医学-染色体畸变

这是一个关于染色体畸变的思维导图，染色体畸变是体细胞或生殖细胞内染色体发生的异常改变，是广义突变的一种类型。

染色体畸变

• 染色体畸变是体细胞或生殖细胞内染色体发生的异常改变，是广义突变的一种类型
  • 即便的类型和可能引起的后果在细胞周期的不同时限和个体发育不同阶段不尽相同
  • 染色体畸变又可分为数目畸变和结构畸变
    • 数目畸变又可分为整倍性改变和非整倍性改变
• 染色体畸变发生的原因
  • 染色体畸变可以自发的产生，称为自发畸变
    • 也可通过物理的，化学的和生物的诱变作用而产生，称为诱发畸变
  • 化学因素
    • 许多化学物质，如一些化学药品，农药，毒药和抗代谢药等。都可以引起染色体畸变
      • 长期接触苯，甲苯等化学品的人群，出现染色体数目异常和发生染色体断裂的频率远高于一般人群
    • 药物
      • 某些药物可引起人类染色体畸变或产生畸形胚胎
      • 如环磷酰胺，氮芥，白消安，氨甲蝶呤，阿糖胞苷等抗癌药物可导致染色体畸变
    • 农药
      • 许多化学合成的农药可以引起人类细胞染色体畸变
      • 如酶曲磷脂类农药
    • 工业毒物
      • 如苯，甲苯，铝，砷，二硫化碳，氯丁二烯，氯乙烯单体等，都可以导致染色体畸变
    • 食品添加剂
      • 某些食品的防腐剂和色素等添加剂中所含的化学物质可以引起人类染色体发生畸变
  • 物理因素
    • 大量的电离辐射对人体具有强大的潜在危险
    • 工业放射性物质的污染也可引起细胞染色体的改变
    • 最常见的畸变类型有染色体断裂，缺失，双着丝粒染色体，易位，核内复制，不分离等
  • 生物因素
    • 由生物体产生的生物类毒素
    • 某些生物体如病毒本身可引起染色体畸变
    • 主要是影响DNA代谢
  • 母亲年龄
    • 母亲生育年龄只是环境致畸变因子在体内累积作用的表现形式，这与生殖细胞老化及合子早期所处的宫内环境有关
• 染色体数目异常及其产生机制
  • 人体正常生殖细胞，精子和卵子所包含的全部染色体称为一个染色体组
    • 以人二倍体数目为标准，体细胞的染色体数目的增加或减少，称为染色体数目畸变
  • 整倍性改变
    • 如果染色体的数目变化是单倍体的整倍数，即以n为基数成倍的增加或减少，则称为整倍性改变
      • 在2n的基础上增加一个染色体组，则染色体数为3n，即三倍体
      • 若在2n的基础上增加两个n，则为4n，即四倍体
      • 如果在2n的基础上减少一个染色体组，则称为单倍体
    • 双雄受精
      • 一个正常的卵子同时与两个正常的精子发生受精，称为双雄受精
      • 可形成69，XXX、69，XXY和69，XXY三种类型的受精卵
    • 双雌受精
      • 一个二倍体的异常卵子与一个正常的精子发生受精，从而产生一个三倍体的合子。称为双雌受精
      • 可形成69，XXX或69，XXY两种核型的受精卵
    • 核内复制
      • 核内复制又称核内有丝分裂，指DNA复制而细胞不进行分裂的现象
      • 三倍体的形成原因可为双雄受精或双雌受精。四倍体形成的主要原因是核内复制或核内有丝分裂
  • 非整倍性改变
    • 一个体细胞的染色体数目增加或减少了一条或数条，称非整倍性改变
      • 这是临床上最常见的染色体畸变类型
    • 亚二倍体
      • 当体细胞中染色体数目少了一条或数条时，称为亚二倍体，写作2n-m
      • 若某对染色体少了一条(2n-1)，细胞染色体数目为45，即构成单体型
      • 如果患者细胞中一对同源染色体同时缺失及减少了一对同源染色体(2n-2)，称为缺体型
    • 超二倍体
      • 当体细胞中染色体数目多了一条或数条时，称为超二倍体，可写作2n+m
      • 若某对染色体多了一条(2n+1)细胞内染色体数目为47，即构成染该染色体的三体型
        • 这是人类染色体数目畸变中最常见，种类最多的一类畸变
      • 三体型以上的非整倍体统称为多体型
        • 同时存在两种或两种以上核型的细胞系的个体称嵌合体
      • 有时细胞中某些染色体的数目发生的异常，其中有的增加，有的减少，而增加和减少的染色体数目相等，结果是染色体总数不变。还是二倍体数(46条)，但不是正常的二倍体核型，则称为假二倍体
  • 非整倍体产生的原因
    • 多数非整倍体的产生原因是在生殖细胞成熟过程或受精卵早期卵裂中，发生了染色体不分离或染色体丢失
    • 染色体不分离
      • 定义:在细胞分裂进入中，后期时，如果某一对同源染色体或姊妹染色单体彼此没有分离，而是同时进入同一个子细胞，结果所形成的两个子细胞中一个将因染色体数目增多而成为超二倍体，另一个则因染色体数目减少而成为亚二倍体，这个过程称为染色体不分离
      • 染色体不分离发生在受精卵卵裂早期的有丝分裂过程
        • 不分离发生在第一次卵裂，这形成具有两个细胞系的嵌合体，一个为超二倍体细胞系，一个为亚二倍体细胞系
        • 不分离发生在第二次卵裂以后，即形成具有三个或三个以上细胞系的嵌合体
        • 不分离发生的越晚，正常二倍体细胞系的比例越大，临床症状也相对较轻
      • 减数分裂时发生染色体不分离
        • 染色体不分离发生在第一次减数分裂，使得某一对同源染色体不分离，同时进入一个子细胞，所形成的配子中，一半将有24条染色体(n+1)，另一半将有22条(n-1)
        • 若在第二次减数分裂时发生染色体不分离，所形成的配子的染色体数将有以下几种可能1/2为n，1/4为(n+1)，1/4为(n-1)
      • 染色体丢失
        • 染色体丢失又称染色体分裂后期延滞，在细胞有丝分裂过程中，某一染色体位与纺锤丝相连，不能移向两极参与新细胞的形成。或者在移向两极时行动迟缓，滞留在细胞质中，造成该条染色体的丢失而形成亚二倍体
• 染色体结构畸变及其产生机制
  • 染色体结构畸变的发生受多种因素的影响，如物理因素，化学因素，生物因素和遗传因素等
  • 染色体结构畸变的描述方法
    • 简式
      • 在简式中，对染色体结构的改变只用其断裂点来表示
    • 详式
      • 在详式中，除了简式中应写明的内容外，在最后一个括号中不是只描述断裂点，而是描述重排染色体带的组成
  • 染色体结构畸变的类型及其产生机制
    • 临床上常见的染色体结构畸变有缺失，重复，易位，倒位，环状染色体和等臂染色体等
      • 染色体断裂及断裂片段的重叠是各种染色体结构畸变产生的基本机制
    • 缺失
      • 缺失是染色体片段的丢失，缺失使位于这个片段的基因也随之发生丢失
      • 它又分为末端缺失
        • 是指染色体的臂发生断裂后，未发生重接，无着丝粒的片段不能与纺锤丝相连，在细胞分裂后期未能移至两极而丢失
      • 和中间缺失
        • 是指一条染色体的同一臂上发生了两次断裂，两个断点之间的无着丝粒片段丢失，其余的两个断片重接
    • 重复
      • 重复是一条染色体上某一片段增加了一份以上的现象，使这些片段的基因多了一份或几份
    • 倒位
      • 倒位是某一染色体发生两次断裂后，两断点之间的片段旋转180度后重接，造成染色体上基因序列的重排
      • 它又分为臂内倒位
        • 一条染色体的某一臂上同时发生了两次断裂，两断点之间的片段旋转180度后重接
      • 和臂间倒位
        • 一条染色体的长，短臂各发生了一次断裂，中间断片颠倒后重接，则形成了一条臂间倒位染色体
    • 易位
      • 一条染色体的断片移接到另一条非同源染色体的臂上，这种结构畸变称为易位
      • 它分为相互易位
        • 是两条染色体同时发生断裂，断片交换位置后重接
      • 罗伯逊易位
        • 又称着丝粒融合，这是发生于近端着丝粒染色体的一种易位形式
      • 插入易位
        • 两条非同源染色体同时发生断裂，但只有其中一条染色体的片段插入到另一条染色体的非末端部位
    • 环状染色体
      • 一条染色体的长短臂同时发生了断裂，含有着丝粒的片段两断端发生重接，即形成环状染色体
    • 双着丝粒染色体
      • 两条染色体同时发生一次断裂后，两个具有着丝粒的片段的断端相连接，形成了一条双着丝粒染色体
    • 等臂染色体
      • 一条染色体的两个臂在形态上和遗传结构上完全相同，称为等臂染色体
      • 等臂染色体一般是由于着丝粒分裂异常造成的
    • 插入
      • 是一条染色体的片段插入到另一条染色体中的现象
• 染色体畸变的分子细胞生物学效应
  • 染色体畸变将引起遗传物质的改变，导致相应基因的改变，扰乱了基因效应之间的平衡，直接影响了细胞的新陈代谢等基本生命活动，细胞的结构和功能，以至于器官的结构和功能发生异常
  • 染色体数目畸变的分子细胞生物学效应
    • 整倍体
      • 染色体数目整组的增加即形成整倍体，如三倍体和四倍体
    • 非整倍体
      • 染色体数目是在二倍体的基础上减少或增加了一条或几条，一般是在细胞分裂中染色体不分离而形成
      • 单体由于丢失了一条染色体，染色体的平衡受到破坏，胚胎不得正常发育，通常不能存活而致死
      • 三体是多了一条染色体对个体造成的不良影响比少了一条染色体要小，个体一般都能存活
  • 染色体结构畸变的分子细胞生物学效应
    • 缺失的分子细胞生物学效应
      • 末端缺失和中间缺失的结果都是丢失了一段无着丝粒片段
        • 原因是细胞分裂时，纺锤丝不能附着在无着丝粒的片段上，致使它们在细胞分裂过程中丢失
      • 丢失片段的大小和性质不同，具有不同的遗传效应
        • 缺失的致死效应
          • 染色体发生大片段的缺失即使在杂合状态下也是致死的，X染色体的缺失中的半合子一般也会死亡
        • 缺失的假显性现象
          • 如果缺失的区段中含某个显性基因，其同源染色体上与这一缺失区段相对应位置上的一个隐性基因就得以表现，这种现象称为假显性
    • 重复的分子细胞生物学效应
      • 重复的细胞效应比缺失缓和，但如果重复片段较大，也会影响个体的生存力，甚至导致死亡
      • 重复会导致减数分裂时同源染色体发生不等交换，结果产生一条有部分片段缺失的染色体，和一条部分片段重复的染色体，影响基因间的平衡
    • 倒位的分子细胞生物学效应
      • 倒位染色体在减数分裂中的同源染色体联会配对时
        • 如果倒位片段很小，该片段就可能不发生配对，而其余区段配对正常
        • 如果倒位片段很长，倒位的染色体可能倒过来和正常的染色体配对形成一个环，称为倒位环
      • 臂内倒位杂合子
        • 在配子形成中，同源染色体同源阶段相互配对而形成倒位环，经过在倒位环内的奇数互换，随后形成的四条染色体中，一条是交换型的双着丝粒染色体，断裂后形成带有缺失的配子，一条无着丝粒染色体不能向两极移动而丢失
      • 臂间倒位杂合子
        • 在配子形成过程中，同源染色体同源阶段相互配对而形成倒位环，经过在倒位环内的奇数互换，随后形成的四条染色体中，一条是正常染色体，一条是倒位染色体，其余两条均为部分重复和部分缺失的染色体
    • 易位的分子细胞生物学效应
      • 相互易位的纯合子没有明显的细胞学特征，它们在减数分裂时配对正常，可以从一个细胞世代传到下一个细胞世代
      • 相见分离
        • 相见分离也称为对位分离，具＂8＂型染色体的细胞中两条正常染色体走向一极，两条易位了的染色体走向另一极
      • 邻位分离1
        • 是带A，B与带A，D的两条邻近的染色体走向同一极，另两条邻近的染色体走向另一极，每一个配子分别带有正常和易位的染色体，它们都含有重复和缺失，形成了不平衡配子
      • 邻位分离2
        • 是带A，B的染色体与带C，D的两条邻近的染色体走向同一极，其余的走向另一极，每个配子同样也带有正常和易位的染色体，是具有重复和缺失畸变的不平衡配子
      • 3:1分离
        • 其中一条染色体独自走向一极，其余三条染色体走向另一极，这种分离方式产生8种不同的配子，每个配子都是数目异常或具有重复和缺失畸变的不平衡配子