医学遗传学/染色体的结构异常

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许多物理化学生物因子可以引起染色体断裂(breakage),这些因子称为致断因子(clastogenic factor)或染色体断裂剂。此外,染色体也能自发断裂。断裂端被认为具有“粘性”,即易与其它断端接合或重连(reunion)。因此,一次断裂产生的两个粘性末端通常重连而修复如初。但有时出现非正常的重连,结果导致多种染色体结构异常。

根据断裂发生时染色体是否已复制,结构异常可分为两大类型:即染色体型和单体型。如断袭发生于G1期,即染色体尚未复制而只有一条单体,断裂通过S期时的复制而影响到两条单体,将导致染色体型的异常。如断裂发生在G2期,此时染色体已完成复制,由两条单体组成,断裂通常只涉及其中一条单体,导致单体型结构异常。以下着重叙述染色体型结构常。

常见的染色体型结构异常有以下几种:

1.缺失 染色体部分丢失称为缺失(deletion,用del表示)(图2-7)。当一条染色体发生两次断裂,其间的片段丢失,称为中间缺失(intersititial deletion)。虽然缺失是中间缺失,但在显微镜下像是末端缺失。

2.环状染色体 当一条染色体的两臂各有一次断裂,有着丝粒节段的两个断端如彼此重新连接,可形成环状染色体(ring chromosome,用r表示)(图2-7)。这在辐射损伤时尤为常见。

3.等臂染色体 一次染色体断裂如果发生在着丝粒区,使着丝粒横断,则两个臂的姐妹染色单体可分别互相连接,结果形成两条与短臂和长臂相应的等臂染色体(isochromosome,用i表示)(图2-8)。当然,等臂染色体还可能有其它的形成机理,如通过两条同源染色体着丝粒融合,然后短臂和长臂分开,两条短臂和两条长臂借着丝料分别各自连接成一条等臂

染色体缺失及环状染色体的形成


等臂染色的形成


图2-7 染色体缺失及环状染色体的形成

图2-8等臂染色的形成

左图:中间缺失 右图:环状染色体形成染色体。

4.倒位 如果两次断裂形成的片段倒转180度重新接合,那么,虽然没有染色体物质的丢失,但基因顺序颠倒,称为倒位(inversion,用inv表示)。如果倒位发生在同一臂内,称为臂内倒位(paracentric inversion);如果两次断裂分别发生在长臂和短臂,则称为臂间倒位(paracentric inversion)。在应用显带技术以前,臂内倒位是无法检出的,因为染色体的长度和臂率(p/q长度比)都没有改变。至于臂间倒位,如果两断点距着丝粒不等,则能被发现(图2-9)。倒位因无染色体物质的增减,一般没有明显的表型效应。

染色体的臂间例位


图2-9 染色体的臂间例位

染色体相互易位示意图


图2-10 染色体相互易位示意图

罗氏易位的机理及结果


图2-11 罗氏易位的机理及结果

5.易位 染色体片段位置的改变称为易位(translocation,用t表示)。它伴有基因位置的改变。易位发生在一条染色体内时称为移位(shift)或染色体内易位(intrachromosomal translocation);易位发生在两条同源或非同源染色体之间时称为染色体间易位(intrachromosomal translocation)。染色体间的易位可分为转位(transposition)和相互易位(reciprcal translocation,用rcp表示)。前者指一条染色体的某一片段转移到了另一条染色体上,而后者则指两条染色体间相互交换了片段。

(1)相互易位:两条染色体发生断裂后相互交换无着丝粒断片形成两条新的衍生染色体为相互易位(图2-10)。相互易位是比较常见的结构畸变,在各号染色体间都可发生,新生儿的发生频率约1-2/1000。相互易位仅有位置的改变,没有可见的染色体片段的增减时称为平衡易位(balanced translocation)。它通常没有明显的遗传效应。然而平衡易位的携带者与正常人婚后生育的子女中,却有可能得到一条衍生异常染色体,导致某一易位节段的增多(部分三体性)或减少(部分单体性),并产生相应的效应。

(2)罗氏易位:罗氏易位(Robertsonian translocation)为相互易位的一种特殊形式。两条近端着丝粒染色体(D/D,D/G,G/G)在着丝粒处或其附近断裂后形成两条衍生染色体。一条由两者的长臂构成,几乎具有全部遗传物质;而另一条由两者的短臂构成(图2-11),由两个短臂构成的小染色体。由于缺乏着丝粒或因几乎全由异染色质组成,故常丢失。它的存在与否不引起表型异常。

罗氏易位通常又称为着丝粒融合(centricfusion)。在减数分裂时,由于由两条短臂构成的小染色体丢失,故在联会时只有三条染色体参与,形成三价体(trivalent)(图2-12)。三价体的分离方式有三种,即交替式(同源着比粒各走向一极,结果产生一种正常的和一种平衡易位的配子)、邻式-1和邻式-2。同源着丝粒均走向一级,亦即易位染色体与某一条正常染色体同走向一极,结果均形成二体(重复)或缺体的配子。这种配子在受精后形成三体性或单体性的合子。由于缺体的配子通常是致死的,因而实际上可能参与受精的配子只有三种:正常的、带有平衡易位的和导致三体性的配子。罗氏易位的携带者尽管只有45条染色体,但除偶有男性不育外,没有表型异常。这是因为易位染色体几乎包括了两条长臂的全部,没有基因的大量丢失,而丢失了两条短臂几乎全是结构异染色质。

罗氏易位(14q21q)杂合体减数分裂时染色体的联会


图1-12罗氏易位(14q21q)杂合体减数分裂时染色体的联会

(A)、分离(B)、正常配受子精结果(C)及某些具有代表性的核型(D)

6.双着丝粒染色体 两条染色体断裂后,具有着丝粒两个片段相连接,即形成一个双着丝粒染色体(图2-3)。两个无着丝粒片段也可以连接成一个无着丝粒片段,但后者通常在细胞分裂时丢失。双着丝粒染色体常见于电离辐射后,因此在辐射遗传学中常用以估算受照射的剂量。

7.插入 一条染色体的某一节段插入另一染色体中称为插入(insertion,用ins表示)。显然,只有发生了三次断裂时插入才有可能(图2-14)。插入可以是正位的,也可以是倒转180度后反向的。插入如发生在同源染色体间,则导致一条染色体中发生重复,而另一条同源染色体中发生同一节段的缺失。

双着丝粒染色体的形成


染色体插入示意图


图2-13 双着丝粒染色体的形成 图2-14染色体插入示意图

8.重复 染色体上个别区段多出一份,称为重复(duplication,用dup表示)。除相互易位外,插入也是导致重复的主要原因。例如,一条染色体两次断裂后,其中一条单体的断片可以手稿另一单体的任一断口。在细胞分裂后,一条染色体缺失了两个断口之间的节段,而另一染色体却有该节段的重复(图2-15)。类似的插入也可发生在减数分裂过程中两条同源染色体间,造成全身性的重复和缺失。

染色体重复示意图


图2-15 染色体重复示意图

32 染色体的数目畸变 | 核型的描述 32
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