学習成果
- 異常な核型を生み出す一般的なエラーを識別する
- 染色体数の著しい変化から生じる症候群を識別する
すべての染色体疾患の中で、染色体数の異常は核型から最も明らかに識別できます。
染色体異常の中でも、染色体数の異常は、核図表から最も明らかに特定できるものです。 染色体数の異常には、染色体全体の複製や喪失、染色体の完全なセットの数の変化などがあります。 染色体数の異常は、減数分裂の際に相同染色体または姉妹染色体のペアが分離しないことで生じる不分離が原因となっています。 シナプスのずれや不完全なシナプス、あるいは染色体の移動を促進する紡錘体の機能障害が不分離の原因となります。
不分離は減数分裂の第1回目と第2回目のどちらかで起こりますが、その結果は異なります（図1）。 減数第一分裂期に相同染色体が分離しなかった場合、その染色体を持たない2つの配偶子と、その染色体のコピーを2つ持つ2つの配偶子ができます。 第二減数分裂期に姉妹染色体が分離しなかった場合は、その染色体を持たない1つの配偶子と、その染色体のコピーを1つ持つ正常な2つの配偶子、そしてその染色体のコピーを2つ持つ1つの配偶子となります。
練習問題
図1. 不分離は、減数分裂の際に相同染色体や姉妹染色体が分離できず、染色体数が異常になる場合に起こります。
本接合は減数第1期または減数第2期に起こります。
- 本接合ではn+1またはn-1の染色体を持つ配偶子ができます。
- 第二減数分裂期に発生した非分離の結果、50%が正常な配偶子になる。
- 第一減数分裂期に発生した非分離の結果、50%が正常な配偶子になる。
- 非接合では常に4種類の配偶子ができる
異数性
図2.
図2.トリソミー21を持つ胎児の発生率は、母親の年齢が上がるにつれて劇的に増加する
種に適した数の染色体を持つ個体を2倍体と呼び、ヒトの場合は常染色体22対と性染色体1対が2倍体に相当します。 染色体の数に異常のある個体は異数性と呼ばれ、単染色体（1本の染色体の欠損）や三染色体（外部の染色体の増加）を含む用語である。 ヒトの場合、常染色体が1本もない単数体の接合体は、必須遺伝子を欠いているため、必ず出生まで成長しない。 このことは、ヒトにおける「遺伝子の投与量」の重要性を物語っている。 常染色体3本体の場合も、ほとんどが出生に至らないが、小さい染色体（13、15、18、21、22）の一部が重複している場合には、数週間から数年にわたって生存する子孫が生まれることがある。 3本の染色体を持つ人は、遺伝子の過剰投与という異なるタイプの遺伝的不均衡に悩まされます。 余分な染色体を持つ人は、その染色体にコードされている遺伝子産物を過剰に合成することがあります。 このように特定の遺伝子が過剰に（150％）存在すると、多くの機能上の問題が発生し、多くの場合、発育が妨げられます。 最も多いトリソミーは、ダウン症に相当する21番染色体のトリソミーです。 この遺伝性疾患は、低身長、指の発育不全、広い頭蓋骨と大きな舌などの顔の特徴、著しい発達の遅れなどを特徴とする。
倍体化
図3. 多くの倍数体植物と同様に、この3倍体のオレンジ色のデイリリー（Hemerocallis fulva）は、特に大きくて丈夫で、2倍体のものと比べて花弁の数が3倍の花を咲かせます。 (credit: Steve Karg)
染色体の数が正規の数(2倍体の場合は2)よりも多い個体を多倍体と呼びます。 例えば、異常な2倍体の卵子と正常なハプロイドの精子を受精させると、3倍体の接合体が得られます。 多倍体の動物は非常に珍しく、ヒラメ、甲殻類、両生類、魚類、トカゲなどにわずかに例があるだけである。 減数分裂が正常に行われず、ほとんどが異数性の娘細胞となり、生存可能な接合体が得られないため、倍数体の動物は不妊症となる。 まれに、未受精卵が分裂して子孫を残すハプロ二倍性による無性生殖が可能な動物がいる。
ヒトの性染色体不分離症
ヒトは常染色体のトリソミーやモノソミーによって劇的な悪影響を受けます。 したがって、X染色体の数が異なるにもかかわらず、ヒトの女性と男性が正常に機能することは、直感的には理解できないかもしれません。 性染色体の数の違いは、常染色体の増減ではなく、比較的軽度な影響を与えます。 これは、Xの不活性化と呼ばれる分子プロセスが一因となっている。 哺乳類の雌の胚は、発生初期には数千個の細胞で構成されていますが（新生児では数兆個）、それぞれの細胞にある1本のX染色体は、バー体と呼ばれる静止した（休眠した）構造にしっかりと凝縮されて不活性化されます。 各細胞のX染色体（母方または父方）が不活性化される確率はランダムだが、一度不活性化されると、その細胞から派生したすべての細胞が同じ不活性化されたX染色体またはBarr体を持つようになる。
図4. 猫の場合、毛色の遺伝子はX染色体上にあります。 メス猫の胎児期には、2本のX染色体のうち1本が各細胞でランダムに不活性化されるため、2種類の毛色の対立遺伝子を持っている場合は三毛模様になります。 X染色体を1つしか持たないオス猫は、三毛の毛色を示すことはない。 (credit: Michael Bodega)
いわゆる「三毛猫」では、胎児期のXの不活性化が色の変化として観察されます（図4）。
異常な数のX染色体を持つ個体は、それぞれの細胞で1本のX染色体を除いてすべてのX染色体が不活性化されます。 しかし、不活性化されたX染色体であっても、いくつかの遺伝子は発現し続けており、女性の卵巣を適切に成熟させるためには、X染色体が再活性化される必要があります。 そのため、X染色体の異常は、一般的に軽度の精神的・肉体的欠陥や不妊症を伴います。
性染色体数の異常にはいくつかの特徴がありますが、X染色体が完全に欠如している場合は、子宮内で発育しません。
性染色体の数にはいくつかのエラーがあり、3本のX染色体を持つトリプロXと呼ばれる個体は、表現上は女性ですが、発育の遅れや生殖能力の低下が見られます。 クラインフェルター症候群の一種であるXXYの遺伝子型は、表現上は男性で、精巣が小さく、乳房が大きく、体毛が少ないという特徴があります。 さらに複雑なタイプのクラインフェルター症候群では、X染色体が5本もあるものもあります。 いずれのタイプでも、過剰な遺伝子量を補うために、1本を除くすべてのX染色体が不活性化されます。 これは、各細胞核に複数のバール体が存在することからもわかります。
重複と欠失
染色体全体の欠損や増加に加えて、染色体の一部分が重複したり欠失したりすることがある。 重複や欠失があると、生存していても身体的・精神的に異常のある子孫が生まれることが多い。 複製された染色体セグメントは、既存の染色体と融合することもあれば、核の中で自由になることもある。 Cri-du-chat（フランス語で「猫の鳴き声」の意）は、5p（5番染色体の小腕）の大部分が欠失することにより、神経系の異常と識別可能な身体的特徴を伴う症候群である（図5）。
図5. このクリ・ドゥ・シャット症候群の個体は、2歳、4歳、9歳、12歳の時の画像です。 (credit: Paola Cerruti Mainardi)
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