y染色體的遺傳相關(guān)特性

1、人類Y染色體的遺傳特性,周 作 民南京醫(yī)科大學(xué)生殖醫(yī)學(xué)江蘇省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,染色體的基本概念一、正常人的染色體核型：　　男性：46,xy;女性：46,xx二、染色體與遺傳的關(guān)系：,Y染色體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一、體細(xì)胞的Y染色體分帶1. Y染色體的形狀指標(biāo)：(1) 相對(duì)長度：即每一個(gè)染色體的長度與一套正　 常的含有一個(gè)X染色體的單倍體染色體組長度 之比；(2) 著絲粒指數(shù)：用短臂的長度對(duì)染色體的長度 之比

2、表示；(3) 臂比：用長臂與短臂的長度之比表示；　　其中又以相對(duì)長度和著絲粒指數(shù)較為重要。,表１　染色體的相對(duì)長度和著絲粒指數(shù)染色體號(hào)碼　　　　　　相對(duì)長度　　　　　著絲粒指數(shù)1 8.44±0.433 48.36±1.1662 8.02±0.397 39.23±1.8243

3、 6.83±0.315 46.95±1.5774 6.30±0.284 29.07±1.8675 6.08±0.305 29.25±1.6556 5.90±0.264

4、 39.05±1.6557 5.36±0.271 39.05±1.771x 5.12±0.261 40.12±2.1178 4.93±0.261 34.08±1.9759

5、 4.80±0.244 35.43±2.59910 4.59±0.221 33.95±2.24311 4.61±0.227 40.14±2.32812 4.66±0.212

6、 30.16±2.33913 3.74±0.236 17.08±3.22714 3.56±0.229 18.74±3.59615 3.46±0.214 20.30±3.70216

7、 3.36±0.183 41.33±2.7417 3.25±0.189 33.86±2.77118 2.93±0.164 30.93±3.04419 2.67±0.174 46.54&

8、#177;2.29920 2.56±0.165 45.45±2.52621 1.90±0.170 30.89±5.00222 2.04±0.182 30.48±4.932y 2

9、.15±0.137 27.17±3.182,2. Y染色體的分帶：　　根據(jù)染色特性或功能，可對(duì)Y染色體進(jìn)行區(qū)帶劃分。(1)染色分帶法：Y染色體的短臂和長臂各只有一個(gè)區(qū)，Yp: Yp1: Yp11 Yq: Yq1: Yq11: Yq11.1 Yp12 　　 Yq11.2: Yq11.21

10、 Yp13:Yp13.1 Yq11.22 Yp13.2 Yq11.23 Yq12(2)7區(qū)分帶法：　　將Y

11、染色體從短臂至長臂的非重組區(qū)域人為地分為7個(gè)區(qū)間（interval），Yp有4個(gè)區(qū)間，Yq有3個(gè)區(qū)間, Yq的異染色質(zhì)區(qū)為第7區(qū)，每個(gè)區(qū)間又可進(jìn)一步細(xì)分，共可分為43個(gè)亞區(qū)間,,SRYZFYMIC2TP2,AMELYTPSY HY IL9R,AZFb(YRRM1)AZFdAZFc(DAZ),,GCYAZFa (USP9Y , DBY),二、精子染色體分析1. 生精細(xì)胞染色體分析：實(shí)際分析的是處于分裂 階段的生

12、精細(xì)胞。2. 體外受精后的染色體分析：將人精子與去透明 帶倉鼠卵共同培養(yǎng),誘導(dǎo)有絲分裂后則可進(jìn)行人 精子染色體的分析。3. 用FISH方法也可對(duì)精子染色體進(jìn)行單獨(dú)分析。,Y染色體的基因組結(jié)構(gòu)一、染色體的基因組：1. 是人類細(xì)胞全套遺傳物質(zhì)，是維持人體正常功能的 最基本的一套染色體及其攜帶的全部遺傳信息。2. 單倍體人類基因組是由3.2×109bp的DNA組成，細(xì)胞 核基因組中90%左右的DNA

13、為程度不同的重復(fù)序列， 10%為單拷貝序列。3. 含有5～10萬個(gè)左右的基因。二、人類基因組計(jì)劃：構(gòu)建每條染色體的遺傳圖譜、物理　　圖譜和序列圖譜?！　≡?jì)劃2003年完成人類基因組全部序列測定的目的，已于2000年6月提前完成?！　∵M(jìn)行Y染色體基因組研究，包括序列測定的主要機(jī)構(gòu)是Whitehead Institute/MIT。,1. 遺傳圖譜（Genetic map）：又稱連鎖圖譜linkage map）或遺傳

14、連鎖圖譜（genetic linkage map）：(1)定義：指人類基因組內(nèi)基因以及專一的多態(tài)性DNA 標(biāo)記位置的圖譜。表示同一條染色體的任意兩點(diǎn) 的相對(duì)距離和位置關(guān)系，因此遺傳圖譜只能顯示 標(biāo)記的相對(duì)距離，長度單位用厘摩(centimorgan, cM)表示，1cM約等于1000000堿基對(duì)的物理長度構(gòu)。(2)遺傳圖譜的意義：①基因定位②分離和克隆新基因,２．物理圖譜（Physical maps）：

15、(1) 定義：物理圖譜則是把特異的DNA片段按實(shí)際的物 理位置進(jìn)行排序，因?yàn)槿祟惢蚪M有24種不同的 染色體（23種常染色體和X、Y染色體），所以完 整的人類基因組圖譜應(yīng)該是24種以線性結(jié)構(gòu)形成 存在的DNA大分子物理圖譜。(2) 基于DNA序列標(biāo)簽（sequence-tagged-site, STS） 的物理圖譜：①定義：STS為隨機(jī)地從人類基因組上選擇出來的長度 在200～300bp

16、左右的特異性短序列。②來源：a. 隨機(jī)位點(diǎn)序列b. 表達(dá)基因序列c. 遺傳標(biāo)記序列,③研究現(xiàn)狀：　　目前全基因組中已知的STS達(dá)3萬多個(gè)，Y染色體上只有376個(gè)?！　≡?995年召開的第二屆國際Y染色體基因圖譜大會(huì)上，部分學(xué)者提出了在一些區(qū)域上的STS圖譜，如在Yp的假性常染色質(zhì)區(qū)列出了60個(gè)STS；AZFa區(qū)域圖譜，Yq11.23區(qū)域圖譜等。,YRRM1DYS7EDYS230DYS224DYS226DYS7CD

17、YS233DYS232DYS1DYS236DYS237DYS238DYS240DYS239DYS247Z1,(3)STS缺失圖譜：　　Vollrath　1992年構(gòu)建了Y染色體的STS缺失圖譜，共列出182個(gè)STS片段，為今后尋找Y染色體功能基因創(chuàng)造了條件，近年來對(duì)于精子發(fā)生基因的研究多基于這一圖譜。3. 序列圖譜（sequence maps）：(1)定義：將每條染色體的DNA序列測定出來，即為序　　　　

18、列圖譜。(2)序列圖譜的構(gòu)建的意義：①從DNA的序列中，可以直接推出基因的結(jié)構(gòu)，包括啟 動(dòng)子、外顯子、內(nèi)顯子等。②已知基因的定位。③基因起源的研究。,Y染色體基因相關(guān)信息數(shù)據(jù)庫國際上的四大生物信息中心：美國的國家生物技術(shù)信息中心（WCBT）美國的基因組序列數(shù)據(jù)庫（GSDB）歐洲的分子生物實(shí)驗(yàn)室（EMBL）日本的DNA數(shù)據(jù)庫（DDBJ）Y染色體的相關(guān)信息，從這些機(jī)構(gòu)可以獲得：The Cambridge (UK

19、) server : http//www.path.cam.ac.uk/The london server:http//www.gene.ucl.ac.uk/Tcambridge (USA) server: 　http//www.genome.wi.mit.edu/,有關(guān)Y染色體上STS、EST、CpG和細(xì)胞遺傳信息也可從以下綜合數(shù)據(jù)庫中獲得：STS數(shù)據(jù)庫(dbSTS)：　　　http://www.ncbi.n

20、lm.nih.gov/dbSTSEST數(shù)據(jù)庫(dbEST)：http://www.ncbi.nlm.nih.gov/dbESTCpG島數(shù)據(jù)庫(CpG island datebase) 　　http://biomaster.uio.no/CpGdb.html細(xì)胞遺傳圖譜(cytogenetic maps)http://gdbwww.gdb.org/,人類Y染色體的主要功能基因Y染色體基因的特點(diǎn)：1. 不是維持生命所

21、必須的，但與男性的特異功能有關(guān)2. Y染色體上95%為非重組區(qū)，多數(shù)為非等位基因。3. 基因的含量：Y染色體上約含5.9萬Kb的DNA，其　中60％位于其長臂（Yq）的異染色體區(qū)Yq12；其短　臂（Yp）約含1.3Kb DNA。預(yù)測Y染色體上共有　7117個(gè)基因；已克隆出的基因有200 多個(gè)；真正被確　定的只有50多個(gè)。,(一)睪丸發(fā)生相關(guān)基因：1. H-Y抗原基因：2. ZFY基因：3. SRY基因：(二)精子發(fā)生

22、相關(guān)基因：1. 精子發(fā)生相關(guān)基因在Y染色體上的分布：　　Y染色體長臂三個(gè)區(qū)域內(nèi)均存在AZF，分別稱為AZFa、AZFb和AZFc。1999年，Kent-First又提出了AZFd的概念，認(rèn)為在該區(qū)域內(nèi)也有精子發(fā)生基因的存在。,(1) AZFa的候選基因：　　AZFa位于Yq11或７區(qū)分法的第5C/D區(qū)中，　大小約400-600Kb，目前在AZFa 區(qū)域中已發(fā)現(xiàn)9個(gè)基因，其中UPS9Y和DBY被認(rèn)為是AZFa的重要候選成分。 ①U

23、SP9Y（Ubiquitin-Specific Protease 9, Y chromosome）：原稱為DFFRY（Drosophila fat factors related Y），位于Yq11或7區(qū)分段法的5C/D區(qū)； 對(duì)無精子癥和嚴(yán)重少精子癥患者進(jìn)行這些位點(diǎn)的檢測，發(fā)現(xiàn)了缺失的病例，均表現(xiàn)為無精子癥。發(fā)生率較低（1/143～1/576）;已發(fā)現(xiàn)一例患者的USP9Y有4個(gè)堿基的丟失，伴有嚴(yán)重少精子癥，提示USP9Y的點(diǎn)突變或缺失也

24、可能是精子發(fā)生障礙的病因。,②DBY（DEAD/H box polypeptide, Y chromosome）：　 　　位于Yq11或5C/D中，其5'端距USP9Y的3'端約有 DBY的缺失率為4.6%（8/173）。睪丸活檢發(fā)現(xiàn)，單純DBY缺失的6例患者中，3例表現(xiàn)為唯支持細(xì)胞綜合癥，另3例為生精阻滯。檢測這些患者的父親和兄弟，均未發(fā)現(xiàn)缺失情況。對(duì)小鼠體內(nèi)Dby的缺失可導(dǎo)致小鼠精子發(fā)生障礙，證明了DBY對(duì)生精的

25、重要性。,(2) AZFb的候選成分：　　AZFb位Yq11.23區(qū)域，主要候選成分為RBM（RNA binding motif）基因，RBM是一組基因的總稱，其共同特點(diǎn)是表達(dá)蛋白上帶有RNA結(jié)合位點(diǎn)，認(rèn)為這種蛋白參與RNA的形成、加工和翻譯，RBM在　Y染色體上也有多個(gè)拷貝，其中部分是假基因，位于Yq11.23區(qū)域的YRRM 被認(rèn)為是AZFb的重要候選成分。,(3) AZFc的候選成分：　　DAZ:　1995年，Reijo等人發(fā)現(xiàn)

26、，已證明為AZF最重要的候選成分。(4) AZFd：　　 1999年，Kent-First等人提出；位于AZFb和AZFc之間； 精子發(fā)生障礙患者中的缺失率達(dá)到5%，占AZF缺失總數(shù) 的19.6%，　　至今為止尚未找到該區(qū)域內(nèi)的AZF候選成分。,(5) TSPY（testis-specific protein, Y－edcoded）： 　　位于Y染色體短臂上；用TSPY的抗血清檢測，顯示TPSY主要出現(xiàn)于精原細(xì)胞階段，TSPY的

27、作用是參與DNA的復(fù)制，也有報(bào)道，TSPY的表達(dá)可出現(xiàn)于精子細(xì)胞階段，可能參與精子的變態(tài)。TPSY的缺失可導(dǎo)致精子發(fā)生障礙，而在生精細(xì)胞腫瘤中，TSPY呈高表達(dá)，提示TSPY與胚胎性腺腫瘤也有相關(guān)性。,2. AZF缺失的發(fā)生率：從2.7－55.5%，多數(shù)在13－15%。造成缺失率差異的原因：①病例選擇，對(duì)于嚴(yán)格選擇病例僅對(duì)不明原因的無精子　癥或嚴(yán)重少精子癥患者進(jìn)行檢測，則缺失率較高；②實(shí)驗(yàn)方法包括實(shí)驗(yàn)條件的好壞，影響到結(jié)果的可靠

28、性；③檢測不同的候選成分也會(huì)得出不同的缺失率，如僅檢　測DAZ基因，則缺失率較高；④人種差異，如歐洲人有YRRM2基因，日本人則沒有。,3. AZF缺失與睪丸病理的關(guān)系：　　對(duì)AZF缺失伴精子發(fā)生障礙的患者進(jìn)行睪丸活檢，發(fā)現(xiàn)睪丸的病理改變與AZF丟失部位有明顯的相關(guān)性：AZFa缺失――唯支持細(xì)胞綜合征或早期的生精阻滯。AZFb缺失――生精阻滯，主要停留在精母細(xì)胞階段。AZFc缺失――生精小管內(nèi)部分僅見支持細(xì)胞，部分