非整倍體的研究進展

非整倍體的研究進展

非全球是指只有一個或幾個額外變化的異常核型。這主要是因為在生殖細胞的出現(xiàn)過程中，減稅和分裂的染色體沒有分離，異常配子的形成是通過分離后形成的。另外,受精卵在有絲分裂過程中染色體不分離亦可形成非整倍體,它是導(dǎo)致智力低下、性別異常、自發(fā)流產(chǎn)、多發(fā)畸形和染色體病的主要原因。人類非整倍體畸變機理一直是醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)領(lǐng)域的重要研究課題,研究者從細胞遺傳學(xué)、分子遺傳學(xué)及生殖生物學(xué)等多方面進行了大量的深入研究。本文旨在對該領(lǐng)域的研究進展作一綜述。1m后期染色體不分離非整倍體一般是由于生殖細胞發(fā)生過程中,減數(shù)分裂染色體不分離所致。非整倍體中主要為三體型,而單體型極少,原因是單體型成活率低,多死于胚胎發(fā)育早期而流產(chǎn)。減數(shù)分裂不分離多為母源性,約占70%-80%。不同染色體非整倍體,其母源性的所占百分比不同:16三體為100%、2-12號染色體為81%、13-15號染色體為87%、18三體為96%、21三體為93%、22三體為89%、47,XXX為95%、47,XXY為56%。父源性較少,約為20%-30%(21三體父源性僅為5%)。減數(shù)分裂Ⅰ(MeiosisⅠ,MⅠ)后期染色體不分離發(fā)生率約為減數(shù)分裂Ⅱ(MeiosisⅡ,MⅡ)后期染色體不分離的3倍。有關(guān)父源中MⅠ和MⅡ不分離率,不同的作者其研究結(jié)果不盡相同,MⅡ不分離率在0-50%之間,但父源性所致的47,XXY均為MⅠ不分離引起。采用去透明帶金黃地鼠卵與已獲能的人精子進行異種體外受精后直接分析受精卵中人精子染色體,非整倍體頻率約1.4%,遠遠低于人卵母細胞。這是因為卵母細胞MⅠ要經(jīng)歷幾十年之久,受多種內(nèi)外環(huán)境因素的影響,而MⅡ僅經(jīng)歷數(shù)小時。所以大多數(shù)不分離發(fā)生為母源性,且多在MⅠ。另外,在MⅠ前期兩條同源染色體借助聯(lián)會復(fù)合體發(fā)生聯(lián)會形成二價體,在二價體的某些區(qū)域,兩條非姐妹染色單體間發(fā)生交叉,且聯(lián)會復(fù)合體中央?yún)^(qū)重組節(jié)的數(shù)目與交叉的數(shù)目大致相等。若重組節(jié)數(shù)目增多或減少(即交叉增多或減少)、聯(lián)會復(fù)合體結(jié)構(gòu)損傷致不能解體等異常因素,均會對MⅠ后期同源染色體的分離產(chǎn)生影響,從而發(fā)生MⅠ后期染色體不分離。而MⅡ不形成復(fù)合體及交叉,則不易發(fā)生姐妹染色單體的不分離。2紡錘絲cd著絲粒(Centromere)位于染色體主縊痕,是細胞分裂時紡錘絲微管的著力點,應(yīng)用特殊染色方法在光鏡下呈現(xiàn)兩個深染球形結(jié)構(gòu),即稱著絲粒點或動粒(Centromericdots,Cd或kinetochore)。電鏡觀察發(fā)現(xiàn):紡錘絲微管束通過兩個三層盤狀結(jié)構(gòu),即動粒(Kinetochore)與著絲粒染色質(zhì)相結(jié)合。動粒內(nèi)層緊貼著絲粒異染色質(zhì),外層主要與微管束相聯(lián)。由著線粒和動粒共同組成的功能單位稱著絲粒-動粒復(fù)合體(Centromere-kinetochorecomplex,CKC)?？梢?Cd和CKC是分別在光鏡和電鏡下觀察到的著絲粒結(jié)構(gòu)。Eiberg在70年代中期建立了Cd帶技術(shù),認為Cd帶實質(zhì)上是染色體經(jīng)熱和堿處理后保留下來的特殊DNA-蛋白質(zhì)復(fù)合物。王應(yīng)雄根據(jù)無活性的著絲粒其C帶陽性而Cd帶陰性的現(xiàn)象指出:只有Cd帶才是目前檢測著絲粒有無功能活性的唯一指標。若Cd異常則反映了著絲粒結(jié)構(gòu)功能改變,繼而誘發(fā)非整倍體。2.1cd缺失與倍體畸變正常情況下,1條中期染色體著絲粒區(qū)存在2個深染圓形小體。若某條染色體一個或2個Cd小于同一核型其它正常Cd的一半,為小Cd。Cherry認為,由于Cd變小,附著其上的紡錘絲微管數(shù)目也較少,結(jié)果難以維持紡錘絲微管對染色體的平衡牽引,造成染色體不分離。若某條中期染色體上完全未見或僅見一個Cd結(jié)構(gòu),則為Cd缺失。王應(yīng)雄等發(fā)現(xiàn),HeLa細胞染色體Cd缺失顯著升高,認為Cd缺失造成紡錘絲微管不能附著于染色體,使染色體不能被牽引至赤道板兩極,導(dǎo)致非整倍體畸變。對食道癌、肺癌患者外周血細胞染色體Cd進行的研究也得到類似的結(jié)果,表明腫瘤細胞的非整倍體畸變與Cd缺失相關(guān)。王應(yīng)雄等在研究正常人胚胎絨毛細胞染色體Cd時,觀察到了Cd遲復(fù)制現(xiàn)象,即著絲粒中央?yún)^(qū)僅存一個Cd,認為Cd遲復(fù)制使紡錘絲微管只能附著于一個Cd上,分裂后期不能將兩條姐妹染色體正常分開而形成非整倍體。作者在研究正常人染色體Cd的結(jié)構(gòu)時還發(fā)現(xiàn),當有活性的NOR被銀染時,D、G組某些染色體NOR銀染物與其毗鄰的Cd結(jié)構(gòu)合二為一,即Cd-NOR融合。他們對人類D、G組染色體Cd結(jié)構(gòu)的進一步研究發(fā)現(xiàn):D、G組染色體出現(xiàn)小Cd的頻率顯著高于理論預(yù)期值,G組染色體上Cd-NOR融合頻率顯著高于理論預(yù)期值,并認為Cd-NOR融合可能會對紡錘絲微管蛋白與Cd蛋白間的聯(lián)系產(chǎn)生阻礙,影響染色體正常分離;D、G組染色體小Cd及G組染色體Cd-NOR融合,可能是其易發(fā)生不分離的誘因,而G組染色體更易發(fā)生Cd-NOR融合,這似乎是人群中G組三體多于D組三體的可能原因之一。對21三體患者及其雙親染色體Cd的研究發(fā)現(xiàn),G組染色體小Cd、Cd缺失頻率,D、G組染色體Cd-NOR融合頻率顯著高于對照組,提示這一特定人群G組染色體發(fā)生不分離的風(fēng)險較大。1992年王應(yīng)雄等,曾對12例非整倍體患者及部分患者雙親染色體Cd進行了初步分析,發(fā)現(xiàn)患者中涉及不分離的染色體也是其小Cd、Cd缺失和Cd-NOR融合頻率顯著升高的染色體,說明Cd缺失、Cd-NOR融合和小Cd頻率升高可能增加該組染色體不分離的風(fēng)險,8例患者的雙親或雙親之一的細胞中Cd缺失、Cd-NOR融合和小Cd結(jié)構(gòu)的實際觀察值顯著高于理論預(yù)期值的染色體,也是患者細胞中涉及不分離的染色體和Cd結(jié)構(gòu)變異頻率偏離預(yù)期值的染色體。當然這一相似性是否說明患者與其雙親之間Cd結(jié)構(gòu)變異存在某種遺傳傾向,尚需做進一步研究。以上資料表明,染色體Cd缺失、小Cd、Cd遲滯及Cd-NOR融合均會增加受累染色體不分離的風(fēng)險。Cd功能變化也會影響紡錘絲與染色體的附著,導(dǎo)致染色體不分離及非整倍體形成。2.2同源21號染色體著絲粒不對稱性對正常分離的影響著絲粒不對稱性是指同源染色體間,著絲粒DNA含量以及其所占面積呈現(xiàn)的明顯差異。連小華等應(yīng)用顯微掃描分光法,對8位正常人(4例女性,4例男性)及3對21三體患兒雙親的21號及1號染色體著絲粒區(qū)DNA相對含量進行了檢測,發(fā)現(xiàn)患兒母親同源21號染色體著絲粒DNA含量不對稱,且差異非常顯著;而同源1號染色體無此特點?；純焊赣H也有著絲粒不對稱性,但程度低于正常對照或與正常對照一致。作者認為,著絲粒DNA含量增加,可提高著絲粒對紡錘絲微管的捕捉力,反之減弱捕捉力,使在MⅠ二價體向兩極移動的牽引力不平衡,或在MⅡ姐妹染色單體間著絲粒分離時間不同步,導(dǎo)致染色體不分離。21號染色體著絲粒不對稱性也存在于正常人,由這種現(xiàn)象可以推測:同源21號染色體著絲粒DNA不對稱性存在一定正常范圍,若超過此范圍,可能發(fā)生不分離。所以,人類同源染色體著絲粒不對稱性是否影響染色體正常分離,關(guān)鍵在不對稱的程度。著絲粒不對稱程度越大,染色體越有可能發(fā)生不分離,形成非整倍體的可能性越大。2.3非整倍體與染色體pcd在一些異常情況下,著絲粒的分離早于姐妹染色單體二臂分開,稱早熟著絲粒分離(Prematurecentromeredeparture,PCD)。Fitzgerald,研究了一位連續(xù)妊娠3胎21三體患兒的年輕婦女成纖維細胞,發(fā)現(xiàn)染色體PCD中,50%為21號染色體PCD,而淋巴細胞中染色體PCD很少。據(jù)此推測,染色體PCD的表達,在不同組織間存在差異。這位年輕婦女重復(fù)生產(chǎn)21三體患兒的現(xiàn)象表明,在卵巢組織中21號染色體PCD的表達可能比其它組織更頻繁。研究表明,PCD的產(chǎn)生是由于著絲?；蚩刂浦z粒的基因高度甲基化,從而可能引起基因失活,影響其正常表達和調(diào)控,使著絲粒的功能失常,引起過早分離,導(dǎo)致染色體不分離。關(guān)于PCD的研究甚少,非整倍體與PCD的關(guān)系尚需進一步研究。上述資料表明,非整倍體的形成與CKC結(jié)構(gòu)變異和功能改變存在密切關(guān)系。說明CKC變異對非整倍體形成具有重要作用。3調(diào)節(jié)正常高血流動過導(dǎo)的調(diào)節(jié)效應(yīng)核仁組織區(qū)(Nucleolarorganizerregion,NOR)是染色體上編碼核蛋白體RNA(rRNA)的一段DNA(rDNA),位于人類5對端著絲粒染色體次縊痕區(qū)。由于某因素使rDNA轉(zhuǎn)錄活性異常增高,rRNA活性增強,NOR蛋白合成速率加快,NOR銀染色(Ag-NOR)顆粒增多,從而增加端著絲粒染色體隨體緊密聯(lián)合,即隨體聯(lián)合(Satelliteassociation,SA),這樣可增大染色體間分離的阻力,導(dǎo)致染色體不分離,形成非整倍體。研究資料表明:腫瘤細胞rRNA活性異常增高,蛋白質(zhì)合成速率加快,Ag-NOR頻率增高,染色體非整倍體數(shù)目也明顯增多。已經(jīng)證實21三體患兒的21號染色體SA頻率遠遠高于正常對照。上述資料說明,NOR活性異常增強,可呈現(xiàn)Ag-NOR數(shù)目增多,使SA的發(fā)生頻率增高,導(dǎo)致形成非整倍體。4重組的必要性在細胞MⅠ,同源染色體的非姐妹染色單體間發(fā)生交叉互換,導(dǎo)致染色體基因重組。有學(xué)者認為,重組水平異常與非整倍體有相關(guān)性。1996年Lamb提出,染色體基因重組異常產(chǎn)生非整倍體的兩種模式。一種是發(fā)生在染色體臂上重組減少的二價體,由于交叉減少,在MⅠ時發(fā)生非姐妹染色單體過早分離,即成熟前分離(Prematuredisjunction),導(dǎo)致非整倍體形成,此模式已為多數(shù)學(xué)者的研究所證實。Antonarakis應(yīng)用21號染色體長臂上一組連鎖的RFLP標記,首先判斷21三體患兒中額外21號染色體的起源,再確定不分離的時期,若兩相鄰的RFLP標記與得到的有關(guān)不分離時期的結(jié)果一致,則說明未發(fā)生重組,反之說明發(fā)生了重組。結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩條不分離的21號染色體間重組減少。Meijer進一步指出:21號染色體長臂遠端部位(q22.2-q22.3)低水平的重組更能影響其不分離,因為此部位的重組率較其它部位降低得更顯著。其他學(xué)者也得到類似的結(jié)果,如1/3由MⅠ不分離所致的18三體表現(xiàn)為重組缺失或減少;Sherman等發(fā)現(xiàn)約3/4由MⅠ不分離所致的21三體綜合征患者21q重組減少,且隨年齡增長重組減少現(xiàn)象加劇。另一種模式是著絲粒周邊重組增加可導(dǎo)致二價體不分離,使得整個單價體丟失或增加,形成非整倍體。Sherman等發(fā)現(xiàn),1/4由MⅡ不分離造成的21三體綜合征患者,其著絲粒周邊的重組率顯著高于對照組。但這一模式研究資料甚少,需待進一步證實。此外,一些非整倍體形成的假說,