細胞遺伝学 I

🧠 細胞遺伝学Cytogenetics細胞遺伝学（Cytogenetics）Cytogenetics（細胞遺伝学）の実技は「間期interphase間期（interphase）interphase（間期）で見るか、分裂中期metaphase分裂中期（metaphase）metaphase（分裂中期）で見るか」という2つの窓で読む。 間期interphase間期（interphase）interphase（間期）ではX不活性化の痕跡（バー小体Barr bodyバー小体（Barr body）Barr body（バー小体））だけが観察できるが、中期染色体metaphase chromosome中期染色体（metaphase chromosome）metaphase chromosome（中期染色体）を調製すれば核型全体をバンディングbandingバンディング（banding）banding（バンディング）で解析でき、さらにFISH（蛍光in situハイブリダイゼーションhybridizationハイブリダイゼーション（hybridization）hybridization（ハイブリダイゼーション））を組み合わせれば、光学顕微鏡light microscopy, LM光学顕微鏡（light microscopy, LM）light microscopy, LM（光学顕微鏡）の分解能を超えた特定の遺伝子・領域まで可視化できる。

X不活性化と間期染色体

X不活性化＝女性の2本のX染色体のうち1本がランダムに不活性化される現象——機能的モザイシズムfunctional mosaicism機能的モザイシズム（functional mosaicism）functional mosaicism（機能的モザイシズム）を生む（03-2-epigeneticsも参照）。

⭐ 不活性化X染色体は間期interphase間期（interphase）interphase（間期）核でも「バー小体Barr bodyバー小体（Barr body）Barr body（バー小体）」として観察できる。 血液塗抹blood smear血液塗抹（blood smear）blood smear（血液塗抹）標本（MGG染色）の好中球顆粒球neutrophil granulocyte好中球顆粒球（neutrophil granulocyte）neutrophil granulocyte（好中球顆粒球）では、核の付属突起としてドラムスティックdrumstickドラムスティック（drumstick）drumstick（ドラムスティック）状のバー小体Barr bodyバー小体（Barr body）Barr body（バー小体）が観察される。ニューロンでは核小体近傍nucleolar satellite核小体近傍（nucleolar satellite）nucleolar satellite（核小体近傍）に位置する。染色体そのものを分裂させなくても、間期interphase間期（interphase）interphase（間期）のまま性染色体gonosome性染色体（gonosome）gonosome（性染色体）構成を推定できる簡便な手法。

染色体標本の作製

核型＝染色体構成を記述したもの（例：XXY）。核型図karyogram核型図（karyogram）karyogram（核型図）＝染色体構成を写真として提示したもの——両者は「記述」と「可視化」という違いをもつ。

中期染色体の構造

染色体を見分ける3つの手がかり：①サイズ（最も簡便）、②バンディングbandingバンディング（banding）banding（バンディング）パターン（ギムザバンドの大きさ・位置が各染色体で固有）、③動原体centromere / kinetochore動原体（centromere / kinetochore）centromere / kinetochore（動原体）の位置（染色体分離の際に働くくびれ）。

短腕p arm短腕（p arm）p arm（短腕）をp（petite）、長腕q arm長腕（q arm）q arm（長腕）をq（pの次のアルファandexanet alfaアルファ（andexanet alfa）andexanet alfa（アルファ）ベット）と呼ぶ。

核型分析の手順

①染色体を数える（常染色体22対＋性染色体gonosome性染色体（gonosome）gonosome（性染色体）1対）、②常染色体をA〜G群に分類、③染色体の相対的な長さで並べる（1〜22番常染色体）、④構造（腕比・動原体centromere / kinetochore動原体（centromere / kinetochore）centromere / kinetochore（動原体）位置）で確認、⑤NOR（核小体形成部位、nucleolar organizing region：第二狭窄）の数を記録。性染色体gonosome性染色体（gonosome）gonosome（性染色体）は通常、核型図karyogram核型図（karyogram）karyogram（核型図）の末尾に配置される。

💡 モーダル染色体数modal chromosome numberモーダル染色体数（modal chromosome number）modal chromosome number（モーダル染色体数）は「その細胞株cell line細胞株（cell line）cell line（細胞株）に特徴的な数」であって「種に特徴的な数」とは限らない。 細胞株cell line細胞株（cell line）cell line（細胞株）（例：CHO細胞＝チャイニーズneedsニーズ（needs）needs（ニーズ）ハムスター卵巣細胞）は継代passage継代（passage）passage（継代）培養の過程で本来の種の染色体数からずれることがある——培養細胞cultured cell培養細胞（cultured cell）cultured cell（培養細胞）の染色体数を鵜呑みにせず、モーダル数として扱う視点が必要。

バンディング技法

個々の染色体・染色体異常の同定のために、明帯light zone / light band明帯（light zone / light band）light zone / light band（明帯）・暗帯anisotropic暗帯（anisotropic）anisotropic（暗帯）の交互alternating交互（alternating）alternating（交互）パターン（染色体対ごとに固有）を可視化する。分解能は約5〜10Mb。

💡 G分染の暗帯anisotropic暗帯（anisotropic）anisotropic（暗帯）はA-T rich領域——足場付着領域scaffold attachment region, SAR足場付着領域（scaffold attachment region, SAR）scaffold attachment region, SAR（足場付着領域）とギムザ染色Giemsa stainギムザ染色（Giemsa stain）Giemsa stain（ギムザ染色）の相性がよいから。 G分染は染色体変性後のギムザ染色Giemsa stainギムザ染色（Giemsa stain）Giemsa stain（ギムザ染色）で、A-T rich領域は足場付着領域scaffold attachment region, SAR足場付着領域（scaffold attachment region, SAR）scaffold attachment region, SAR（足場付着領域）に関与するためギムザに強く染まり暗帯anisotropic暗帯（anisotropic）anisotropic（暗帯）として現れる。G分染パターンはQ分染パターンとほぼ完全に対応する（Q明＝G暗、Q暗＝G明）という関係も押さえておく。

バンディング命名法

染色体は腕arm腕（arm）arm（腕）→領域→バンド→サブバンドsubbandサブバンド（subband）subband（サブバンド）という階層で命名nomenclature命名（nomenclature）nomenclature（命名）される（例：Xp22.1＝X染色体短腕p arm短腕（p arm）p arm（短腕）・領域2・バンド2・サブバンドsubbandサブバンド（subband）subband（サブバンド）1）。

⚠️ 染色体標本は自動プログラムで評価・核型化されるが、最終判定は専門家expert専門家（expert）expert（専門家）によるチェックが必須。 自動化されたコンピュータープログラムによる核型判定は効率的だが、微細な異常の見落としを避けるため、専門家expert専門家（expert）expert（専門家）による確認が不可欠——自動化と人間の判断の分業が精度を保証する。

FISH：蛍光in situハイブリダイゼーション

flowchart TD
  A["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='fluorescent label'>蛍光標識</span>DNAプローブ（特定の遺伝子・染色体領域・染色体全体に対応）"]
  A --> B["標的DNAの変性"]
  B --> C["プローブとの<span class='jp-term jp-term-diagram' title='hybridization'>ハイブリダイゼーション</span>"]
  C --> D["蛍光シグナルの検出<br><span class='jp-term jp-term-diagram' title='interphase'>間期</span>核・<span class='jp-term jp-term-diagram' title='metaphase chromosome'>中期染色体</span>スプレッドの両方に適用可能"]

分解能は数百塩基対base pairing塩基対（base pairing）base pairing（塩基対）——数的異常numerical aberration数的異常（numerical aberration）numerical aberration（数的異常）・構造的異常structural aberration構造的異常（structural aberration）structural aberration（構造的異常）の両方を検出できる。欠点：あらかじめ選んだ既知の領域しか検出できない（網羅的探索には不向き）。

トリソミー検出の実例： 13・18・21番染色体とX・Y染色体のセントロメアcentromereセントロメア（centromere）centromere（セントロメア）サテライトsatellite (satellite DNA)サテライト（satellite (satellite DNA)）satellite (satellite DNA)（サテライト）DNA（satellite DNA）に特異的なプローブで、最も頻度の高い常染色体・性染色体gonosome性染色体（gonosome）gonosome（性染色体）トリソミーを検出できる。

マルチカラーFISH

24種類の染色体特異的プローブを5種の蛍光色素fluorescent dye蛍光色素（fluorescent dye）fluorescent dye（蛍光色素）（または組み合わせ標識、combinatorial labeling）で標識し、1回のハイブリダイゼーションhybridizationハイブリダイゼーション（hybridization）hybridization（ハイブリダイゼーション）実験で24本すべてのヒト染色体を同時に色分け表示する——染色体テリトリーchromosome territory染色体テリトリー（chromosome territory）chromosome territory（染色体テリトリー）の中期・間期interphase間期（interphase）interphase（間期）での位置解析にも応用される。

着床前遺伝子診断への応用

着床前遺伝子診断preimplantation genetic diagnostics, PGD着床前遺伝子診断（preimplantation genetic diagnostics, PGD）preimplantation genetic diagnostics, PGD（着床前遺伝子診断）では、割球blastomere割球（blastomere）blastomere（割球）に染色体特異的プローブ（例：21番＝赤、13番＝緑、18番＝青、Y＝白、X＝黄）を用いたFISHを適用し、着床前の胚が正常な染色体構成をもつかを判定する。

NORプローブとc-myc検出の実例

NOR（nucleolar organizer region）＝反復配列rDNA反復配列（rDNA）rDNA（反復配列）を含む領域。二重蛍光プローブの例：プローブ1（Texas Red標識、c-myc遺伝子、8q24.12-q24.13に位置）＋プローブ2（FITC標識、8番染色体セントロメアcentromereセントロメア（centromere）centromere（セントロメア））——遺伝子の染色体上の位置を正確に同定する実務的なFISH応用例。

まとめ

• 間期interphase間期（interphase）interphase（間期）ではバー小体Barr bodyバー小体（Barr body）Barr body（バー小体）（不活性化X染色体の可視化）だけが見えるが、中期染色体metaphase chromosome中期染色体（metaphase chromosome）metaphase chromosome（中期染色体）を調製すればバンディングbandingバンディング（banding）banding（バンディング）解析で染色体全体を評価できる。染色体標本作製は直接法（既に分裂中の細胞）と間接法（in vitro刺激が必要な細胞）の2通り。
• 核型（記述）と核型図karyogram核型図（karyogram）karyogram（核型図）（写真）は区別される用語。染色体はサイズ・バンディングbandingバンディング（banding）banding（バンディング）パターン・動原体centromere / kinetochore動原体（centromere / kinetochore）centromere / kinetochore（動原体）位置（中部/次中部/端部動原体型acrocentric端部動原体型（acrocentric）acrocentric（端部動原体型））で識別され、p腕（短腕p arm短腕（p arm）p arm（短腕））・q腕（長腕q arm長腕（q arm）q arm（長腕））という命名nomenclature命名（nomenclature）nomenclature（命名）がある。
• バンディング技法Banding techniquesバンディング技法（Banding techniques）Banding techniques（バンディング技法）（G分染が標準、Q/R/C分染・NOR銀染色silver staining銀染色（silver staining）silver staining（銀染色））は腕→領域→バンド→サブバンドsubbandサブバンド（subband）subband（サブバンド）という命名nomenclature命名（nomenclature）nomenclature（命名）階層をもち、標準分解能（約400バンド）と高分解能high resolution, HR高分解能（high resolution, HR）high resolution, HR（高分解能）（約850バンド）がある。
• FISHは既知の特定領域を高分解能high resolution, HR高分解能（high resolution, HR）high resolution, HR（高分解能）（数百bp）で検出でき、M-FISHは24本の染色体を同時に色分けする——PGDのような臨床応用clinical applications臨床応用（clinical applications）clinical applications（臨床応用）にも用いられる。