主缢痕）： 着丝粒所在部位两染色单体缩窄。 次级缢痕（副缢痕）： 有的染色体在长、短臂上还存在缩窄区或浅染区，称为副缢痕。 随体： 大部分近端着丝粒染色体短臂末端有一球形小体，借柄部与染色体主体称为随体。,2020/9/20,45/80,NOR： 近端着丝粒染色体随体和短臂相连的柄部含有rDNA，可转录形成rRNA,与核仁形成有关，也称核仁组织者区。 端粒（telomere）： 染色体端部特化部位，由端

12、粒DNA和端粒蛋白构成。 功能:1. 维持染色体结构稳定； 2. 保持各条染色体彼此不相粘接； 3. 有助于同源染色体配对和染色单体互换。,2020/9/20,46/80,染色体的四种类型：,2020/9/20,47/80,二、核型分析 核型（karyotype） ： 一个体细胞（somatic cell）中的全部染色体称为核型。确切的说核型是指是一个体细胞内的全部染色体按其大小和形态特征排列所构成的图像。 对这种图像进行分析称为核型分析。,2020/9/20,48/80,核型描述： 按国际标准，正常核型的描述包括两部分：第一部分为染色体总数，第二部分为性染色体组成，两者之间用“，”隔开 :

13、正常男性的核型：46，XY 正常女性的核型：46，XX 异常核型的描述除包括以上两部分外，还包括畸变情况，也是用“，”与前面部分隔开。,2020/9/20,49/80,（一）非显带核型,丹佛 (Denver) 体制。 规定每一条染色体可通过相对长度、臂率和着丝粒指数等三个参数予以识别；常染色体按长度递减的次序以122号编号，性染色体则称为X和Y。另外人类的46条染色体应根据长度递减顺序和着丝粒位置划分为7个易区分的组，即以字母AG表示7组染色体，并决定将副缢痕和随体作为识别染色体的辅助指标。,2020/9/20,50/80,人类染色体核型特点（Denver）,2020/9/20,51/80,2

14、020/9/20,52,（二）显带核型 1968年，Caspersson建立染色体显带技术。 显带技术（banding technique）： 用各种特殊的染色方法使染色体沿长轴显现出明暗或深浅交替带纹带（band）。 带型（banding pattern）： 将人类24种染色体所显示各自特殊全部带纹，称为带型。,2020/9/20,53/80,人类G显带染色体模式图,2020/9/20,54,显带染色体界标、区、带命名示意图,2020/9/20,55/80,人类染色体的显带核型,2020/9/20,56/80,常见带型的类型、特点及临床应用,1.Q带（Q banding）： Q显带用芥子喹吖

15、因（QM）或盐酸喹吖因（QH）等荧光染料对染色体标本进行染色，然后在荧光显微镜下进行观察。但Q带保存时间短，而且需要在荧光显微镜下进行观察，因而，限制了Q显带技术的应用。,2020/9/20,57/80,2.G显带（G banding）： 染色体标本用热、碱、蛋白酶等预处理后，再用Giemsa染色，可以显示出与Q带相似的带纹。在光学显微镜下，可见Q带亮带相应的部位，被Giemsa染成深带，而Q带暗带相应的部位被Giemsa染成浅带。这种显带技术称为G显带。G显带克服了Q显带的缺点，G带标本可长期保存，而且可在光学显微镜下观察，因而得到了广泛的应用，是目前进行染色体分析的常规带型。,2020/9

16、/20,58/80,正常男性染色体46, XY,正常女性染色体 46，XX,G显带核型分析,2020/9/20,59/80,3.R显带（R banding）： 所显示的带纹与G带的深、浅带带纹正好相反，故称为R带。G带浅带如果发生异常，不易发现和识别，而R显带技术可以将G带浅带显示出易于识别的深带，所以R显带对分析染色体G带浅带部位的结构改变有重要作用。,2020/9/20,60/80,人类1号染色体Q、G、R三种显带对比图,2020/9/20,61/80,专门显示着丝粒的显带技术。C显带也可使第1、9、16号和Y染色体长臂的异染色质区染色。因而，C带可用来分析染色体这些部位的改变。,4.C显

17、带（C banding）：,C显带核型,2020/9/20,62/80,5. T显带（T banding）： 专门显示染色体端粒的显带技术，用来分析染色体端粒。 6. N显带（N banding）： 专门显示核仁组织区的显带技术。,2020/9/20,63/80,G显带染色体特定带的描述,特定带描述需表明4个内容： 例: 1p31 着丝粒分别记为长臂、短臂的1区1带,各符号间连续书写，无标点分隔。,2020/9/20,64/80,7.高分辨显带（high-resolution banding） 分裂中期一套单倍染色体一般显示320条带。70年代后期，采用细胞同步化方法和改进的显带技术，获得细胞

18、分裂前中期、晚前期或早前期的分裂相，可以得到带纹更多的染色体，能显示550850条带，甚至2000条带以上。高分辨显带技术，对染色体的分析达到了亚带（subband）的水平。使我们能够确认那些更为微小的染色体结构改变了。,2020/9/20,65/80,如10p12 (320条带) 亚带: 10p12.1、10p12.2、10p12.3 次亚带: 10p12.31、10p12.32、10p12.33,2020/9/20,66/80,人类染色体国际命名符号及术语,2020/9/20,67/80,续表,2020/9/20,68/80,第五节 分子细胞遗传学,分子细胞遗传学（molecular cy

19、togenetics） 是利用分子生物学的方法与手段在微细胞遗传学（microcytogenetics） 基础上探讨人类基因的座位与活动规律、染色体的亚微结构与微小畸变、遗传效应与疾病发生等问题的学科。 它代表细胞遗传学的最新发展方向，这方面研究成果将有可能在基因与染色体之间架起一座桥梁。,2020/9/20,69/80,一、荧光原位杂交,(fluorescence in situ hybridization ,FISH） 1986年Pankel在原位杂交基础上，将放射性同位素标记改用非放射性同位素即荧光素标记探针而建立了技术。利用该技术，可以精确地把一DNA片段定位到某条染色体的特定区带上。

20、,2020/9/20,70/80,利用FISH技术诊断Down综合征,图示：利用21号染色体特异性探针对一位高龄妊娠妇女进行产前诊断，未培养的羊水细胞进行荧光原位杂交, 显示所检测的细胞均 有3个杂交信号,经选择性人工流产后确诊为Down综合征患儿。,2020/9/20,71/80,二、引物原位标记,（primer in situ labeling，PRISH） 是将特异性寡核苷酸引物与已变性的DNA模板退火，然后在dNTP（其中一种脱氧核苷酸已标记）及TaqDNA聚合酶存在的条件下使引物延伸并被标记，由于这一反应体系中引物延伸将严格遵循碱基配对法则，从而保证了标记的特异性。 有可能引物原位标记技术在检测染色体非整倍体的产前诊断中成为FISH的替代方法。,2020/9/20,72/80,利用引物原位标记技术诊断18三体综合征,a:18号染色体引物特异性地标记未培养的正常羊水细胞间期核可见2个荧光信号； b:18三体综合征间期核可见3个荧光信号。,a,b,202