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UPD形成的常見機(jī)制 (含示意圖)

 思糾 2024-11-20
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全文約1600字。
復(fù)習(xí)一下:減數(shù)分裂可能是真核生物最為獨(dú)創(chuàng)的“發(fā)明”
減數(shù)分裂不分離產(chǎn)生非整倍體
單親二體(UPD) 經(jīng)常發(fā)生嗎?
單親二體相關(guān)印記疾病的產(chǎn)前診斷與遺傳咨詢專家共識(shí) (2024年)
臨床遺傳學(xué)中的單親二體——臨床醫(yī)師和患者指南(2014年英文版)

單親異二體(heterodisomy, UPhD):兩條染色體來自同一親本的兩條同源染色體。

單親同二體(isodisomy, UPiD):兩條染色體來自同一親本的同一染色體。UPiD會(huì)使雜合的隱性基因變異成為純合。

復(fù)合型單親二體(mix-UPD, mixture of heterodisomy and isodisomy)部分表現(xiàn)為單親同二體,部分表現(xiàn)為單親異二體。

片段性單親二體(segmental UPD, seg-UPD):染色體的一部分表現(xiàn)為UPD。


單體自救

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單體自救(monosomy rescue)減數(shù)分裂出現(xiàn)錯(cuò)誤的精子(卵子)和卵子(精子),即缺體配子(nullisomy gamete)與正常配子結(jié)合形成染色體單體受精卵,在胚胎早期的有絲分裂過程中,染色體只復(fù)制不分離,產(chǎn)生的染色體數(shù)目正常,但兩條染色體均來源于一個(gè)親本的胚胎。
單體自救比三體自救更罕見。
類型:UPiD
起源:減數(shù)分裂(meiosis)
嵌合情況:雖然單體細(xì)胞系具有胚胎致死性,嵌合體不太可能出現(xiàn),但有些低比例單體細(xì)胞嵌合也可能存活(X、21、7、22),必要時(shí)候也可考慮單體和UPiD嵌合情況。
對(duì)人類自然流產(chǎn)物的分析表明,早期發(fā)育胚胎中的大多數(shù)非整倍體(三體或單體)是由母體卵母細(xì)胞減數(shù)分裂期間發(fā)生的錯(cuò)誤引起,而父源減數(shù)分裂錯(cuò)誤的貢獻(xiàn)不到10%。這種偏倚可能是由于卵子發(fā)生過程中減數(shù)分裂的復(fù)雜性,以及減數(shù)分裂過程中極長(zhǎng)時(shí)間的停滯,從而造成分裂錯(cuò)誤容易發(fā)生。然而,在發(fā)育到卵裂期的胚胎中,觀察到母親和父親對(duì)單體的貢獻(xiàn)是相等的。在PGT胚胎的早期發(fā)育中,單體相對(duì)常見(PMID: 35313946)

三體自救

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三體自救(trisomy rescue)減數(shù)分裂出現(xiàn)錯(cuò)誤,形成二體的精子(卵子)和正常的卵子(精子),即體配子(disomy gamete)與正常配子結(jié)合形成染色體三體受精卵,在胚胎早期有絲分裂過程中失去一條染色體,留下的兩條染色體均來自一個(gè)親本。
小的額外標(biāo)記染色體(small supernumerary marker chromosomes, sSMC)的形成機(jī)制之一可能是三體自救過程中形成UPD。

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以卵母細(xì)胞減數(shù)分裂的22號(hào)染色體未分離為例

發(fā)生三體自救,存在三體和UPD嵌合的示意圖

不考慮同源染色體交叉互換

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類型:UPhD
起源:減數(shù)分裂Ⅰ(meiosis)
嵌合情況:可能存在三體和UPD嵌合

類型:UPiD
起源:減數(shù)分裂Ⅱ(meiosis)
嵌合情況:可能存在三體和UPD嵌合

考慮同源染色體交叉互換

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發(fā)生同源染色體交叉互換前提下,減數(shù)分裂Ⅰ不分離

發(fā)生三體自救的示意圖


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發(fā)生同源染色體交叉互換前提下,減數(shù)分裂Ⅱ不分離

發(fā)生三體自救的示意圖


類型:UPhD或mix-UPD
起源:減數(shù)分裂(meiosis)
嵌合情況:可能存在三體和UPD嵌合

配子互補(bǔ)

配子互補(bǔ)(gamete complementation):缺體配子與二體配子受精,即缺體配子(nullisomy gamete)與體配子(disomy gamete)形成二倍體受精卵。

不考慮同源染色體交叉互換

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不考慮同源染色體交叉互換,配子互補(bǔ)機(jī)制示意圖

類型:UPhD
起源:減數(shù)分裂Ⅰ(meiosis)
嵌合情況:嵌合

類型:UPiD
起源:減數(shù)分裂Ⅱ(meiosis)
嵌合情況:嵌合

考慮同源染色體交叉互換

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考慮同源染色體交叉互換,配子互補(bǔ)機(jī)制示意圖

類型:UPhD或mix-UPD
起源:減數(shù)分裂(meiosis)
嵌合情況:嵌合

合子后有絲分裂錯(cuò)誤

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有絲分裂重組,產(chǎn)生seg-UPD

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有絲分裂不分離,產(chǎn)生UPiD


合子后有絲分裂錯(cuò)誤(post-fertilization mitotic error):正常配子結(jié)合形成受精卵后,由于早期胚胎發(fā)生染色單體之間的有絲分裂體細(xì)胞系重組(somatic recombination),導(dǎo)致染色體末端會(huì)存在嵌合片段性UPD。

有絲分裂錯(cuò)誤,通常產(chǎn)生嵌合型UPD,即同一個(gè)體中同時(shí)存在染色體三體細(xì)胞、單體細(xì)胞、二倍體細(xì)胞,染色體二倍體細(xì)胞既可為正常細(xì)胞,也可為UPD。

UPD嵌合類型和比例,則與胚胎細(xì)胞有絲分裂錯(cuò)誤發(fā)生的時(shí)間和“自救”時(shí)機(jī)有關(guān)。

當(dāng)染色體發(fā)生重排或形成小的額外標(biāo)記染色體(small supernumerary marker chromosomes, sSMC)時(shí),也可造成染色體部分片段發(fā)生UPD。

類型:seg-UPD或UPiD
起源:有絲分裂(mitosis)
嵌合情況:存在嵌合


參考文獻(xiàn)

Yamazawa K, Ogata T, Ferguson-Smith AC. Uniparental disomy and human disease: an overview. Am J Med Genet C Semin Med Genet. 2010;154C(3):329-334. doi:10.1002/ajmg.c.30270

Kim, K.B., & Ha, J. (2023). Clinical Utility and Reporting of Absence of Heterozygosity in Chromosomal Microarray Analysis. Laboratory Medicine Online.

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