遗传大纲.docx

1、遗传大纲第一章 绪论 教学大纲要求1、 掌握医学遗传学概念及其研究对象2、 掌握遗传病概念及分类3、 了解医学遗传学发展概况4、 了解人类基因组计划及其医学意义 重点、难点介绍一、医学遗传学概述医学遗传学（medical genetics）是运用遗传学的原理和方法研究人类遗传性疾病的病因、病理、诊断、预防和治疗的一门学科，是遗传学的一个重要分支。医学遗传学的研究对象是遗传病，与其它临床学科类似，医学遗传学是研究遗传病的诊断、发病机理、防治及预后，但由于遗传病的特殊性，其研究重点主要在发病机理和预防措施。本课程主要介绍医学遗传学的三个主干分支（医学分子遗传学、医学细胞遗传学和医学群体遗传学）的原

2、理和应用。二、遗传病概念及分类（一）遗传病概念及其特征1. 遗传病概念：遗传病(genetic diseases)是由于遗传物质改变而导致的疾病。遗传物质是存在于细胞内的、决定特定性状的基因。2遗传病的特征：1） 在有血缘关系的个体间，由于遗传继承，有一定的发病比例；在无血缘关系的个体间，尽管属于同一家庭，但无发病者；2） 有特定的发病年龄和病程；3） 同卵双生发病一致率远高于异卵双生。（二）遗传病与下列疾病的关系：1. 先天性疾病（congenital diseases）：出生前即已形成的畸形或疾病。先天性疾病可以是遗传病，例如先天愚型是由于染色体异常引起的，出生时即可检测到临床症状，是先天

3、性疾病；但先天性疾病又不都是遗传病，有些先天性疾病是由于孕妇在孕期受到外界致畸因素的作用而导致胚胎发育异常，但并没有引起遗传物质的改变，因而不是遗传病。2后天性疾病（acquired diseases）：出生后逐渐形成的疾病。后天性疾病也可以是遗传病，有些遗传病患者尽管在受精卵形成时就得到了异常的遗传物质，但要到一定年龄才表现出临床症状，如假性肥大型肌营养不良症患者通常要到4-5岁才出现临床症状。因此，先天性疾病不一定都是遗传病， 后天性疾病不一定不是遗传病。3家族性疾病（familial diseases）：表现出家族聚集现象的疾病，即在一个家庭中出现一个以上患者。由于遗传病的遗传性，通常能

4、观察到家族聚集现象；但家族性疾病并不都是遗传病，因为同一家庭成员生活环境相同，因此，可以因为相同环境因素的影响而患相同疾病。如由于缺碘引起的甲状腺功能低下。4散发性疾病（sporadic diseases）：无家族聚集性的疾病，即在家系中只出现一名患者。尽管遗传病具有遗传性，但由于特定遗传病在子代当中有一定的发病比例，加之遗传病患者可以是由于新发生的遗传物质改变所致，所以遗传病也可以是散发性疾病。因此，家族性疾病不一定都是遗传病，散发性疾病不一定不是遗传病。（三）遗传病分类：经典医学遗传学将遗传病分为染色体病、单基因病和多基因病三大类。现代医学遗传学将遗传病分为染色体病、单基因病、多基因病、线

5、粒体遗传病和体细胞遗传病5类。 1染色体病（chromosomal disorders）：由于染色体数目或结构异常所引起的疾病，如先天愚型。2单基因病（single gene disorders）：由于单个基因突变所引起的疾病。这类疾病的遗传符合Mendel遗传规律。单基因病又可根据致病基因所在的染色体及致病基因的性质分为：1） 常染色体显性遗传病（autosomal dominant diseases，AD）：致病基因位于常染色体上，致病基因为显性基因；2） 常染色体隐性遗传病（autosomal recessive diseases，AR）：致病基因位于常染色体上，致病基因为隐性基因；3）

6、 X-连锁显性遗传病（X-linked dominant disorders，XD）：致病基因位于X染色体上，致病基因为显性基因；4） X-连锁隐性遗传病（X-linked recessive disorders，XR）：致病基因位于X染色体上，致病基因为隐性基因；5） Y连锁遗传病（Y-linked diseases）：致病基因位于Y染色体上。 3多基因遗传病（polygenic diseases）：由多个微效基因与环境因素共同作用所引起的疾病。 4线粒体遗传病（mitochondrial diseases）：由于线粒体基因突变所引起的疾病，呈母系传递。 5体细胞遗传病（somatic ce

7、ll genetic disorders）：由于体细胞遗传物质改变所引起的疾病。 第二章 人类染色体 教学大纲要求1、掌握人类染色质的组成和结构2、掌握人类染色质与染色体的对应关系3、掌握细胞分裂中的染色体行为4、掌握人类染色体的结构和分组5、掌握人类染色体带型概念及命名原则6、掌握G、Q和R带型的特点及其临床应用，了解其它带型的特点及临床应用7、了解人类染色体多态及其应用 重点、难点介绍一、人类染色质的组成及结构（一）染色质的概念：细胞核内能被碱性染料染色的物质，称为染色质（chromatin）。染色质可以分为常染色质（euchromatin）和异染色质（heterochromatin）两大

8、类：常染色质呈较松散状态，它们均匀地分布在整个细胞核内，染色较浅，具有转录活性；异染色质在整个细胞周期都处于高度螺旋化状态，在细胞核中形成染色较深的团块，存在于异染色质中的基因是没有转录活性的。在人类有两类异染色质，一类是兼性异染色质（facultative heterochromatin），另一类为结构异染色质（constitutive heterochromatin）。兼性异染色质又称功能性异染色质，在特定细胞或在特定发育阶段呈凝缩状态而失去功能，在另一发育阶段时又呈松散状态而恢复功能，如X染色质。结构异染色质总是呈凝缩状态，所含DNA一般为高度重复序列，没有转录活性，常见于着丝粒、端粒区

9、、Y染色体长臂远端2/3区段和次缢痕区等。（二）染色质组成：染色质由DNA、组蛋白（histone）、非组蛋白和少量RNA组成。DNA与组蛋白的重量比比较稳定，接近于11，非组蛋白的种类及含量随不同细胞而异。组蛋白为碱性蛋白，含有大量的碱性氨基酸。组成人类染色质的组蛋白共有5种，分别称为H1、H2A、H2B、H3和H4，它们在进化中高度保守。组蛋白的功能与染色质的结构构成有关。（三）染色质结构： 染色质是间期核中遗传物质的存在形式，由许多重复的结构单位组成，这些结构单位称为核小体（nucleosome）。核小体是由一条DNA双链分子串联起来，形似一串念珠。每个核小体分为核心部和连接区二部分。核

10、心部是由组蛋白H2A、H2B、H3和H4各二个分子形成的组蛋白八聚体及围绕在八聚体周围的DNA组成，这段DNA约146bp，绕八聚体外围1.75圈。两个核心部之间的DNA链称为连接区。这段DNA的长度变异较大，组蛋白H1位于连接区DNA表面。（四）核小体包装成染色质与染色体 由直径为2nm的双链DNA分子形成直径为10nm核小体细丝后，DNA的长度已压缩了7倍。核小体进一步螺旋化，形成外径为30nm的染色质纤维（螺线管），其长度为DNA的1/42。当细胞进入分裂期，染色质进一步螺旋折叠，形成染色体。中期染色体长度约为DNA长度的10-5。二、细胞分裂过程中的染色体行为（一）有丝分裂（mitos

11、is）：有丝分裂是体细胞增殖方式，分为间期和分裂期，分裂期又分为前、中、后和末四个时期。在细胞周期中染色体发生一系列变化：在间期，DNA进行复制，进入分裂期染色质螺旋折叠形成染色体，在中期染色体由两条姊妹染色单体构成，两条姊妹染色单体以着丝粒相连；进入分裂后期，每条染色体的着丝粒纵裂，染色单体分开，分别移向两极。因此，经过一次有丝分裂过程，DNA复制一次，细胞分裂一次，染色体也分裂一次，并平均分配到两个子细胞中。这样保证了新的子细胞具有与母细胞相同的全套遗传物质，从而保证了所有细胞的染色体数目恒定。（二）减数分裂（meiosis）：是生殖细胞发生过程中的一种特殊分裂方式，DNA复制一次，细胞连

12、续分裂两次，因此，由一个细胞形成4个子细胞，子细胞的遗传物质是母细胞的一半。减数分裂由两次连续分裂构成：1、减数分裂I：在第一次减数分裂的间期，DNA进行复制；第一次减数分裂前期非常复杂，分细线期、偶线期、粗线期、双线期和终变期。在偶线期同源染色体进行配对，同源染色体配对的结果，每对染色体形成一个紧密相伴的二价体，在人类细胞中形成23个二价体；每个二价体都是由两条同源染色体组成，每一同源染色体含两条复制而来的姐妹染色单体，两条姐妹染色单体由着丝粒相连。这样，每个二价体由四条染色单体组成，称为四分体。在粗线期，同源染色体间的非姐妹染色单体发生片段交换（crossing-over）；在第一次减数分

13、裂后期，二价体中的两条同源染色体彼此分开，分别向两极移动。每一极只获得每对同源染色体的一条。每条同源染色体由两条姐妹染色单体组成。2、减数分裂II：间期很短，不进行DNA复制，在第二次减数分裂中期，着丝粒纵裂，两条姊妹染色单体分开，分别移向细胞两极。三、细胞分裂中期染色体形态结构及分类：中期染色体由两条姊妹染色单体组成，两条姊妹染色单体通过着丝粒相连，着丝粒处凹陷缩窄，因此也称为主缢痕（primary constriction）。着丝粒将染色体分为上、下两部分，上部分称为短臂（short arm， p），下部分称为长臂（long arm，q）。根据着丝粒位置，人类中期染色体可分为三种类型：中央

14、着丝粒染色体（metacentric chromosome）的着丝粒位于染色体中部，染色体长臂和短臂长度相等或近似相等；亚中着丝粒染色体（submetacentric chromosome）着丝粒偏向一端，染色体两臂不等，短臂短于长臂；近端着丝粒染色体（acrocentric chromosome）的着丝粒靠近染色体的一端。在有些中期染色体的长、短臂上可见凹陷缩窄区，称为次缢痕（secondary constriction）；人类近端着丝粒染色体的短臂末端可见球状结构，称为随体（satellite）。随体柄部为缩窄的次缢痕，与核仁形成有关，称为核仁形成区。中期分裂细胞中含有46条染色体，可构成

15、23对，1-22对为男女共有，称为常染色体（autosomes）；另一对则男女不同，女性为两条X染色体，男性为一条X染色体和一条Y染色体，X和Y染色体称为性染色体（sex chromosomes）。四、人类染色体核型和组型：（一）染色体核型（karyotype）1、 概念：是一个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。对这种图像进行分析称为核型分析。2、 核型描述：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，两者之间用“，”隔开。如正常男性的核型为46，XY。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“，”与前面部分隔开。（二

16、）人类染色体分组：根据着丝粒位置和染色体大小，将22对常染色体由大到小依次命名为1至22号，并将人类染色体分为7组，分别用大写字母A-G表示。A组：包括1-3号染色体，1号和3号为中央着丝粒染色体，2号为亚中着丝粒染色体；B组：包括4-5号染色体，均为亚中着丝粒染色体；C组：包括6-12号和X染色体，均为亚中着丝粒染色体，X染色体大小界于7号和8号染色体之间；D组：包括13-15号染色体，为近端着丝粒染色体，可以有随体；E组：包括16-18号染色体，16号为中央着丝粒染色体，17和18号为亚中着丝粒染色体；F组：包括19-20号染色体，为中央着丝粒染色体；G组：包括21-22号和Y染色体，为近

17、端着丝粒染色体，21、22号染色体可以有随体。Y染色体的大小变异较大，大于21和22号染色体，其长臂常常平行靠拢。五、人类染色体带型用各种染色体显带技术，使染色体沿其长轴显示出明暗或深浅相间的带纹，而每一号染色体都有其独特的带纹，这就构成了每条染色体的带型。（一）带型命名原则：1971年在巴黎召开的人类细胞遗传学会议上提出了区分每个显带染色体区、带的标准系统。1978年的国际会议上，制定了人类细胞遗传学命名的国际体制(an international sysntem for human cytogenetic nomenclature， ISCN)，提出了统一的符号和术语。每条显带染色体根据I

18、SCN规定的界标（landmark）分为若干个区（region），每个区又包括若干带（band）。界标包括染色体两臂的末端、着丝粒和某些明显恒定的带。两相邻界标之间为区。每条染色体都是由一系列连贯的带组成，没有非带区。区和带的命名原则包括：1、长、短臂分别命名区，各区分别命名带；2、用数字命名，从着丝粒向远端依次编号，靠近着丝粒的两个带分别为长、短臂的1区1带；3、做为界标的带为远端区第1带。带型描述包括4部分：染色体序号，臂符，区号和带号，各部分之间无分隔符。如1p13表示1号染色体短臂1区3带。(二) 常见带型的类型、特点及临床应用1、 Q带（Q banding）： Q显带是用荧光染料对染

19、色体标本进行染色，然后在荧光显微镜下进行观察。Q显带技术是最早建立的显带技术，它在观察染色体多态方面有重要的用途。但Q带保存时间短，而且需要在荧光显微镜下进行观察，因而，限制了Q显带技术的应用。2、 G显带（G banding）：染色体标本用热、碱、蛋白酶等预处理后，再用Giemsa染色，可以显示出与Q带相似的带纹。在光学显微镜下，可见Q带亮带相应的部位，被Giemsa染成深带，而Q带暗带相应的部位被Giemsa染成浅带。这种显带技术称为G显带，所显示的带纹称为G带。G显带克服了Q显带的缺点，G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，是目前进行染色体分析的常规带型。3

20、、 R显带（R banding）：所显示的带纹与G带的深、浅带带纹正好相反，故称为R带（reversed band）。G带浅带如果发生异常，不易发现和识别，而R显带技术可以将G带浅带显示出易于识别的深带，所以R显带对分析染色体G带浅带部位的结构改变有重要作用。4、 C显带（C banding）：专门显示着丝粒的显带技术。C显带也可使第1、9、16号和Y染色体长臂的异染色质区染色。因而，C带可用来分析染色体这些部位的改变。5、 T显带（T banding）：专门显示染色体端粒的显带技术，用来分析染色体端粒。6、 N显带（N banding）：专门显示核仁组织区的显带技术。7、 高分辨显带（hig

21、h-resolution banding）：分裂中期一套单倍染色体一般显示320条带。70年代后期，采用细胞同步化方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，可以得到带纹更多的染色体，能显示550-850条带，甚至2000条带以上。这种显带技术称为高分辨显带技术。8、SCE（sister chromatid exchange）显示方法： 5-溴脱氧尿嘧啶核苷（5-bromodeoxy-uridine，BrdU）是脱氧胸腺嘧啶核苷的类似物，在DNA链的复制过程中，可替代胸腺嘧啶。由于DNA的半保留复制，当细胞在含有BrdU的培养液中经过两个分裂周期后，两条姊妹染色单体的DN

22、A链在化学组成上出现差别，即一条染色单体的DNA双链中有一条链掺入了BrdU，另一条则为原来的模板，不含BrdU；而另一条染色单体的两条DNA链中的胸腺嘧啶核苷均被BrdU取代。由于掺入 BrdU的DNA分子螺旋化程度较低，与染色剂的亲和力降低，Giemsa染色时着色浅。因此，在显微镜下可清楚地区别姊妹染色单体。在染色体的复制过程中两条姊妹染色单体的遗传物质在相同位点上交换，称为姊妹染色单体互换（SCE）。经过BrdU处理，两条姊妹染色单体的着色程度明显不同，若两条染色单体之间有互换，即可在同一单体上看到深浅相间的片段。由于姐妹染色单体的DNA序列相同，SCE并不改变遗传物质组成，但SCE是由

23、于染色体发生断裂和重接而产生的，因此，SCE显示方法通常用来检测染色体断裂频率，用来研究药物和环境因素的致畸效应。六、染色体多态人类染色体数目是相当恒定的，但人类染色体形态存在微小变异，这种变异称为染色体多态(chromosomal polymorphism)。染色体多态主要表现为同源染色体的形态或着色方面的不同。在显带技术应用以前，人们就已经注意到了同源染色体随体的大小、形态和副缢痕的长度等存在差异。随着显带技术的应用，通过比较和测量带纹的宽度和着色强度，进而发现了更多的多态性，包括荧光强度和颜色的差异。1、染色体多态的一般特性1）它们按孟德尔方式遗传，在个体中是恒定的，但在群体中是变异的；

24、2）它们集中地表现在某些染色体的一定部位。这些部位都是含有高度重复DNA的结构异染色质所在之处。3）不具有表型或病理学意义。2、染色体多态的常见部位和形式在人类染色体中，含有高度重复DNA的结构异染色质的分布是不均匀的，它集中于着丝粒、随体、副缢痕和Y染色体长臂远侧段。因此，人类染色体多态也集中表现在这些部位。1）近端着丝粒染色体之短臂和随体区：表现为短臂和随体区的增长或缩短；随体有无、增大或重复以及这些结构的荧光强度和其它着色性能的变异。2）1、9和16号染色体副缢痕区：表现为副缢痕之有无或增长、着色性能之变异等。3）一些常染色体，主要是3和4号染色体着丝粒异染色质的大小和荧光强度的变异。4

25、）Y染色体长臂远侧2/3的长度和着色性的变异。3、染色体多态的应用染色体多态作为一个稳定的、显微镜下可见的遗传标记，在医学生物学中有多种用途。可以说，凡需要鉴定染色体和细胞来源时，或发现某一多态与其它遗传标记连锁时都可以加以利用。1）用以鉴别额外或异常染色体的来源：如利用21号染色体多态可以追踪先天愚型患者额外的21号染色体来自父方还是母方。2）在法医学上用作亲权鉴定：子女的两条同源染色体中，一条来自父方，一条来自母方，而Y染色体则必来自父亲。因此，通过比较子女和双亲的染色体，根据是否有相同的多态特征就能帮助确定他们之间的关系。3）用来鉴别细胞来源：如追踪输血后细胞的命运。4）用于人类基因定位

26、：如果发现某一多态与其它性状有连锁，就可以根据连锁的原理，把该性状的基因定位于相应部位，Duffy血型基因的定位即为一例。七、性染色质（sex chromatin）与性染色体（sex chromosomes）（一）X染色体失活（X chromosome inactivation）女性细胞中含有两条X染色体，而男性细胞中只含有一条X染色体，但女性X染色体基因的产物并不比男性多。对此，英国遗传学家Mary Lyon在1961年首先提出了“X失活假说”，或称为“Lyon假说”，其要点是：1） 在间期细胞中，女性的两条X染色体中，只有一条X染色体有转录活性，另一条X染色体无转录活性，呈固缩状，形成X染

27、色质。这样，在含有XX的细胞和XY的细胞中，其X染色体基因产物的量基本相等，此称为剂量补偿（dosage compensation）。不论细胞内有几条X染色体，只有一条X染色体是具有转录活性的，其余的X染色体均失活形成X染色质。2） 失活发生在胚胎发育早期。3） 失活是随机的，即失活的X染色体可以来自父方也可以来自母方，但一个细胞中的某条X染色体一旦失活，由该细胞增殖而来的所有子细胞都具有相同的失活X染色体。X染色体的失活在遗传上和临床上有三个意义：1） 剂量补偿：由于只有一条X染色体有活性，故男女X染色体基因产物的量相同。2） 杂合子表型的变异：由于X染色体失活是随机的，因此，在杂合子的女性

28、中具有活性的某一特征等位基因的比例就可能是不同的，结果显示出不同的表型。3） 嵌合型：由于女性X染色体中有一条失活，所以在每一细胞中特定位点上的两个等位基因只有一个表达。结果杂合子表现为只表达两个等位基因之一的细胞嵌合分布。在小鼠中，X染色体上带有白色和黑色毛色基因的个体表现为白色和黑色镶嵌现象。Lyon假说可以解释许多遗传现象，但经典的Lyon假说不能解释何以XO的Turner综合征患者会有各种异常；又何以多X患者还会有各种异常，而且X染色体越多症状越严重。可见为保证正常的发育，至少在胚胎发育的某一时期需要双份X染色体基因。近几年的研究结果对Lyon假说可以作如下补充：1、局部失活：并非所以

29、X染色体基因都失活，例如：位于X染色体短臂末端的基因在Y染色体上有相同的基因，该区称为拟常染色体区（pseudoautosomal region，PAR），存在于PAR的基因不失活。另外，在X染色体长、短臂上都有一些基因不失活，如Xg血型基因，STS（类固醇硫酸酯酶）基因等。2、非随机失活：1）正常的两条X染色体在胚胎外膜中父方的X染色体优先失活；2）当X染色体存在缺失时，缺失的X染色体优先失活；3）当X与常染色体平衡易位时，正常的X染色体优先失活。3、在生殖细胞发生过程中，失活X染色体恢复活性。（二）X染色质1、 形态：正常女性间期细胞的核膜边缘大小约1um的浓染染色质块。2、 来源：失活的

30、X染色体3、 数目：X染色体数-14、 临床应用：作为快速性别鉴定的手段之一。（三）Y染色质1、 形态：男性间期细胞被荧光染料染色后在细胞核内出现的强荧光小体。2、 来源：Y染色体长臂远端部分异染色质。3、 数目：与Y染色体数相同。4、 临床应用：快速性别鉴定。（四）性别决定与性分化1、性别决定基因1）寻找性别决定基因自从1922年Painter等首先提出人类的性别决定机制为XX/XY，人们就开始寻找性别决定基因，但直到标准人类染色体分析方法建立以后，这项工作才得以进行。1959年人们发现45，X的个体表现为女性，而47，XXY的个体表现为男性，与正常男女性染色体组成相比，决定男性性别的是Y染

31、色体，因此认为性别决定基因在Y染色体上。为进一步确定性别决定基因在Y染色体上的位置，人们对不同Y染色体畸变个体进行了分析，到1966年将性别决定基因定位于Y染色体短臂上。在Y染色体短臂末端是能与X染色体配对的拟常染色体区，性别决定基因应该位于该区以下。1986年人们将拟常染色体区以下的Y染色体短臂分为4个区，发现性别决定基因位于第1区。1987年又有人进一步将1区分为1A1、1A2、1B和1C 4个区，并认为性别决定基因位于1A2区，并从该区分离出一个锌指蛋白基因（ZFY），认为ZFY基因为性别决定基因。但1989年人们发现性别决定基因不是位于1A2区的ZFY，而是位于1A1区，在此区的35k

32、b片段中含有编码204个氨基酸的基因，命名为SRY（sex-related Y）。SRY蛋白的第58-137个氨基酸为进化上高度保守的DNA结合结构域，它与HMG（high mobility group）蛋白同源，该蛋白的功能是与DNA结合激活基因转录。2）支持SRY为性别决定基因的证据第一，小鼠胚胎期性腺发育中Sry基因的表达：在XY小鼠胚胎发育中，Sry（小鼠Y染色体上约14kb的片段，与人类SRY片段同源，但小鼠基因写作Sry）仅在第10.5天和12.5天之间表达。雄性小鼠的生殖腺发育也是在这短暂表达时间内启动的。第二，Sry转基因的XX小鼠发育成雄性：将携带Y染色体Sry区域的14kb的DNA片段转入XX小鼠胚泡后，这种携带Sry基因的XX小鼠发育成雄性。第三，不同类型患者的SRY基因分析：对XX男性分析表明，这类患者带有SRY基因；相反，XY女性个体尽管具有Y染色体，但并不具有SRY基