染色体病-1

染色体病 1 chromosomedisease 医学遗传学国家重点实验室邬玲仟 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 示光学显微镜下所见的人细胞核照片 示电子显微镜下所见的人体淋巴细胞的细胞核照片 示核小体的电子显微镜照片 染色体是组成细胞核的主要成分 示21号中期染色体的光学和电子显微照片 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 2 108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FinishingtheeuchromaticsequenceofthehumangenomeNature Vol431 21October2004 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 包括单基因病 染色体病 基因病 包括单个核苷酸改变到一个基因改变 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 染色体病遗传风险 大部分为新发突变52 70 首先查明就诊者及其有关血缘亲属的核型染色体异常无染色体异常 孟德尔遗传规律评估遗传风险 群体发病率 年龄 性别 既往生育史 致畸因素接触史等进行遗传风险评估 减数分裂中染色体分离是遗传规律的细胞学基础 同对 同源 染色体在配子形成中分开 分离定律 不同对 非同源 染色体在配子形成中可分可合 自由组合定律 同一条染色体上的基因随着该染色体联合进入一个配子 单体型 连锁定律 同一对染色体上 同一连锁群 的基因随着该对染色体之间的交换而改变连锁关系 交换定律 交换率一般低于50 染色体病 chromosomaldisease 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 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 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 320 550条带阶段 显带染色体 850 923条带阶段 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 2 pter部分三体患者的鉴定 1 示21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 2 pter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 示mos45 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于Yp11 32带 1 示mos45 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 1995年ISCN 1995 制定了荧光原位杂交 FluorescenceinsituHybridization 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 整条染色体荧光原位杂交 图示FISH原理 YHapten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 PCRFISH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 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 arrayCGHSNPCGH 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诊断 2005年ISCN介绍了用于记录比较基因组杂交芯片 Arraycomparativegenomichybridization 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 FiberFISH h 微阵列被用作杂交靶 arrayCGH 超声引导下的羊膜腔穿刺 1966年SteeleMW等用羊膜腔穿刺术获得胎儿脱落细胞 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30 35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 XXXX49 XXXYY 数目异常发生的机制 染色体不分离 分裂后期迟滞 定义 由两种或多种不同核型的细胞系所组成的个体例 46 XX 47 XX 2145 X 46 XX 47 XXX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 unbalancedrearrangements 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 balancedrearrangements 倒位 易位 插入 缺失 del 染色体臂的丢失 q21 末端缺失 46 XX del 1 q21 中间缺失 1号 q21q23 46 XX del 1 q21q23 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 Xq p q 环状染色体 r p21 q31 2号 46 XY r 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 p21 q31 46 XY inv 2 p21q31 某一染色体中间片段发生两个断裂 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 CNV Copy NumberVariation 形成机制 NonallelicHomologousRecombination NAHR 非等位同源重组NonhomologousEndJoining NHEJ 非同源末端连接Replication ErrorMechanisms forkstallingandtemplateswitching FoSTeS 复制叉停顿和模板转换microhomology mediatedbreak inducedreplication MMBIR 微同源介导的断裂诱导复制 lowcopyrepeats 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的长度为10kb不同位点的LCR97 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nonallelichomologousrecombination NAHR LCR NAHR deletionsduplicationsinversions Clinicalsyndrome 同源染色体间 姐妹染色单体间 染色单体内部 缺失 重复 缺失 重复 缺失 Thankyou