染色体与染色体病-PPT课件.ppt
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1、1染色体与染色体病染色体与染色体病(Chromosome & Chromosomal Disease)2第一节第一节 正常核型正常核型 大量实验研究证明,染色体是种的标志。各大量实验研究证明,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,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这是确定和
2、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。的基本手段和诊断基础。3人类染色体人类染色体4一一 、人体染色体的形态、人体染色体的形态 染色单体染色单体次级缢痕次级缢痕短臂短臂(p)长臂长臂(q)随体随体常染色质区常染色质区端粒端粒(异染色质区异染色质区)随体柄随体柄(次级缢痕次级缢痕)着丝粒着丝粒(初级初级缢痕缢痕)中期染色体结构中期染色体结构5初级缢痕(主缢痕):初级缢痕(主缢痕): 着丝粒所在部位两染色单体缩窄。着丝粒所在部位两染色单体缩窄。次级缢痕次级缢痕(副缢痕):副缢痕): 有的染色体在长、短臂上还存在缩窄区或有的染色体在长、短臂上还存在缩窄区或浅染区,称为副缢痕。浅染区,
3、称为副缢痕。随体:随体: 大部分近端着丝粒染色体短臂末端有一球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。形小体,借柄部与染色体主体称为随体。6NORNOR: 近端着丝粒染色体随体和短臂相连的柄部含有近端着丝粒染色体随体和短臂相连的柄部含有rDNArDNA,可转录形成,可转录形成rRNA,rRNA,与核仁形成有关,也称核与核仁形成有关,也称核仁组织者区。仁组织者区。端粒(端粒(telomeretelomere):): 染色体端部特化部位,由端粒染色体端部特化部位,由端粒DNADNA和端粒蛋白构和端粒蛋白构成。成。功能功能:1. :1. 维持染色体结构稳定;维持染色体
4、结构稳定; 2. 2. 保持各条染色体彼此不相粘接;保持各条染色体彼此不相粘接; 3. 3. 有助于同源染色体配对和染色单体互换。有助于同源染色体配对和染色单体互换。7染色体的四种类型:染色体的四种类型:8二、核型分析二、核型分析 核型(核型(karyotypekaryotype) : 一个体细胞(一个体细胞(somatic cellsomatic cell)中的全部)中的全部染色体称为核型。确切的说核型是指是一个染色体称为核型。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。排列所构成的图像。 对这种图像进行分析称为核型分析
5、。对这种图像进行分析称为核型分析。 910核型描述:核型描述: 按国际标准,正常核型的描述包括两部分:第按国际标准,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,一部分为染色体总数,第二部分为性染色体组成,两者之间用两者之间用“,”隔开隔开 : : 正常男性的核型:正常男性的核型:4646,XYXY 正常女性的核型:正常女性的核型:4646,XXXX 异常核型的描述除包括以上两部分外,还包括异常核型的描述除包括以上两部分外,还包括畸变情况,也是用畸变情况,也是用“,”与前面部分隔开。与前面部分隔开。 11(一)非显带核型(一)非显带核型 丹佛丹佛 (Denver) (
6、Denver) 体制。体制。 规定每一条染色体可通过相对长度、臂率和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度递减的次序以1 12222号编号,性染色体则称为号编号,性染色体则称为X X和和Y Y。另外人类的。另外人类的4646条染色体应根据长度递减顺序条染色体应根据长度递减顺序和着丝粒位置划分为和着丝粒位置划分为7 7个易区分的组,即以字母个易区分的组,即以字母A AG G表示表示7 7组染色体,并决定将副缢痕和随体作为组染色体,并决定将副缢痕和随体作为识别染色体的辅助指标。识别染色体的辅助指标。
7、 12 人类染色体核型特点(人类染色体核型特点(DenverDenver)分组分组 序号序号 大小大小 着丝粒位置着丝粒位置 随体随体 次缢痕次缢痕 鉴别鉴别A 13 最大最大 1.3M,2SM 无无 1q 可以可以 B 45 最大最大 SM 无无 难难C 612 中等中等 SM 无无 9q 难难 X 介于介于7-8之间之间 D 1315 中等中等 ST 有有 难难 E 1618 中等中等 16M 无无 16q 可以可以 17、18SMF 1920 次小次小 M 无无 难难 G 2122 最小最小 ST 有有 可以可以 Y 无无 Yq大大小小1314(二)显带核型(二)显带核型 1968196
8、8年,年,CasperssonCaspersson建立染色体显带技术。建立染色体显带技术。 显带技术(显带技术(banding techniquebanding technique):): 用各种特殊的染色方法使染色体沿长轴显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现出明暗或深浅交替带纹带(带(bandband)。)。 带型(带型(banding patternbanding pattern):): 将人类将人类2424种染色体所显示各自特殊全部带种染色体所显示各自特殊全部带纹,称为带型。纹,称为带型。15显带染色体界标、区、带命名示意图显带染色体界标、区、带命名示意图 pq
9、3 2 11 2 3 46 4321 51p3116人类染色体的显带核型人类染色体的显带核型17常见带型的类型、特点及临床应用常见带型的类型、特点及临床应用 1.Q 1.Q带(带(Q bandingQ banding):): Q Q显带用芥子喹吖因(显带用芥子喹吖因(QMQM)或盐酸喹吖因(或盐酸喹吖因(QHQH)等荧光染)等荧光染料对染色体标本进行染色,然料对染色体标本进行染色,然后在荧光显微镜下进行观察。后在荧光显微镜下进行观察。但但Q Q带保存时间短,而且需要在带保存时间短,而且需要在荧光显微镜下进行观察,因而,荧光显微镜下进行观察,因而,限制了限制了Q Q显带技术的应用。显带技术的应用
10、。 18 2.G 2.G显带(显带(G bandingG banding):): 染色体标本用热、碱、蛋白酶等预处理后,染色体标本用热、碱、蛋白酶等预处理后,再用再用GiemsaGiemsa染色,可以显示出与染色,可以显示出与Q Q带相似的带纹。带相似的带纹。在光学显微镜下,可见在光学显微镜下,可见Q Q带亮带相应的部位,被带亮带相应的部位,被GiemsaGiemsa染成深带,而染成深带,而Q Q带暗带相应的部位被带暗带相应的部位被GiemsaGiemsa染成浅带。这种显带技术称为染成浅带。这种显带技术称为G G显带。显带。G G显带克服显带克服了了Q Q显带的缺点,显带的缺点,G G带标本可
11、长期保存,而且可在带标本可长期保存,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。目前进行染色体分析的常规带型。19正常男性染色体正常男性染色体46, XY46, XY正常女性染色体正常女性染色体4646,XXXXG G显带核型分析显带核型分析20 3.R 3.R显带(显带(R bandingR banding):): 所显示的带纹与所显示的带纹与G G带的深、浅带带纹正好相带的深、浅带带纹正好相反,故称为反,故称为R R带。带。G G带浅带如果发生异常,不易带浅带如果发生异常,不易发现和识别,而发现和识别,而R R显
12、带技术可以将显带技术可以将G G带浅带显示带浅带显示出易于识别的深带,所以出易于识别的深带,所以R R显带对分析染色体显带对分析染色体G G带浅带部位的结构改变有重要作用。带浅带部位的结构改变有重要作用。21人类人类1 1号染色体号染色体Q Q、G G、R R三种显带对比图三种显带对比图22 专门显示着丝专门显示着丝粒的显带技术。粒的显带技术。C C显显带也可使第带也可使第1 1、9 9、1616号和号和Y Y染色体长臂染色体长臂的异染色质区染色。的异染色质区染色。因而,因而,C C带可用来分带可用来分析染色体这些部位析染色体这些部位的改变。的改变。 C C显带核型显带核型23 5. T 5.
13、 T显带(显带(T bandingT banding):): 专门显示染色体端粒的显带技术,用来专门显示染色体端粒的显带技术,用来分析染色体端粒。分析染色体端粒。 6. N6. N显带(显带(N bandingN banding):): 专门显示核仁组织区的显带技术。专门显示核仁组织区的显带技术。 24 7. 7.高分辨显带(高分辨显带(high-resolution bandinghigh-resolution banding) 分裂中期一套单倍染色体一般显示分裂中期一套单倍染色体一般显示320320条带。条带。7070年代后期,采用细胞同步化方法和改进的显带技术,年代后期,采用细胞同步化方
14、法和改进的显带技术,获得细胞分裂前中期、晚前期或早前期的分裂相,可获得细胞分裂前中期、晚前期或早前期的分裂相,可以得到带纹更多的染色体,能显示以得到带纹更多的染色体,能显示550-850550-850条带,甚条带,甚至至2 0002 000条带以上。高分辨显带技术,对染色体的分条带以上。高分辨显带技术,对染色体的分析达到了亚带(析达到了亚带(subbandsubband)的水平。使我们能够确认)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。那些更为微小的染色体结构改变了。 25染色体分辨显带细分的表示法染色体分辨显带细分的表示法 26人类染色体国际命名符号及术语人类染色体国际命名符号及
15、术语 27 续表28第二节第二节 分子细胞遗传学分子细胞遗传学分子细胞遗传学(分子细胞遗传学(molecular cytogeneticsmolecular cytogenetics) 是利用分子生物学的方法与手段在微细胞遗传是利用分子生物学的方法与手段在微细胞遗传学(学(microcytogeneticsmicrocytogenetics) 基础上探讨人类基因的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、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。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,这方面研它代表细胞遗传学的最
16、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。究成果将有可能在基因与染色体之间架起一座桥梁。29一、荧光原位杂交一、荧光原位杂交 (fluorescence in situ hybridization ,FISH (fluorescence in situ hybridization ,FISH) 19861986年年PankelPankel在原位杂交基础上,将放射性同在原位杂交基础上,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,可以精确地把一建立了技术。利用该技术,可以精确地把一DNADNA片片
17、段定位到某条染色体的特定区带上。段定位到某条染色体的特定区带上。30利用利用FISHFISH技术诊断技术诊断DownDown综合征综合征 图示:利用图示:利用2121号染色号染色体特异性探针对一位高龄体特异性探针对一位高龄妊娠妇女进行产前诊断,妊娠妇女进行产前诊断,未培养的羊水细胞进行荧未培养的羊水细胞进行荧光原位杂交光原位杂交, , 显示所检测显示所检测的细胞均的细胞均 有有3 3个杂交个杂交信号信号, ,经选择性人工流产经选择性人工流产后确诊为后确诊为DownDown综合征患儿。综合征患儿。31二、引物原位标记二、引物原位标记 (primer in situ labelingprimer
18、in situ labeling,PRISHPRISH) 是将特异性寡核苷酸引物与已变性的是将特异性寡核苷酸引物与已变性的DNADNA模板退模板退火,然后在火,然后在dNTPdNTP(其中一种脱氧核苷酸已标记)及(其中一种脱氧核苷酸已标记)及TaqDNATaqDNA聚合酶存在的条件下使引物延伸并被标记,由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,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。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前诊
19、断中成为FISHFISH的替代方法。的替代方法。 32利用引物原位标记技术诊断利用引物原位标记技术诊断1818三体综合征三体综合征a:18a:18号染色体引物特号染色体引物特异性地标记未培养的异性地标记未培养的正常羊水细胞间期核正常羊水细胞间期核可见可见2 2个荧光信号;个荧光信号;b:18b:18三体综合征间期三体综合征间期核可见核可见3 3个荧光信号。个荧光信号。ab33三、DNA纤维荧光原位杂交 (DNA fiber-FISHDNA fiber-FISH) 该技术是新建立的可目视的高分辨基因组制图该技术是新建立的可目视的高分辨基因组制图技术。技术。DNA fiber-FISHDNA fi
20、ber-FISH的杂交及检测步骤基本与中的杂交及检测步骤基本与中期染色体或早中期染色体的期染色体或早中期染色体的FISHFISH相同,但与相同,但与FISHFISH技技术相比,其分辨率更高。因此,术相比,其分辨率更高。因此,DNA fiber-FISHDNA fiber-FISH技技术主要应用在人类基因组物理制图、染色质结构分术主要应用在人类基因组物理制图、染色质结构分析,以及染色体病、肿瘤和某些遗传性疾病的分析析,以及染色体病、肿瘤和某些遗传性疾病的分析研究上。研究上。34四、比较基因组杂交四、比较基因组杂交 (comparative genomic hybridization,CGHcom
21、parative genomic hybridization,CGH) 该技术是在基因组水平上对染色体变异部位的检该技术是在基因组水平上对染色体变异部位的检测与定位相结合,进行准确的定量定位分析,并且不测与定位相结合,进行准确的定量定位分析,并且不需要细胞培养,特别适用于恶性肿瘤获得性染色体结需要细胞培养,特别适用于恶性肿瘤获得性染色体结构异常的研究。构异常的研究。35比较基因组杂交应用范畴比较基因组杂交应用范畴 可在基因组水平上对染色体变异部位进行准确的可在基因组水平上对染色体变异部位进行准确的定量定位分析;定量定位分析; 不需要细胞培养可对肿瘤基因组不需要细胞培养可对肿瘤基因组DNADNA
22、的拷贝数进行的拷贝数进行定性分析与定量分析;定性分析与定量分析; 对细胞遗传学难以判断的肿瘤染色体的某些成分对细胞遗传学难以判断的肿瘤染色体的某些成分(如双微体、标记染色体)的来源进行鉴定;(如双微体、标记染色体)的来源进行鉴定; 快速检出染色体三体性、单体性和部分染色体大快速检出染色体三体性、单体性和部分染色体大片段重复的拷贝数变化,有利于对先天畸形、自片段重复的拷贝数变化,有利于对先天畸形、自然流产等疾病进行快速诊断。然流产等疾病进行快速诊断。36 五、染色体涂染五、染色体涂染 (chromosome paintingchromosome painting) 是将是将FISHFISH技术和
23、染色体原位抑制杂交技术结合,技术和染色体原位抑制杂交技术结合,以染色体特异性以染色体特异性DNADNA库为探针,以不同荧光染料涂库为探针,以不同荧光染料涂染整条染色体或染色体特异区段的一种技术。染整条染色体或染色体特异区段的一种技术。37染色体涂染技术检测结果:染色体涂染技术检测结果: 9 9号染色体短臂完全重复号染色体短臂完全重复 38第三节人体染色体畸变第三节人体染色体畸变染色体畸变染色体畸变(chromosome aberration)(chromosome aberration): 是指体细胞或生殖细胞内染色体数目是指体细胞或生殖细胞内染色体数目或结构发生改变。或结构发生改变。 39染
24、色体畸变发生的原因染色体畸变发生的原因自发畸变(自发畸变(spontaneous aberrationspontaneous aberration) 诱发畸变(诱发畸变(induced aberrationinduced aberration)化学因素:药物、农药、工业毒物、食品化学因素:药物、农药、工业毒物、食品添加剂添加剂物理因素:射线物理因素:射线生物因素:生物类毒素生物因素:生物类毒素 、病毒等、病毒等母亲年龄母亲年龄40母亲年龄:母亲年龄:20岁岁 29岁岁 出生出生Down综合征概率综合征概率0.1%母亲年龄:母亲年龄:30岁岁 34岁岁 出生出生Down综合征概率综合征概率0.2
25、%母亲年龄:母亲年龄:35岁岁 39岁岁 出生出生Down综合征概率综合征概率1%母亲年龄:母亲年龄:40岁岁45岁岁 出生出生Down综合征概率综合征概率3%母亲年龄母亲年龄 45岁岁 出生出生Down综合征概率综合征概率10% DownDown综合征与母亲年龄综合征与母亲年龄危害概率是正常育龄女性的危害概率是正常育龄女性的100倍!倍!41一、表型正常个体的染色体变异多态性一、表型正常个体的染色体变异多态性染色体的多态(染色体的多态(chromosome polymorphism chromosome polymorphism ):): 在正常健康人群中存在着各种染色体的恒定微小在正常健康
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