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《科学》重新考虑染色体异常

2007.8.23

来自麻省理工,霍德华休斯医学院癌症研究中心,以及普林斯顿大学Lewis-Sigler综合基因组学研究院的研究人员发现染色体数目比正常的拷贝数多的细胞无论染色体受到了什么影响,其细胞增殖都会减缓步伐。这一研究成果也许能帮助研究人员更好的理解和靶定肿瘤细胞,这些细胞的特征就是快速增殖,以及染色体数目改变——非整倍体(aneuploidy)。这一研究成果公布在《Science》杂志上。

原文检索:
Science 17 August 2007:
Vol. 317. no. 5840, pp. 916 - 924 DOI: 10.1126/science.1142210
Effects of Aneuploidy on Cellular Physiology and Cell Division in Haploid Yeast
[Abstract]

非整倍体是整倍体染色体中缺少或额外增加一条或若干条染色体,一般是在减数分裂时一对同源染色体不分离或提前分离而形成n-1或72+1的配子。这类配子彼此结合或同正常配子(n)结合,产生各种非整倍体细胞。

正常的2”个体又可称为双体(disome),即在减数分裂时,所有染色体都能两两配对,包括二倍体和偶数异源多倍体。双体中缺一对同源染色体,称为缺体(nullisomic),即2n-2;双体中缺了一条染色体,使某一对同源染色体只剩一条,称为单体(monosomie)即2n-1;如果双体中缺了二条非同源染色体,成为2n-1-1,称为双单体;如双体中多了一条染色体,使某一对同源染色体变成三条,就称三体(trisomic),即2n+1;双体中某一对同源染色体变成四条同源染色体,称为四体(tetrasomic)即2n+2;双体中增加了二条非同源染色体的称为双三体(ditrisomic),即2n+1+1。非整倍体在遗传学研究和育种实验上均有很大的作用。例如单体使一条染色体失去了同源染色体而处于半合子(semizygote),此时一些等位基因就可以直接显现出来,出现了假显性效应。异源六倍体普通小麦的染色体数目2n=42。减数分裂的产物中只有n=21和n-1=20的大孢子能发育成有生活力的卵细胞。这种n—1的细胞中缺失的1条染色体可以是21条染色体中的任何一条。这样用单倍体母体与正常小麦杂交,在杂交后代中就可能出现各种不同的单体,这些单体各有特定的性状,其染色体数目虽不是整倍数,但仍能繁殖,因此是育种的一种方法。

染色体数目特别是非整倍数的改变与人类一些疾病密切相关。最常见的如先天愚型或称唐氏综合征(Down’ssyndrome)发病率为500到1 000个新生儿中有 一名患者,这是由于多了一条21号染色体所致,所以这种病又称21三体综合征(trisomy 21);这种病的患者智能低下,平均寿命短。又如性染色体数目发生改变后,会造成性别发育异常。男性核型多一条X染色体(47,XXY)的个体是先天性睾丸发育不全症或称以该病发现者的姓氏命名的Klinefelter综合征。患者男性第二性征发育差,无精子生成,睾丸发育不全,白血病发病率明显提高,乳腺癌的发病率几乎与女性相同。Turner综合征(Turner syndrome)又称先天性卵巢发育不全综合征,这是缺失一条性染色体只剩下一条X染色体,核型为45,X。这种病的患者为女性外表,但女性生殖器官和第二性征均发育不良,智力发育较差。

非整倍性及遗传不稳定性与癌症发生有密切关系,几乎所有肿瘤细胞都有染色体异常,且被认为是癌细胞的特征。越来越多的研究证实这种异常的遗传不稳定性和癌症之间有着直接的因果关系。

在这篇文章中,Angleika Amon等人发现非整倍体酵母细胞会有许多生理上的缺陷,这说明这是细胞对额外染色体作出的生理反应,而不是这些染色体本身——导致癌症细胞不经检测的增殖。研究人员长久以来都推测额外的染色体,以及其包含的致癌基因数目,也许就是癌症细胞未经检测增殖的原因。

Amon表示,“非整倍体本身实际上对于细胞而言就是个坏消息,它会以一种基本的方式扰乱细胞的动态平衡”,Amon等人通过将一个酵母染色体同时转入正常细胞核中获得了几个非整倍体酵母工程细胞,这些细胞的16条染色体有13个额外的拷贝,表现为增殖速度慢,葡萄糖使用的更多,并且对于蛋白合成和折叠过程中的扰乱也更敏感,比如高温及蛋白合成抑制剂。

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