电离辐射对染色体的作用

Normal human male
2、染色体显带技术

(chromosome banding technique)
通过特殊处理的染色体再用Giemsa染色，
使染色体长、短臂上显出清晰的横纹。又
称G－显带

此外还有荧光显带法、C带、翻转显带法 等。
显带染色体的命名和区带定位
界标（landmark ）：选择每条染色体的显 著形态特征（着丝粒、明显带、端粒）作 为界标。 区（region）：位于相邻界标之间的染色 体区域。从邻近着丝粒的带作为起始，到 臂的末端为止，依次编号为1区、2区、3 区等。同一区内，由近及远，依次编该区 的带。
电离辐射对染色体的作用
Biological effects of radiation on Chromosomes
染色体的结构
Chromosome Structure
1.染色体（ Chromosome ）：

细胞增殖周期有丝分裂中期（ mitosis metaphase）核内易被碱性染料着色的丝状或 棒状小体。

无着丝粒断片（ acentric fragment ）
2）微小体（minute ，min）

染色体臂内发生两次断裂，形成三个片 段，两个断裂之间的片段离开原位，余下 的两个断端在断面直接相接，形成一条中 间缺失的染色体。
3）无着丝粒环（ acentric ring ）:

与微小体属一种畸变类型
1）稳定性畸变（ Stable aberration ）

染色体的位置发生改变 遗传物质、基因总数不变 不影响细胞分裂，子细胞中相对恒定 如倒位、相互易位
2）不稳定性畸变


（ Unstable aberration ）
遗传物质在细胞分裂过程中分配不均
遗传物质丢失，子细胞死亡 无着丝粒断片、微小体、无着丝粒环、



3. 人类中期细胞染色体的 形态和结构
1)着丝粒（centromere, cen）：


染色体未着色或着色很浅的狭窄处，又称主缢 痕（ primary constriction ）。 每一条染色体都有一个着丝粒 与细胞分裂有关
短臂( short arm, p）和长臂（long arm, q） 两条染色单体，彼此称为姐妹染色单体（ sister chromatids ）


表示方法： 染色体号、P或q、区、带、亚带
如：1p22
13q14、1
辐射诱导的染色体畸变
Radiation-induced Chromosome Aberrations
（chromosome aberration CA)：

染色体畸变
某些条件下，细胞中的染色体组发生数量或结
构上的改变

自发畸变（Spontaneous aberration）：自发、随
Techniques to look at chromosome aberrations

1）经典外周血淋巴细胞培养法

2) FPG（Fluorescent Plus Giemsa；荧 光加姬姆萨）技术
FPG技术：
一种姐妹染色单体色差染色技术 5－溴脱氧尿苷（5-BrdU）
3）早熟凝集染色体（PCC)分析
着丝粒环、双着等

用于生物剂量估算的畸变指标多用的 dic或d＋r，小剂量照射时用ace。用于
远后效应研究的，主要观察Sa畸变,其
中又以t是早先照射剂量估计的主要指 标。
3、染色单体型畸变
Chromatid (type) aberrations

辐射发生在细胞周期的G2期 一条染色单体（chromatid）受损

非稳定性畸变和稳定性畸变。
按结构变化形式：
末端缺失 微小体 简单的缺失 无着丝粒 着丝粒环 双着和多着 结构重建 倒位 相互易位
染色体型畸变
1）末端缺失
（Terminal deletion，del）

一条染色体的长臂或短臂的远端发生 一次断裂后，断片离开原位，导致一 个正常染色体丢失了末端区段。
Robertsonian 易位（ Robertsonian translocation ）
7）双着丝粒体和多着丝粒体
Dicentric and polycentric
按存在时间的长短：

稳定性畸变（ Stable aberration ）

不稳定性畸变（Unstable aberration ）
2）端粒（telomere)


每条染色体的两个末端
端粒丢失，染色体易发生重排－畸变 稳定保护染色体的作用
4. 染色体的核型（karyotype）

核型（karyotype）：细胞分裂中期染色
体特征的总和，包括染色体的数目、大小 和形态特征等方面。

如果将成对的染色体按形状、大小依顺序 排列起来叫核型图(karyogram）

除辐射外，其他因素如病毒、环境中某 些化学物质也能诱发染色体畸变。 自发畸变的类型和辐射引起的结构改变 是相似的，只是频率很低，主要的畸变 是无着丝粒断片，双畸变很少见。

辐射诱发染色体畸变的机制
Mechanisms involved in the formation of chromosome aberration
体细胞染色体畸变可导致机体的各种疾病的发 生，包括代谢缺陷、细胞死亡、寿命缩短以及
免疫缺陷。令人关注的是畸变与肿瘤的关系。
目前认为，肿瘤细胞均有染色体异常或基因结 构和表达的异常。 染色体畸变是肿瘤发生的原因还是结果？
辐射诱导染色体畸变的 剂量－效应关系
Relation between the number of aberrations and the radiation dose

如：先天性卵巢发育不全，又称Tuner综
合症（45XO）。

染色体的数目增多表现为三体型，如 Down syndrome，为21号染色体的三体型。

性染色体三体型（二、染色体数量畸变
47XXY）可引起先天性睾丸发育不全。
Duplication d'ADN sans mitose
三、自发畸变 (Spontaneous aberration) 人类所处的辐射环境(包括天然本底辐射 和人工辐射)。因此在未受到附加辐射的 细胞中也能见到畸变，称之为自发畸变。

根据上述假说，电离辐射引起简单缺失 是单击畸变产物．而互换畸变大多是双 击畸变产物，末端缺失和无着丝粒断片
则属于保持原先断裂状态的畸变


2、互换假说（Breakage →exchange）
这种假说认为所有的畸变都是通过互换过程而形 成的。 电离辐射引起的原发事件使得接近荷电粒子径迹 处的染色单体丝出现不稳定状态。如果由于空间 关系不能起反应就可以复原，如果同时有2个不稳 定区就相互起作用；最终彼此相互起反应形成真 正的互换过程。 互换假说有一个重要的假设，就是当间期核的染 色体处在螺旋状态，并形成一个圈的时候互换才 能在这个圈上进行。


人类体细胞的正常核型包括46条染色体， 可配成23对，其中22对是常染色体，1对 是性染色体。每23条染色体构成一个染色 体组，所以人类体细胞中有2个染色体组， 称为二倍体（2n）。 按照染色体的长度和着丝粒的位置以及其 他标准，将44个常染色体配对编号为1～ 22。用常规染色方法，22对常染色体分为 七个组。

染色单体（chromatid）
中期染色体由两条染色单体所组成，两者在着 丝粒（centromere）部位相互结合。
按照染色体的长度和着丝粒的位置把染 色体分为四类。
1、中着丝粒(metacentric)染色体： 着丝粒在 中部或接近中部，这种染色体的长臂和短臂的长 度差不多。 1／2～5／8。 2、亚中着丝粒(submetacentric)染色体： 着丝 粒偏在染色体的一侧，有明显的长短臂之分。 5 ／8～7/8。 3、近端着丝粒 (acrocentric）染色体：7／8以上。 4、端着丝粒(telocentric)染色体：末端。
常见类型：
1）染色单体断裂（chromatid break,ctb)
2）染色单体互换(chromatid
exchange,cte)
3）裂隙(gap)
二、染色体数量畸变
Chromosome numerical abnormality
1）多倍体(polyploid)： 有两个以上染色体组的细胞 2）非整倍体(aneuploid) 3）核内复制(endoreduplication) 两次细胞分裂之间染色体复制了两次， 得到四条姐妹染色单体

1962年Bender照射离体(in vitro)人血， 首次肯定人体细胞染色体畸变量与照射剂 量之间呈正比关系。 此后，照射哺乳动物血细胞诱发的畸变量 与离体照射所得结果近似。 由此提出利用染色体畸变分析可作为生物 剂量计(biodosimetry)估算事故情况时人 员所受的辐射剂量。


1.常用的染色体畸变分析方法
1)非显带染色体的核型

其重要的形态特征是其着丝粒的位置和 相对长度，是鉴别非显带染色体的主要
依据。

描述着丝粒的位置的参数： 1、染色体的臂率：p/q 2、着丝粒指数：p/(p+q)×100％
非显带染色体核型分析：
两个原则 1、人类分裂中期的染色体按长度递减 2、着丝粒的位置
人类染色体核型一般特征
机地发生（正常生活或环境因素）；无着丝粒：
0.5％；双着：0.05％。

诱发畸变（ Induced aberration ）：物理、化学 or 生物诱变剂
一、染色体结构畸变 （ Structural aberration）

1、畸变与细胞周期之间的关系
染色体型畸变 G1 S或G2
畸变
chromosome (type) aberrations
PCC（premature chromosome condensation）：分裂中期的细胞和间
染色单体型畸变
chromatid (type) aberrations
2、染色体型畸变

chromosome (type) aberrations
细胞处于G0期或G1期受到照射，这时染色体 尚未复制，是单根染色体丝被击断，经S期复 制后，在分裂中期见到的是两条单体在同一 按畸变在体内的转归分为：
部位显示有变化，因此导致的是染色体型畸变。
一、辐射诱发染色体畸变的机制


1、断裂－重接假说（Breakage →linkage）
这是一种经典假说，认为畸变的形成是当一个 电离粒子通过间期核染色体的结构或经过染色 体附近的时候，引起染色体直接或间接的断裂， 断裂后的染色体可以有三种结局。

愈合：重新连接成原来状态。 重接：与其他断裂连接形成新的重接产物。 游离：断裂产物以游离状存在。
断裂点之间距离较大
两个断点之间重接形成一对空心圆
4）着丝粒环（ Centric ring）

断裂发生在长、短臂 含着丝粒的片段两端重接成环状。

两个无着丝粒片段连接成断片
5）倒位（Inversion）

一条染色体两次断裂，形成上、中、下 三个片段 中段上下颠倒，与上下两段相接

•臂间倒位（ Pericentric Inversion）：断裂发生在


3、染色体畸变形成的分子机制

DNA的断裂与修复
二、染色体畸变的生物学意义
1、生殖细胞的染色体畸变对后代可
造成严重后果
如：男性睾丸接受不同剂量的X线照射可 诱发精原细胞易位，剂量越大易位率越高。 人类某些常染色体的部分丢失，除导致子 代身体和智力的严重缺陷，通常是致命的。
2、体细胞中的有基因－储存、传递遗传信息，调控 细胞分化、发育的作用。 增殖间期，松散无定形－染色质（chromatin ）

2. 染色体的构成 （The composition of the chromosome）

DNA+蛋白质（组蛋白、非组蛋白）＋少量 RNA。
高度重复性DNA集中于着丝粒区和端粒区， 无遗传信息，不进行转录。 中度重复DNA分布于副缢痕区和非重复性 DNA之间的区域，转录rRNA，tRNA 非重复区DNA代表结构基因
着丝粒两侧
•臂内倒位（ Paracentric Inversion）：断裂发生
在着丝粒一侧
6）相互易位（Translocation）

两条染色体各发生一处断裂，交换片段，形
成两个重排染色体（ rearrangement
chromosomes）
• 相互易位（
•
Reciprocal translocation）