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） ではバー小体 Barr body バー小体（Barr body） Barr body（バー小体） に加え、FISHFISH（fluorescence in situ hybridization）で標的とした遺伝子・染色体領域や数的異常 numerical aberration 数的異常（numerical aberration） numerical aberration（数的異常） を観察できる。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、FISHを組み合わせれば特定の微小領域まで可視化できる。¹

X不活性化と間期染色体

X不活性化X-inactivationX不活性化（X-inactivation）X-inactivation（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。さらに間期 interphase 間期（interphase） interphase（間期） 核へFISHを行えば、標的染色体や遺伝子領域を直接評価できる。

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 alfa (alpha) アルファ（alfa (alpha)） alfa (alpha)（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＝チャイニーズハムスター卵巣細胞 Chinese hamster ovary cellチャイニーズハムスター卵巣細胞（Chinese hamster ovary cell） Chinese hamster ovary cell（チャイ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） は一般にA-T rich領域。 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） で明暗の固有パターンを作る。ただし染色機序を足場付着領域 scaffold attachment region, SAR 足場付着領域（scaffold attachment region, SAR） scaffold attachment region, SAR（足場付着領域） との相性だけで説明するのは単純化が強い。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 chromosomal short arm染色体短腕（chromosomal short arm） chromosomal short arm（染色体短腕）・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><span class='jp-term jp-term-diagram' title='deoxyribonucleic acid'>DNA</span>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<span class='jp-term jp-term-diagram' title='deoxyribonucleic acid'>DNA</span>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"]

FISHは単一遺伝子や微小欠失 microdeletion微小欠失（microdeletion） microdeletion（微小欠失）・重複の水準まで標的を可視化できるが、実際の分解能はプローブと標的領域に依存し、一般的な検査を一律に数百塩基対 base pairing 塩基対（base pairing） base pairing（塩基対） とすることはできない。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一方、あらかじめ選んだ既知の領域しか検出できないため、網羅的探索には不向きである。¹

トリソミー検出の実例： 13・21番染色体のユニークDNADNA（deoxyribonucleic acid）プローブと、18・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） 特異的プローブを組み合わせ、主要な常染色体・性染色体異数性sex chromosomal aneuploidy 性染色体異数性（sex chromosomal aneuploidy）sex chromosomal aneuploidy（性染色体異数性） を迅速に検出できる。²

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） 実験で常染色体22種類とX・Yの計24種類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、歴史的に割球 blastomere 割球（blastomere） blastomere（割球） へ染色体特異的プローブを用いるFISHが適用された。しかしFISHは選択した染色体だけを評価するため、構造再構成と他染色体の異常を同時に調べる包括的検査にはCGHやアレイCGHなどが用いられる。³

NORプローブとc-myc検出の実例

NOR（nucleolar organizer region）＝反復配列 repetitive sequence 反復配列（repetitive sequence） repetitive sequence（反復配列） （rDNA）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） に加えてFISHで標的領域を評価でき、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 direct method 直接法（direct method） direct method（直接法） （既に分裂中の細胞）と間接法 indirect method 間接法（indirect method） indirect method（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標的依存的な高分解能 high resolution, HR 高分解能（high resolution, HR） high resolution, HR（高分解能） で検出でき、M-FISHは24種類の染色体を同時に色分けする。着床前検査でFISHは歴史的に用いられたが、包括的評価にはCGH・アレイCGHなどが用いられる。