人类的每个细胞中通常有 46 条染色体,分为 23 对。第 4 号染色体有两个拷贝,父母各遗传一个,组成一对。第 4 号染色体跨越约 1.91 亿个 DNA 构建模块(碱基对),占细胞中 DNA 总量的 6% 以上。
确定每条染色体上的基因是基因研究的一个活跃领域。由于研究人员使用不同的方法来预测每条染色体上的基因数量,因此对基因数量的估计也不尽相同。4 号染色体可能包含 1000 到 1100 个基因,这些基因提供了制造蛋白质的指令。这些蛋白质在人体内发挥着各种不同的作用。
14 号染色体示意图 遗传学家使用称为 “特异图 ”的图表作为染色体的标准表示法。该图显示了染色体的相对大小及其条带模式,即染色体经化学溶液染色后在显微镜下观察时出现的深色和浅色条带的特征模式。这些条带用于描述每条染色体上基因的位置。
24 号染色体异常出现的相关疾病 1. 癌症
在几种人类癌症中发现了第 4 号染色体的变化。这些基因变化是体细胞变化,这意味着它们是在人的一生中获得的,而且只存在于某些细胞中。例如,4 号染色体与其他几条染色体之间的遗传物质重排(易位)与白血病(一种造血细胞癌)有关。
涉及 4 号染色体和 14 号染色体的特定易位通常见于多发性骨髓瘤,这是一种始于骨髓细胞的癌症。这种名为 t(4;14)(p16;q32)的易位异常地将 4 号染色体上的 WHSC1 基因与 14 号染色体上的另一个基因的一部分融合在一起。这些基因的融合使 WHSC1 基因过度激活,从而促进不受控制的癌细胞的生长和分裂。
面岬-肱肌营养不良症是由 4 号染色体长(q)臂的基因变化引起的。这种疾病的特征是肌肉无力和萎缩(萎缩),并随着时间的推移而缓慢恶化。D4Z4 区域由 11 至 100 多个重复片段组成,每个片段长约 3,300 个 DNA 碱基对(3.3kb)。整个 D4Z4 区域通常都是高甲基化的,这意味着它有大量的甲基(由一个碳原子和三个氢原子组成)附着在 DNA 上。如果该区域甲基化程度过低,附着的甲基基团过少,就会导致面岬肱肌营养不良症。在 1 型面岬-肱肌营养不良症(FSHD1)中,发生低甲基化的原因是 D4Z4 区域异常缩短(收缩),包含 1 到 10 个重复序列,而不是通常的 11 到 100 个重复序列。在 2 型面岬肱肌营养不良症(FSHD2)中,低甲基化最常见的原因是 SMCHD1 基因突变,这种突变通常会使 D4Z4 区域高度甲基化。
最靠近 4 号染色体末端的 D4Z4 区域含有 DUX4 基因。在大多数成体细胞和组织中,D4Z4 区域的高甲基化通常会使 DUX4 基因处于关闭(沉默)状态。在面岬肱肌营养不良症患者中,D4Z4 区域的低甲基化会阻止 DUX4 基因在通常关闭的细胞和组织中沉默。虽然对 DUX4 基因开启(活跃)时的功能知之甚少,但研究人员认为它会影响其他基因的活性,尤其是在肌肉细胞中。目前尚不清楚 DUX4 基因的异常活动是否会损害或破坏这些细胞,从而导致渐进性肌肉无力和萎缩。
据描述,DUX4 基因与 DNA 的一个调控区域(称为 PLAM 序列)相邻,而 PLAM 序列是产生 DUX4 蛋白质所必需的。具有功能性 pLAM 序列的 4 号染色体拷贝被称为 4qA 或 “许可证”。没有功能性 pLAM 序列的拷贝被称为 4qB 或 “非许可”。没有功能性 pLAM 序列,就不会产生 DUX4 蛋白。由于每个细胞中有四个 4 号染色体拷贝,因此一个人可能有四个 4 号染色体的 “许可 ”拷贝,两个 “非许可 ”拷贝,或每个拷贝都有一个。 面岬肱肌 面岬肱肌营养不良症只能发生在至少有一个 4 号染色体 “许可 ”拷贝的人身上。已知 SMCHD1 基因突变也与 PDGFRA 有关,这种疾病只有在存在允许产生 DUX4 蛋白质的功能性 pLAM 序列时才会发生。
3. PDGFRA 相关慢性嗜酸性粒细胞白血病
PDGFRA相关性慢性嗜酸性粒细胞白血病是由PDGFRA基因遗传异常引起的,该基因位于第4号染色体上。这种疾病是一种血细胞癌症,其特征是嗜酸性粒细胞数量增加,而嗜酸性粒细胞是一种参与过敏反应的白细胞。
PDGFRA 基因异常是一种体细胞突变,是在人的一生中获得的,只存在于某些细胞突变中。这些异常中最常见的是第 4 号染色体上的遗传物质缺失,这种缺失会删除约 800 个 DNA 构建模块(核苷酸),并将 FIP1L1 和 PDGFRA 这两个基因的部分结合在一起,形成 FIP1L1-PDGFRA 融合基因。有时,除基因缺失外,FIP1L1 以外的其他基因也会与 PDGFRA 基因融合。极少数情况下,PDGFRA 基因中的单个 DNA 构建块发生突变(点突变)也会导致这种情况。
PDGFRA相关慢性嗜酸性粒细胞白血病
由 FIP1L1-PDGFRA 融合基因(以及其他 PDGFRA 融合基因)产生的蛋白质具有 PDGFRA 蛋白的功能,可刺激细胞内的信号通路,控制许多重要的细胞过程,如细胞生长和分裂(增殖)以及细胞存活。然而,与正常的 PDGFRA 蛋白不同的是,融合蛋白是持续开启的(构成性激活),这意味着细胞始终会接收到增殖信号。同样,PDGFRA 基因的点突变也会导致构成性激活的 PDGFRA 蛋白。当该基因发生 FIP1L1-PDGFRA 融合基因或血细胞前体中的 PDGFRA 发生点突变时,嗜酸性粒细胞(有时也包括其他血细胞)的生长就会受到不良控制,从而导致 PDGFRA 相关性慢性嗜酸性粒细胞白血病。目前还不清楚为什么嗜酸性粒细胞会优先受到这种基因变化的影响。
综合征

该综合征是由第 4 号染色体短臂(p)末端(即 4p16.3)附近的遗传物质缺失引起的。这种疾病的体征和症状与染色体这一部分的多个基因缺失有关。缺失的大小因患者个体而异;研究表明,与较小的缺失相比,较大的缺失往往会导致更严重的智力残疾和身体异常。
综合征患者中,最常被删除的 4 号染色体区域被称为沃尔夫-赫希霍尔
综合征关键区 2(WHSCR-2)。该区域包含多个基因,其中一些已知在早期发育中发挥重要作用。这些基因的缺失会导致发育迟缓、独特的面部外观和该疾病的其他特征。科学家们正在努力确定第 4 号染色体短臂末端的其他基因对沃尔夫-赫希霍尔
4 号染色体短臂(p)上的一些遗传物质缺失并不涉及 WHSCR-2 这一关键区域。这些缺失导致的体征和症状与沃尔夫-赫希霍尔综合征(包括轻度智力低下)不同。
沃尔夫-赫希霍尔综合征(Wolf-Hirschhor Syndrome)的症状包括轻度智力迟钝,在某些情况下还会出现快速(加速)生长。这种基因缺失的患者通常不会有癫痫发作。
当细胞中的 4 号染色体有三个拷贝而不是通常的两个拷贝时,就会出现 4 三体综合征。完全 4 三体综合征是指人体的所有细胞都含有额外的 4 号染色体拷贝,与生命不相容。与此类似但病情稍轻的情况是镶嵌三体综合征,即只有部分体细胞含有额外的 4 号染色体拷贝。镶嵌型 4 三体综合征的体征和症状差异很大,可能包括心脏缺陷、手指和脚趾畸形以及其他先天缺陷。马赛克 4 三体综合征非常罕见,仅有少数病例报道过。
4 号染色体数量或结构的其他变化会产生各种影响,包括生长发育迟缓、智力障碍、独特的面部特征、心脏缺陷和其他医学问题。涉及 4 号染色体的变化包括每个细胞中的染色体片段多出(部分 4 号三体综合征)、每个细胞中的染色体片段缺失(部分 4 号单体综合征)以及环状结构,即环状 4 号染色体。当染色体在两处断裂,染色体臂的末端融合在一起形成环状结构时,就会出现环状染色体。
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