三代试管婴儿技术的基础之一细胞遗传学

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三代试管婴儿的核心技术是PGT,一个重要的适应症是针对单基因遗传病染色体异常

细胞遗传学是对染色体及其在遗传中的作用的研究,科学家用来分析染色体的方法,与疾病相关的染色体异常,染色体在性别决定中所起的作用以及染色体在进化过程中的变化。

细胞遗传学领域出现于二十世纪初,当时科学家意识到染色体是基因的物理载体。与科学一样,研究人员根据研究人员的观察结果来合成遗传的染色体理论。这一开创性的理论源于细胞学家对有丝分裂和减数分裂过程中染色体运动所做的详细观察,其基础是染色体行为可以解释孟德尔的遗传原理。

在细胞遗传学的早期,科学家们很难区分个别的染色体,但是多年来,他们继续将染色体的保存和染色条件改进到目前临床细胞遗传学所期望的出现标准。人类染色体数目似乎令人难以置信直到1955年才建立。

在今天的很多的检测中,中期染色体用产生独特条带模式的染色剂处理,然后将染色体对排列成称为核型的标准格式。在同一个物种的成员中,核型非常一致,这使得细胞遗传学家有可能检测与疾病状态和发育缺陷相关的染色体数目和结构的各种变异。

正常人的核型包含22对常染色体和一对性染色体。非整倍体,或染色体数目的变化,很容易在核型上检测到。在人类中,大多数非整倍性是致命的,因为随之而来的基因表达失衡。

一个明显的例外是21三体症,或唐氏综合症,在对大龄女性进行产前筛查时经常发现。当然人类也可以忍受性染色体非整倍性,这很可能是因为X失活使 X连锁基因维持接近正常的表达水平。除了染色体数目的变化外,核型还可以揭示染色体结构上更细微的变化。实际上,染色体的正常条带模式提供了“条形码”,可以将其翻译成染色体图。然后,细胞遗传学家可以在这些染色体图上使用坐标,或者用图片,以识别位于DNA的碱基内结构异常的位置,包括缺失,重复和易位

常见染色体异常

在过去的几十年中,基于荧光原位杂交的方法(FISH)已将细胞遗传学转变为分子科学,并为细胞遗传学家提供了一种工具。在FISH程序中,标记的DNA或RNA探针与它们在染色体上的互补靶向DNA序列杂交。FISH实验通常会产生丰富多彩的结果,因为可以在同一实验中使用多个探针,每个探针都标记有光谱不同的荧光染料,靶向DNA序列可以由单个基因或沿染色体长度分布的基因集合组成。

现在在临床细胞遗传学中常常采用FISH程序,频谱核型分析概述了患者细胞中发生的任何总体重排和染色体数目的变化,使用基因特异性探针,细胞遗传学家也可以鉴定受染色体突变影响的基因。

随着技术的进步,研究人员还开始使用比较基因组杂交技术来分析个体DNA之间的微小定量差异,包括拷贝数变异(CNV)。

在试管婴儿的诊所外,FISH是生物学家用来研究染色体结构及其在细胞核内的组织的许多技术之一,尽管在显微镜下观察染色体似乎是静态结构,但是细胞遗传学家知道染色体实际上是由称为染色质的DNA-蛋白质复合物组成的动态组装体。

染色质在细胞周期中堆积发生显着变化,其结构也沿每个染色体的长度局部变化,转录活性染色质或常染色质的组成与沉默染色质或异染色质的组成不同。

某些染色质专门化对于正常的染色体行为必不可少,例如,着丝粒包含染色体附着在有丝分裂纺锤体上所需的独特染色质,同样,染色体的完整性取决于专门在端粒处发现的专门染色质的组装。染色体结构的其他未明确定义的方面在将单个染色体与细胞核定位中也可能很重要。

在这个比较基因组学的时代,细胞遗传学也为进化提供了见识。科学家们确定了基因组,称为同位群,它们在物种边界之间保持相同的连锁关系,连续数据揭示了在进化过程中发生的许多染色体重排。随着技术的进步,更多的技术涌现出现在试管婴儿胚胎植入前的遗传学诊断中,如新一代的高通量检测、全基因组微阵列芯片、KARYOMAPPING等,使三代试管婴儿技术更好地阻断遗传病。

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