分子遺傳學課件：12-染色體病

1、第六章 染色體病第一節(jié) 人類染色體的基本特征第二節(jié) 人類染色體的識別第三節(jié) 人類染色體多態(tài)性第四節(jié) 性染色質(zhì)第五節(jié) 染色體畸變第六節(jié) 染色體病第六章 染色體病第一節(jié) 人類染色體的基本特征一、染色質(zhì)和染色體常染色質(zhì)和異染色質(zhì)常染色質(zhì)：在細胞間期螺旋化程度低，呈松散狀，染色較淺而均勻，含有單一或重復序列的DNA，具有轉(zhuǎn)錄活性，常位于間期細胞核的中央部位。異染色質(zhì)：在細胞間期螺旋化程度較高，呈凝集狀態(tài)，而且染色較深，多分布在核膜內(nèi)表面，其DNA復制較晚，含有重復DNA序列，很少進行轉(zhuǎn)錄或無轉(zhuǎn)錄活性。2. 性染色質(zhì)：X染色質(zhì)和Y染色質(zhì)。 第六章 染色體病二、染色質(zhì)的化學組成1. DNA： 按照基因序列

2、與功能分類： 單一基因（solitary gene）：在一個基因組中僅包含一個拷貝。 基因家族（gene family）：由一個祖先基因通過重復或變異所形成的一組基因。 串聯(lián)重復基因（tandem repeated gene）：相同的基因在染色體的局部形成重復排列。 假基因（pseudogene）：不產(chǎn)生基因功能的基因。2. 組蛋白（histone）：H2A H2B H3 H4 H1 第六章 染色體病3. 非組蛋白（nonhistone）4. RNA三、染色質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)1. 染色質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)核小體（nuclesome）研究史 Kornberg（1974） 微小球菌核酸酶 降解染色質(zhì)得到200b

3、pn。 Olins夫婦用雞紅細胞核的染色質(zhì)作 電鏡觀察。第六章 染色體病 X晶體衍射染色質(zhì)由蛋白質(zhì)八聚體構(gòu)成。 染色質(zhì)重組實驗 5000bpSV40噬菌體DNA與組蛋白混合，獲得23個顆粒。 結(jié)構(gòu)第六章 染色體病核小體： H2A、H2B、H3、H4各兩分子形成組蛋白八聚體核心顆粒，146bp DNA以1.75圈纏繞在核心顆粒外側(cè)。大約60bp 連接DNA將兩個相鄰的核心顆粒連接在一起， H1與連接DNA結(jié)合。第六章 染色體病2. 螺線管（solenoid） 為30nm的染色質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)，每個橫切面由6個核小體組成。第六章 染色體病3. 袢樣模型第六章 染色體病4. 染色體第六章 染色體病第二節(jié)

4、人類染色體的識別一、人類染色體的分類 國際上鑒定染色體的主要依據(jù)： 著絲粒指數(shù)：短臂占整條染色體長度的百分比。 臂率：短臂長度與長臂長度的比值。 相對長度：該條染色體長度占整套染色體總長的百分率。第六章 染色體病根據(jù)著絲粒的位置可將染色體分為四類： 第六章 染色體病端著絲粒染色體人類染色體分類 二、 人類染色體的數(shù)目1.數(shù)目： 人：2n=46，n=23. 果蠅：2n=6，n=3. 小鼠：2n=40，n=20.2.結(jié)構(gòu)：第六章 染色體病 三、 核型 核型（karyotype）：一個細胞的全部染色體按照著絲粒位置和染色體大小，從大到小排列所形成的圖像。人類染色體核型：正常男性：46，XY；正常女性

5、：46，XX。第六章 染色體病 核型分組 A（1-3）、B（4-5）、C（6-12，X）、D（13-15）、 E（16-18）、F（19-20）、G（21-22，Y）七組第六章 染色體病三、顯帶技術 Q帶： 應用氮介喹吖因染色，在染色體上顯出暗明暗的帶紋。 第六章 染色體病G帶：應用熱、堿、蛋白酶、尿素、去垢劑以及鹽溶液等預處理，再用Giemsa染色，顯出的帶紋。第六章 染色體病C帶：用堿預處理后Giemsa染色而顯出的帶紋。第六章 染色體病R帶：用鹽溶液和高溫處理Giemsa染色而顯出的帶紋。 第六章 染色體病 SCE：應用Brdu處理細胞后制備的染色體，經(jīng)過紫外線 照射并進行Giemsa染

6、色，兩條染色單體形成色差。第六章 染色體病描述：染色體、臂、區(qū)、帶第六章 染色體病染色體多態(tài)性：是指在群體中不引起有效表型或病理效應的染 色體微小變異。該變異按孟德爾方式遺傳。一、長度（Y長臂）二、隨體（D、G組）第三節(jié) 人類染色體多態(tài)性第六章 染色體病三、次縊痕（1、9、16）四、Q、C帶的多態(tài) 多態(tài)的應用： 染色體來源鑒定。 親權(quán)鑒定。 產(chǎn)前診斷，區(qū)別母嬰細胞。 第六章 染色體病第四節(jié) 性染色質(zhì)一、Barr小體 19391945年 Barr第六章 染色體病二、鼓槌 在女性多形核中性白血球的細胞核上，X染色質(zhì)形成鼓槌樣突起，大小為1.5m。在女性細胞中占3%。第六章 染色體病三、萊昂假說 英

7、國學者Lyon1962年提出Barr小體的生物學意義：正常雌性動物的細胞中的兩個X染色質(zhì)，一個在遺傳上失活，不能產(chǎn)生mRNA，并且DNA復制遲緩。2. 雌性個體為嵌合體，父源和母源X染色質(zhì)失活是隨機的。3. 在一個細胞中，一旦某條X染色質(zhì)失活，其子代細胞失活同一條染色質(zhì)。4. 失活發(fā)生在胚胎發(fā)育早期（16天）。5. 劑量效應。第六章 染色體病證 據(jù)：抗凝血因子（第因子） H、h位于X染色體上。 HH女性 和HY男性第因子含量相等，而Hh女性僅為一半。6-磷酸葡萄糖脫氫酶 G、g位于X染色體上。 GG女性和GY男性6-磷酸葡萄糖脫氫酶活性相同，而Gg女性僅為一半。病 例： 眼白化病 無汗腺外胚層

8、發(fā)育不全第六章 染色體病四、Y小體 Y小體：Y染色體在熒光染料QH的染色下，在長臂結(jié)構(gòu)異染色質(zhì)區(qū)，可以形成強熒光小體，大小為0.3 m。第六章 染色體病第五節(jié) 染色體畸變?nèi)旧w畸變：體細胞或生殖細胞內(nèi)染色體發(fā)生的異常改變。染色體畸變類型：數(shù)目畸變和結(jié)構(gòu)畸變。 染色體畸變原因1. 化學因素：藥物:環(huán)磷酰胺、白消安等抗癌藥； 農(nóng)藥：美曲磷脂類； 工業(yè)毒物：苯、甲苯、鋁等； 食品添加劑：防腐劑、色素等。2. 物理因素：射線。3. 生物因素：病毒、真菌毒素（黃曲霉素）。4. 母親年齡：第六章 染色體病二. 數(shù)目畸變整倍體畸變:染色體的數(shù)目變化是單倍體（n）的整數(shù)倍。三倍體（triploid） 雙雄受精

9、（diandry） 雙雌受精（digyny）四倍體（tetraploid） 核內(nèi)復制（endoreduplication） 核內(nèi)有絲分裂（endomitosis）非整倍體畸變：一個體細胞的染色體數(shù)目增加或減少了1或數(shù)條。亞二倍體（hypodiploid）2n-m超二倍體（hyperdiploid）2n+m描述：染色體總數(shù)，性染色體組成，+/-畸變?nèi)旧w序號第六章 染色體病 機制 減數(shù)分裂不分離 有絲分裂不分離 丟 失 某一染色體未與紡錘絲相連不分離三、結(jié)構(gòu)畸變 機制 斷裂與重接愈合或重合染色體重排第六章 染色體病類型及其描述 畸變表示符號第六章 染色體?。?）缺失（deletion）：是染色體

10、片段的丟失。 末端缺失 中間缺失簡式：46，XX（XY），del（1）（q21）詳式：46，XX（XY），del（1）（pterq21：）簡式：46，XX（XY），del（1）（q21q31）詳式：46，XX（XY），del（1）（pter q21：q31 qter）第六章 染色體?。?）易位（translocation）：一條染色體的斷片移接到另一條非同源染色體的臂上。 插入易位 相互易位 羅伯遜易位簡式：46，XX（XY），t（2；5）（q21；q31）詳式：46，XX（XY），t（2；5） （2pter2q21：5q31 5qter；5pter5q31：2q21 2qter）第六章 染色

11、體?。?）倒位（inversion）：某一染色體發(fā)生兩次斷裂后，兩斷點之間的片段旋轉(zhuǎn)180后重接，造成染色體上基因順序的重排。 臂內(nèi)倒位 臂簡倒位第六章 染色體病簡式：46，XX（XY），inv（2）（p13p24）詳式：46，XX（XY），inv（2）（pterp24：p13 p24：p13 qter）簡式：46，XX（XY），inv（2）（p21q31）詳式：46，XX（XY），inv（2）（pterp21：q31 p21：q31 qter）倒位環(huán) 123456789-10 126543789-10 12345621 10-9873456789-10第六章 染色體?。?）環(huán)狀染色體（rin

12、g chromosome）： 簡式：46，XX（XY），r（2）（p21q31） 詳式： 46，XX（XY），r（2）（p21q31）第六章 染色體病（5）等臂染色體（isochromosome）：一條染色體的兩個臂在形態(tài)上和遺傳結(jié)構(gòu)上完全相同。 簡式：46，X，i（Xq） 詳式： 46，X，i（X）（ptercenqter）第六章 染色體病（6）雙著絲粒染色體：兩條染色體同時發(fā)生一次斷裂后，兩個具有著絲粒的片段的斷端相連接，形成了一條雙著絲粒染色體。（7）重復（duplication）：是一條染色體上某一片段增加了一份以上的現(xiàn)象，使這些片段的基因多了一份或幾份。 同源染色體之間、姐妹染色單體

13、之間的不等交換；染色體片段的插入。（8）插入（insertion）：一條染色體的片段插入到另一染色體中的現(xiàn)象。（易位）第六章 染色體病第六節(jié) 染色體病第六章 染色體病一、常染色體畸變引起的疾病 先天愚型（Down綜合征、21三體綜合征） 核型：47，XX（XY），+21 46，XX（XY）/47，XX（XY），+21 46，XX（XY），-14，+t（14；21）（p11；q11）第六章 染色體病易位型第六章 染色體病臨床癥狀 智力低下。 身體發(fā)育遲緩，鼻梁扁平，眼距寬，眼裂小，外眼 角上斜。腭弓高尖，舌大外伸。 伴有先天性心臟病，肌張力低。 免疫力低下。 特殊掌紋：通貫掌第六章 染色體病第六

14、章 染色體病疾病發(fā)生的分子基礎第六章 染色體病Down 綜合征與面部表型相關的基因座位：D21S55：表達13種特征的最小區(qū)域。13種特征分別是：智力障礙、身材矮小、肌張力下降、關節(jié)松弛和9種面貌特征：鼻梁扁平、舌外伸、腭弓高、窄腭、耳廓畸形、手掌寬且短、第五指短且彎、足第一、二趾間距寬；D21S55-MX1：表達6種外貌特征（眼裂斜、內(nèi)眥贅皮、Brushfield斑-虹膜周圍小白斑、通貫手、指紋尺箕和小魚際肌無側(cè)環(huán)）的最小區(qū)域（表13.3）；D21S55在DS的發(fā)病機制中起重要作用，在21q22.2跨0.4-3kb。D21S55及21q22.3遠端被稱為DS關鍵區(qū)（Down syndrome

15、 critical region，DCR）。第六章 染色體病與智力發(fā)育遲緩相關的基因（1）DS細胞黏附分子（Down syndrome cell adhesion molecule，DSCAM）基因定位于21q22.2-22.3，編碼一種細胞黏附分子，在成人腦組織中表達，參與神經(jīng)系統(tǒng)分化，并與DS中樞和外周神經(jīng)缺陷有關。（2）活性依賴性神經(jīng)保護蛋白（Activity dependent neuroprotive protein，ADNP）基因多在海馬、大腦皮質(zhì)和小腦中表達，是一新型的熱休克蛋白，它為DS提供一個該機體所缺乏的保護作用。 （3）DSCR1基因位于21q21.1-22.2，在胎兒及

16、成人心臟中高度表達，在體內(nèi)參與調(diào)節(jié)calcineurin的活性，而calcineurin又可調(diào)節(jié)許多生理過程，如神經(jīng)遞質(zhì)和激素釋放、突觸形成和基因轉(zhuǎn)錄等，因此推測DSCR1可能與DS的學習和行為變化有關。 第六章 染色體病與先天性心臟缺陷（congenital heart defects，CHD）有關的基因：（1）COL6A1/2基因位于21q22.3，該區(qū)編碼的蛋白包含一個von Willebrand 因子的基因，該基因具有連接膠原的特性，可與膠原四聚體連接構(gòu)成特征性串珠狀絲。DS編碼的該蛋白若有氨基酸改變，發(fā)生先天性心臟缺陷的機率會增加。 （2）KCNE-2基因位于21號染色體長臂，它在成

17、人心臟中高度表達，在骨骼肌中也有少量表達，其結(jié)構(gòu)與人類Isk蛋白高度相似。Isk是一膜蛋白，當與KCNQ-1或KCNE-1形成復合物后，即構(gòu)成被緩慢激活的電壓依賴型K+通道。KCNE-2位于細胞膜上，N-端位于細胞外，因與Isk相似程度高及亞細胞水平表達的組織特異性，可認為KCNE-2參與形成心臟電壓依賴型K+通道，其異常可能與CDH有關。 第六章 染色體病與白血病有關的基因： 21q11.2和21q22兩個區(qū)域有潛在的結(jié)構(gòu)改變。在6/8的有明顯白血病癥狀的DS患者中發(fā)現(xiàn)D21S65-D21S55和D21S19-D21S219/D21S220間位點缺失或部分缺失。21q22上的AML1基因易位

18、也常產(chǎn)生白血病。AML基因又稱CBF或PEBP2基因，是異二聚體轉(zhuǎn)錄因子基因家族成員之一，在人類已鑒定出3個AML基因：AML1位于21q22.1，AML2位于1p36，AML3位于6p21。AML1在造血中起關鍵作用，其表達有組織特異性，通過可變剪切產(chǎn)生編碼區(qū)大小不同的一組mRNA（188480個氨基酸殘基），其中一些蛋白質(zhì)在體內(nèi)可以抑制腫瘤生長和來自畸胎瘤ES細胞分化。 第六章 染色體病與肌張力低下有關的基因： 肌張力低下幾乎出現(xiàn)于所有DS患者中，其發(fā)生主要與位于21號染色體上DSCR區(qū)D21S335和D21S337之間MNBH/DYRK1基因有關。MNBH基因由17個外顯子組成，通過不同

19、啟動方式產(chǎn)生兩種轉(zhuǎn)錄單位MNBHa和MNBHb，MNBHa在各組織中廣泛表達，而MNBHb只表達于心臟和骨骼肌中。雖然兩種啟動方式在成人心臟和骨骼肌中都存在，但由TATA式啟動子開始的表達只被控制在肌肉組織中。MNBHb在肌肉組織中表達模式提示MNBH與影響大多數(shù)DS患者的肌張力低下的病理生理有關。第六章 染色體病診斷方法： 臨床篩查 染色體檢查 血液學改變：中性粒細胞相對增多，分葉少且呈核左移；新生兒 在感染時易出現(xiàn)類白血病反應，血紅蛋白F和血紅蛋 白A2升高， 酶的改變：過氧化物歧化酶（SOD-1），SOD-1的含量較正常人高 50。中性粒細胞的堿性磷酸酶活性也較正常人高50。第六章 染色

20、體病治療方案： 提高智力：-氨酪酸、谷氨酸、維生素B6、葉酸 先天性心臟?。盒呐K外科手術治療 呼吸道感染：抗生素預防措施： 對35歲以上的孕婦、30歲以下但生育過DS患兒的孕婦或其雙親之一是平衡易位攜帶者或嵌合體者應作產(chǎn)前檢查，如取孕1620周的羊水細胞或912周的絨毛膜細胞作染色體檢查。 育齡婦女妊娠前后應避免接受較大劑量射線照射，不隨便服用化學藥物，預防病毒感染。第六章 染色體病 Edward綜合征（18三體綜合征） 核型：47，XX（XY），+18 臨床特征： 生長發(fā)育障礙，肌張力亢進。 小眼裂，后枕骨突出，耳低位。 特殊握拳姿勢，搖椅樣足。 先天性心臟病。 第六章 染色體病 Patau綜合征（13三體綜合征） 核型：47，XX（XY），+13 臨床特征： 生長發(fā)育遲緩，智力低下。 前額低，前腦發(fā)育缺陷，小眼球或無眼球。 耳低位，唇裂、腭裂，多指。第六章 染色體病 貓叫綜合征（5p-綜合征）核型：46，XX（XY）， 5p-臨床特征： 貓叫樣哭聲。 園臉，眼距寬，外眼角下斜。 智力障礙。第六章 染色體病二、性染色體畸變引起的疾病 Klinefelter綜合征（先天睪丸發(fā)育不全、原發(fā)小睪丸癥或XXY綜合征） 核型：47，XXY 臨