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1、,龙志高,染色体病,学习要点,掌握染色体病和染色体畸变的定义，染色体畸变的类型、常见染色体病临床表现、发病机制；熟悉染色体分析的方法；了解染色体病研究史、染色体病的亲本起源效应,DNA与染色体的关系 人类基因组DNA约2.85 109碱基对，分布在24条染色体上。平均每条染色体DNA含1.2108 碱基对，按每对碱基对相距0.34nm，则每条染色体DNA总长度约4cm。细胞染色体总DNA长度约为1m。,人的各号染色体大小及估计的基因数,（1对核苷酸为1bp;1000bp=1kb;1000kb=1Mb;1000Mb=1Gb),总计：2.85Gb,资料来源 Finishing the euchro
2、matic sequence of the human genome Nature,Vol 431,21 October www.ensenbl.org,突变DNA在剂量或序列上的改变。人类遗传物质突变是一个从分子水平到细胞水平的连续过程。从分子水平的单个核苷酸改变到数个、数十个、数百个、数千、数万个核苷酸改变，从一个基因改变到数个、数十个、数百个基因的改变，到染色体上一个次亚带、亚带、带、一个区到一条染色体、一组染色体的改变均有记载。尽管这种改变的大小和数量各不相同，但其本质都是DNA剂量或序列的改变。遗传病遗传物质突变所致的疾病，包括基因病、染色体病。基因病包括单个核苷酸改变到一个基因改变
3、（用分子遗传学方法及有关仪器检测分辨率为1bp）染色体病包括染色体上一个次亚带、亚带、带、一个区到一条染色体、一组染色体的改变（用细胞遗传学方法在显微镜下观察分辨率为3000kb）,人类遗传物质的突变与疾病,染色体病(chromosomal disease)染色体数目或结构异常所致的疾病，主要分为常染色体病、性染色体病。染色体病的发生率流产胚胎占50%、死产婴占10%、新生儿死亡者占10%、新生活婴占0.7%、一般人群占0.5%,1、染色体病研究简史2、染色体检查的临床指征3、染色体畸变4、常染色体病5、性染色体及其异常,1、染色体病研究简史2、染色体检查的临床指征3、染色体畸变4、常染色体病
4、5、性染色体及其异常,1956年Tjio和Levan等证明人类染色体数目是46条1959年法国医生Lejeune发现先天愚型患儿染色体为47条,核型,1970年Caspersson发表第1张人类染色体显带照片，1971年巴黎国际命名会议发表人类显带染色体国际命名体制以后短短10年中，世界上相继发现人类染色体数目异常和结构畸变3000余种，染色体病综合征100余个。,表1示108种常染色体综合征,人类染色体 带模式图,G,1974年我室在国际上首创了75度烤片法，在国内率先建立了G显带技术，提出了G显带染色体模式图；,1975年Dutrillaux和1976年Yunis发现了染色体高分辨显带技术
5、，1981年“人类细胞遗传学命名国际标准委员会”，简写为ISCN，发表了人类染色体高分辨550-850条带的模式图即“ISCN（1981）”,常规染色体,G显带染色体（300-500条带）,高分辨染色体（550-1000条带）,显带染色体（320550条带阶段）,显带染色体（850923条带阶段）,Eg.10q24.32,1976年我室在国内率先开展了高分辨的染色体技术的研究，1987年在世界上首次提出了923条带逐一命名的染色体模式核型图；,示用高分辨染色体对一个46,XY,+der(21)t(7;21)(p21.2;q22.3)mat 即 7p21.2pter部分三体患者的鉴定（1）,示2
6、1号染色体长臂可见隐约的异常（320条带阶段）,示21号染色体长臂多一条深带（550条带阶段）,患者外观1988年10月,示用高分辨染色体对一个46,XY,+der(21)t(7;21)(p21.2;q22.3)mat 即 7p21.2pter部分三体患者的鉴定（2）,患儿母亲46,XX,t(7;21)(p21.2;q22.3)携带者,携带者,示mos 45,X/46,XY/46,X,dic(Y)/47,XYY/47,X,2dic(Y)/47,XY,dic(Y),/48,XY,2dic(Y)/48,X,3dic(Y)(p11.32)及其表型,夏家辉等1981年用高分辨显带技术将睾丸决定基因定位
7、于Yp11.32带（1）,示mos 45,X/46,dic(Y)(p11.31)及其表型,夏家辉等1981年用高分辨显带技术将睾丸决定基因定位于Yp11.32带（2）,睾丸决定基因定位在Yp11.32带,Yp11.32,（患者有睾丸）,（患者无睾丸）,国际上将睾丸决定基因定位于着丝粒周围,夏家辉等1981年用高分辨显带技术将睾丸决定基因定位于Yp11.32带（3）,八十年代初期出现荧光原位杂交（Fluorescence in situ Hybridization,FISH）技术1995年ISCN（1995）制定了FISH的命名体制,染色体荧光原位杂交基因定位（最小片段10kb左右）,整条染色体
8、荧光原位杂交,图示FISH原理,Y Hapten半抗元 Fluorophore荧光基因,1989年与日本长崎大学Niikawa教授合作在世界上首创了以人工合成的24种核苷酸为引物对未知序列的染色体片段进行显微切割、PCR FISH检测技术，构建了人类24种染色体探针池和部分区带探针池，并应用于研究与临床。,（资料源自本室夏家辉，邬玲仟等）,患者表型,7q长臂末端着色深,采用G显带与FISH相结合鉴定的一个46,XX,der(7)t(3;7)(q26;q35)患者的染色体照片（1）,采用G显带与FISH相结合鉴定的一个46,XX,der(7)t(3;7)(q26;q35)患者的染色体照片（2）,
9、（资料源自本室夏家辉，邬玲仟，龙志高，潘乾等）,用显微切割染色体构建探针池的反向原位杂交查明额外小染色体起源于DG组染色体短臂,探针的发展（1）随着人类基因组测序完成，大量克隆被定位并测序能被作为探针使用（array CGH SNP CGH BAC）（2）PCR技术的进步，可扩增大片段DNA区域（3）可溶性荧光染料的组合标记和比例标记（m-FISH,SKY-光谱核型分析）分析仪器的发展 除靶和探针改进以外，用于FISH图像分析的硬件和软件也有重大改进，CCD照像机和显微镜荧光滤片，使分析敏感性和分辨率更特异，清晰，高级软件使图像的收集、处理更便利。,图示FISH探针 整条染色体绘画探针；b.染
10、色体显微切割制备的区段探针;c.着丝粒重复探针；d.亚端粒探针；e.特殊探针搭配；,示双色FISH用于染色体异常患者的植入前遗传诊断（PGD）,2005年ISCN介绍了用于记录比较基因组杂交芯片（Array comparative genomic hybridization,aCGH)结果的基本命名法。从1975年至今，随着染色体分析技术的进步，已发现染色体微重复、微缺失综合征近60种。,图示FISH杂交靶f.CGH；g.DNA纤维被用做探针杂交靶（Fiber FISH);h.微阵列被用作杂交靶（array CGH),超声引导下的羊膜腔穿刺,1966年Steele MW等用羊膜腔穿刺术获得胎儿
11、脱落细胞，离体培养获得成功，并对培养的细胞进行了染色体分析，从而使染色体病的产前诊断成为现实。,经宫颈绒毛活检（CVS）,1975年我国鞍钢医院妇产科首先报道了经宫颈盲吸法进行绒毛活检成功，并进行了胎儿性别预测。1979年夏家辉和1983年Simoni应用绒毛组织成功地进行了胎儿核型分析。,双针套管技术经腹绒毛活检示意图,1983年Daffos 首先报道超声引导下经皮脐血管穿刺取血进行胎儿染色体分析。,1、染色体病研究简史2、染色体检查的临床指征3、染色体畸变4、常染色体病5、性染色体及其异常,除了疑似染色体病综合征的病人应常规进行染色体检查外，其它需行染色体分析的临床指征如下：1.不明原因的
12、生长、发育迟缓，异常面容，多发畸形，身材矮小，两性畸形和智力发育迟缓的病人。2.不明原因死产和新生儿死亡。10%是由于染色体异常导致。3.具有原发性闭经或不明原因的继发性闭经的女性。4.原发性不育或习惯性流产的夫妇。约3%6%的原发性不育或习惯性流产的夫妇，其中一方存在染色体异常。5.一级亲属中携带已知的或者可疑的染色体异常。6.肿瘤。几乎所有的肿瘤都与一条或多条染色体异常相关，肿瘤组织的染色体检查有助于临床诊断和预后评估。7.高龄妊娠。孕妇年龄大于3035岁时，其胎儿染色体异常的风险明显增加，因此应对高龄孕妇的胎儿常规进行染色体分析。,1、染色体病研究简史2、染色体检查的临床指征3、染色体畸
13、变4、常染色体病5、性染色体及其异常,染色体畸变的定义和分类 定义：数量或结构上的改变 分类：数目畸变,结构畸变,3.1 染色体数目畸变,定义:染色体数目多于或少于46条种类:整倍体、非整倍体、嵌合体,定义：体细胞内染色体数目呈倍数 增加或减少的个体。如三倍体指69条染色体。整倍体发生的机制：A 双雄受精 B 双雌受精（第二极体未被排出）,整倍体,非整倍体,定义：体细胞染色体数目增加或减少一条或数条的个体,类型：a.单体型：2n-1；X，21，22号丢失常见。b.三体型：2n+1；常染色体13、18、21三 体常见，性染色体三体型有XXX、XXY、XYY。c.多体型：仅见于性染色体；如48，X
14、XXX 49，XXXYY。,非整倍体发生的机制,染色体不分离,分裂后期迟滞（减数or有丝分裂）,定义：由两种或多种不同核型的细胞系所组成的个体 例：47，XX，+21/46，XX 45，X/47，XXX/46，XX 产生机理：（1）受精卵卵裂染色体不分离（2）受精卵卵裂染色体丢失,嵌合体,3.2 染色体结构畸变,1、不平衡重排（unbalanced rearrangements）缺失、重复、标记染色体和环状染色体、等臂染色体、双着丝粒染色体等2、平衡重排（balanced rearrangements）倒位、易位、插入、,缺失（del):染色体臂的丢失,q 21,末端缺失：,46,XX，del
15、(1)(q21),中间缺失：,1号,q 21q 23,46,XX,del(1)(q21 q23),重复（dup),同一染色体某一区段含两份或两份以上（发生在两条同源染色体或两条姐妹染色单体上),等臂染色体(i)：,X,46,X,i(X)(q10),p,q,环状染色体(r):,p 21,q 31,2号,46,XY,r(2)(p21q21),染色体长短臂发生断裂后，有着丝粒的断端相接成环,一条染色体的两臂的形态和遗传相同，并借一或两个着丝粒相连,插入（ins）,一条染色体的某一中间片段插入到另一条染色体中,号,p 21,q 31,46,XY，inv(2)(p21q31),某一染色体中间片段发生两个
16、断裂，断片倒转180后重接。如果着丝粒位于断裂片段内，则为臂间倒位，断裂片段没有包含着丝粒则为臂内倒位。,易位（t）,A 单方易位（转位）,分为平衡易位,非平衡易位,某号染色体的断片接到另一号染色体上。,3.3 染色体畸变的发生原因,(1).电离辐射(2).化学因素(3).生物因素(4).遗传因素(5).母亲年龄,染色体突变-发生机制,low copy repeats，LCR 低拷贝重复序列分散地位于染色体内，其序列总长占人类基因组的近5%单个LCR的大小介于10-240 kb之间不同位点的LCR 95%以上的序列具有相似性减数分裂期间可以导致相邻DNA片段发生非等位同源重组 nonallel
17、ic homologous recombination(NAHR),LCR,NAHR,deletionsduplicationsinversions,Clinical syndrome,Annu.Rev.Genomics Hum.Genet.2006.7:40742,染色体突变-发生机制,染色体间,染色体内,重复或缺失,倒位,1、染色体病研究简史2、染色体检查的临床指征3、染色体畸变4、常染色体病5、性染色体及其异常,常染色体病（autosomal disease）是由于122号染色体先天性数目异常或结构畸变所引起的疾病。按照染色体畸变的特点可分为单体综合征、三体综合征、部分单体综合征和部分三
18、体综合征四大类。大多数罕见的常染色体病仅见于自然流产的胚胎中。其共同的临床表现为生长发育迟缓、智力障碍和多发畸形，但由于额外的染色体所包含的基因不同，所以他们又有各自独特的表型。,单体综合征：某号染色体仅含1条（21、22号单体）三体综合征：某号染色体有3条（9号、13号、14号、18号、19号、21号、22号三体）部分单体综合征：某一条染色体某一区带有缺失（涉及到每条染色体）部分三体综合征：某一条染色体的某一区带有3份（涉及到每条染色体）,染色体综合征：至少应有3个来自不同家系的患者，具有相同的染色体异常及相似的临床表现才能构成一个综合征。,（1）、三体综合征,21三体综合征 Downs s
19、yndrome 先天愚型18三体综合征 13三体综合征,21三体综合征 Downs syndrome,举例1,是最常见的、最早能诊断的染色体疾病，也是导致先天性中度智力障碍最常见的遗传学原因。新生儿发病率为1/800，在母亲年龄超过35岁的活产儿或胎儿中，其发病率会明显升高。,21号染色体三体型患儿出生率与母龄的关系,临床表现特殊面容：包括扁平枕部、短头畸形、面部扁平、鼻梁低平、眼距宽、外眦上斜、内眦赘皮、低耳位、耳轮有角而重叠以及张口吐舌等智力障碍：患者智商（IQ）通常为3060。生长发育迟缓和肌张力减退：出生体重偏低，肌张力低下，身材矮小，短颈，颈背皮肤松垂，手短而宽、通贯掌、小指弯曲以及
20、有特征性的皮肤纹理（十指尺箕，掌远轴三射线等）。至少1/3的患者伴发先天性心脏病。十二指肠闭锁和气管食管瘘等伴发症也较其它疾病常见。患白血病的风险为正常人群的15倍。,标准型 95%的DS患者核型为减数分裂过程中21号染色体不分离所致的三体型其中约90%是由母源21号染色体减数分裂不分离所致，通常发生在减数分裂I期。约10%是由父源21号染色体减数分裂不分离所致，通常发生在减数分裂II期。,21号三体患者产生的机理,21,21,21,21,47,XX,+21,45,XX,-21,同源染色体配对,染色体复制,姊妹染色体不分离,46,XX,45,XX,-21和47,XX,+21,同源染色体不分离,
21、与正常配子结合,罗伯逊易位型 约4%的DS患者具有46条染色体，但其中一条D、G组染色体（通常为14号或22号染色体）短臂上连接着21号染色体，这条罗伯逊易位染色体75%为新发，25%为父母遗传。大量人群调查显示，母亲为携带者时，其后代仅10%15%患病，父亲为携带者时，其后代患病的风险更低。对于21q21q易位染色体，多是由于21号染色体长臂复制而形成的等臂染色体，携带有这种染色体的个体，理论上生育的后代均为DS患者。,嵌合体型少数DS为嵌合体，即体内既有正常核型的细胞，也有21三体核型的细胞。嵌合体型DS患者的表型比典型DS患者要轻，但患者表型差异较大，其可能是在早期胚胎发育中三体型细胞所
22、占的比例不同所致。部分21三体型部分21三体型是指21号染色体长臂某一区带有三个拷贝。由部分21三体引起的DS较为罕见，无明显染色体异常但有DS表型的患者则更为少见。通过对部分21三体患者的研究，可以推测21号染色体各区带与DS表型的关系。21号染色体仅包含243个基因，但DS患者基因型与表型的关系目前尚不十分清楚。,18三体综合征,18三体综合征（18-trisomysyndrome，Edwards syndrome）是次于先天愚型的第二种常见染色体三体征。1960年Edwards等首先报道，新生儿发生率约为1/7500，其中80%为女性患儿。95%的18三体胚胎会自发性流产，能出生的患儿大
23、多也于生后不久死亡，平均生存期70天，90%于一岁内死亡。18三体综合征是由于生殖细胞减速分裂过程或合子早期卵裂过程中的染色体不分离所致，97%的病例染色体不分离发生在卵细胞减数分裂，以M II期多见。18三体综合征的发生风险与孕妇的年龄有关，孕妇年龄越大风险越高。18三体核型有三种：标准型占80%，核型为47,XX,+18或47,XY,+18；嵌合体型占10%，核型为46,XX/47,XX,+18或46,XY/47,XY,+18；不足10%的为多重三体，如48,XXY,+18等。易位型少见。,举例 2,18三体综合征的主要临床表现包括智力障碍、生长发育迟缓、胸骨短、严重的心脏畸形以及肌张力亢
24、进等。颅面部的畸形包括小颌畸形、枕部突出、小耳以及低位耳等。双手呈特征性的握拳状：第3和第4指紧贴手掌，第2和第5指叠压于其上，手指弓形纹过多、通贯掌、指甲发育不良以及摇椅足等。母亲平均妊娠42周，常为过期生产，且母亲妊娠时感到胎动微弱，羊水多，胎盘小，常常只有一支脐动脉。,13三体综合征（trisomy 13 syndrome）是由基因组多出一条13号染色体所致，在活产儿中的发病率为1/2000025000，女性多于男性。13三体综合征的额外13号染色体多来源于母亲生殖细胞第一次减数分裂时的染色体不分离，其发病风险随母亲的年龄增高而升高。13三体核型有三种：标准型占80%，核型为47,XX,+13或47,XY,+13；易位型约占20%；嵌合体型少见。,举例 3,13三体综合征,患儿常有严重的中枢神经系统畸形，如无嗅脑畸形、前脑无裂畸形以及视神经发育不良等；颅面部的畸形包括：小头畸形、骨缝增宽、前额倾斜，顶骨和枕骨区头皮缺陷，小眼畸形，虹膜缺损，耳轮畸形，耳位低，唇/腭裂等；双手呈特征性的握拳状，轴后多指/趾，通贯掌以及摇椅足等；内脏畸形包括：先天性心脏病，主要为室间隔缺损，泌尿生殖道畸形，男性隐睾症，女性双角子宫和卵巢发育不全，多囊肾等。约50%患儿出生后一个月内死亡，平均生存期130天。,Please visit our website for more,
