ヒトの染色体の基礎知識
1959年.ルジューンは先天性異常の原因が21トリソミーであることを発見し.続いてターナー症候群.クラインフェルター症候群を発見し.臨床細胞遺伝学という新しい下位学問分野が形成された。
-1970年代以降.多染色体バンディング法の開発により.染色体解析の精度が向上した。
1980年代半ばには.蛍光in
situハイブリダイゼーション.マイクロダイセクション.染色体染色などの新しい技術により.核内の染色体やDNA断片の変化を問診の段階で直接検出できるようになり.細胞レベルの研究と分子レベルの探求が結びつき.新しい分野として形成されることになった
–分子細胞遺伝学（Molecular
cytogenetics
ヒト染色体
ヒトの染色体の特徴と種類
各中間染色体は.DNA分子によってらせん状に構成された2本の染色体からなり.2本の染色体は互いに姉妹染色分体と呼ばれます。
2本の染色体は.一次狭窄と呼ばれる.脱分化して軽く染色され.内部が収縮した染色体によって互いに連結されています。
有糸分裂領域の特殊な構造として.紡錘体付着部位があり.細胞分裂時の染色体移動に関連している。
分裂膜は染色体を水平に2本の腕に分ける。長い方の腕は長腕（q）.短い方の腕は短腕（p）と呼ばれる。
それぞれの腕はテロメアと呼ばれる特殊な部位で終わり.染色体の安定性に必要な高度に反復したDNA配列となる。
各染色体が安定に存在するためには.ミトリオールと2本のテロメアが必要です。
テロメアが欠損すると.染色体の末端が安定性を失い.染色体が異常に連結されて異常染色体となる。ミトリオールが欠損すると.細胞分裂時に染色体が紡錘糸に連結されず.染色体が失われる。
また.一部の染色体腕では.パラコンストラクションと呼ばれる内側にくびれた部分が薄く染色されることがあります。
ヒトの場合.近位染色体の短腕にはフォロワーと呼ばれる遠位側にフィラメント状の構造があり.フォロワーと短腕の間にはフォロワー茎と呼ばれるフィラメント状の構造があり.実はここもパラコントラクション領域で.リボソームRNA（rRNA）遺伝子が存在する。
その発現産物は.核小体の形成とその構造・形態の維持に関係し.核小体オーガナイザー（NOR）とも呼ばれる。
一般にフォロワーには2種類あり.フォロワーの直径が染色体アームの直径の1/2以下のものをスモールフォロワー.1/2より大きいものをラージフォロワーと呼んでいる。
集団の中では.副契約の長さ.フォロワーの大きさ.数に多型が存在し.メンデル式に遺伝する。
ヒトの染色体は縦軸に沿って8等分されており.栄養膜の位置によって.(i)栄養膜下染色体：栄養膜が染色体の中心またはその近くにあり（1/2〜5/8）.染色体の長腕と短腕が似ている.(ii)栄養膜下染色体：栄養膜がやや片方に寄っていて（5/8〜7/8）染色体が明確に異なる二つの腕に分けている.
(iii)Proximial
Trophoblast
Chromobes
(iii)
近位分裂期染色体.分裂期顆粒が一端近く（7/8から端）にある（図6-1.6-2）。
1956年にTjioとLevenがヒトの体細胞の正常な染色体数が46本であることを確認して以来.また1959年に先天性愚鈍症（ダウン症候群）が正常より21本余分にあることが初めて発見されて以来.ヒト染色体の研究は次第に世界中で臨床に応用され.発見・報告される染色体異常は増え続けています。
異常染色体の症例記載を容易にし.国際的なコミュニケーションを図るため.1960年に第1回国際細胞遺伝学会議が米国デンバーで開催され.ヒト染色体の識別と分析の基礎となる細胞内染色体組成の記載法「デンバー・システム」が議論され.定義されました。
デンバー・システムは.ヒトの染色体を同定し.分析するための基礎となるものである。
デンバー・システムによれば.ヒトの体細胞の46本の染色体は23対に分けられ.そのうち1対から22対は男女に共通で常染色体と呼ばれ.順に1番から22番となり.もう1対は性に関係し.性染色体と呼ばれています。
性染色体は.女性ではXX染色体.男性ではX染色体とY染色体の2本です。
検査する細胞の全染色体をデンバー式に対にして並べ.核型を同定・決定する作業を核型分析と呼びます。
非優性染色体の核型の同定
デンバーシステムによれば.体細胞中の23対の染色体は.その大きさと形態的特徴によって.7つのグループ（A〜G）に分けられます。
染色体のグループ分けと各グループの形態的特徴は表(6-1)の通りです。
国際的なシステムによれば.正常核型の記述には.染色体の総数と性染色体の構成が含まれ.次のように記述されます。
46,
XY
46,
XX
染色体の可視化と染色体の命名
蛍光色素キナクリン（QM）で標本を処理した後.蛍光顕微鏡で観察すると.各染色体は長軸方向に幅と濃淡の異なるバンドを示し.ヒトの24本の染色体はそれぞれ特徴あるバンドパターンを示すため.それぞれの染色体を正確に識別して特徴づけることができ.微細な染色体構造異常も発見することができることが判明したのです。このことから.染色体Qバンディング法が生まれ.表示されるバンディングパターンをQバンディングと呼ぶようになりました。
染色体がバンディングを示す理由は.染色体を構成するDNA分子の塩基組成やらせんの絡み具合が部位によって異なるためと考えられています。
Q-バンド法の確立以来.G-バンド.R-バンド.C-バンド.T-バンドなど.さまざまなバンドが登場しました。
Qバンドは特徴的で安定したバンドであるが.蛍光の持続時間が短く.検体の長期保存ができないため.すぐに観察する必要がある。
操作が簡単で.バンドパターンが明瞭.検体の長期保存が可能で.再現性も良い。
方法は.染色体をトリプシン.NaOH.クエン酸.尿素などの試薬で処理した後.ギムザ色素で染色し.暗色と明色のバンドを交互に示す.G-バンドと呼ばれるものである。
このうち.最も一般的に用いられているのはトリプシン処理法である。
各染色体番号の示すバンドパターンは.基本的にはQ-バンドのバンドパターンに類似しています。
Gバンドの濃い方がQバンドの薄い方に対応し.薄い方が濃い方に対応します。
G-バンドと全く逆の色合いなので.アンチバンドとも呼ばれます。
GバンドやQバンドの両腕の末端はバンドが薄く.末端欠失や再配列などの構造異常の検出が困難ですが.Rバンドの末端はバンドが濃く.この部分の異常がわかりやすいので.Rバンドは主に染色体末端欠失や構造再配列を調べるために用いられます。
一方.Y染色体の長腕はヘテロクロマチン領域で終わっており.こちらも顕著な深部染色を示す。
そこで.C-banding法により.分裂期領域.Y染色体.傍収縮領域の構造変化を検討した。
染色体試料をAgNO3で処理すると.ヒト細胞の分裂期染色体の近位5対（13.14.15.2l.22番）の副収縮部（NOR：nucleolar
organiser
region）が深く染色され.N-バンディングと呼ばれます。
厳密に言えば.AgNO3
は転写活性のある
NOR
のみを黒く染めることができ.このような銀染色された陽性
NOR
を
Ag-NOR
と呼びますが.不活性
NOR
は染まりません。
従って.N-バンディング法は.rRNA
の活性とその動態の研究.また染色体非分離の原因の一つである近接した分裂期染色体のフォロワー結合の有無の観察に用いることができる。
そこで.1971年にパリで開催された第4回国際ヒト細胞遺伝学会議の勧告と1972年のエジンバラ会議での決定に基づいて.染色体領域とバンドを区別するための標準体系を提案し.国際ヒト細胞遺伝学命名規約（ISCN,
1971）と名づけたものである。
染色体の両腕の端.ミトン.異なるバンディング条件下で一定のバンドなどが含まれる。
染色体は一連のバンドから構成されていると考えるべきで.非バンド領域は存在しません。
各バンドは.隣接するバンドと.色の明るさ（濃さ）.暗さ（明るさ）の違いによって区別することができます。
短腕.長腕ともにバンドは分裂促進因子から始まり.分裂促進因子の方向に近いものから遠いものへと番号が振られている。
糸状体に近い2つのゾーンには.長腕の場合は「l」.短腕の場合は「l」.近位から遠位の場合は「2」「3」と番号付けされている。
各ゾーンのバンドの番号付けも同じ原理で.すなわちそのゾーンのフィラメントに最も近いバンドをそのゾーンのバンド1.次いでバンド2.バンド3と番号付けしている。
2つの場合.境界マーカーとなるバンドは.このマーカーから遠いゾーンのバンド1としてカウントされることに注意する必要がある；糸状体によって2つに分けられるバンドは.そのゾーンのバンド1としてカウントされる。
これらは.間隔や句読点を入れずに.順番に書きます。
例えば.図6-4の矢印は.1番短腕.第3ゾーン.バンド1を示し.lp31と表記します。
(表6-2)に基づいて統一的に運用されています。
一般的なGバンディングは.細胞分裂中期に染色体のヘリシティが最も高くなるため.染色体が最も短く収縮し.バンディングが融合しやすく.表示するバンド数が少なくなることから.染色体解析に用いられる。
一般に中期のハプロクロモソームは320本のバンドを示すのみである。
1975年以降.Yunisらは高解像度バンディング法を開発した。メトトレキサートで細胞を同期化し.コルヒチンで短時間処理することにより.前段階と後段階の染色体を多数得る方法である。
続いてコルヒチンで短時間処理し.前中期段階の染色体を多数得.バンディングにより.初期および中期段階のハプロクロモゾームで550-850バンド.後期段階の850-1250バンドを明らかにします。
これらのバンドはいずれも伸長した染色体の比較的低いヘリシティーによるもので.320本のバンドの融合が明らかになり.染色体研究の水準が大きく向上した。
これまで.染色体上に異常が認められないために「単発性疾患」と考えられていたものや.それらが示す症候群は.実は染色体の小さな変化によるものである。
例えば.ADの遺伝病と考えられていたWAGR症候群はllpl4.1-p13フラグメントの欠失に起因し.同じくADの遺伝病と考えられていたプラダー・ウィリー症候群は.実は15q11.2の欠失とリアレンジメントに起因するものである。
例えば.先天性異常はWeune（1959）によって2l染色体の余剰が原因であるとされたが.高分解能バンディング法を用いて.先天性異常の主症状は21q22.3の極小断片の重複にのみ関連していることが明らかにされた。
このように高分解能バンディング技術を応用して染色体の微細構造と構造変化の遺伝的影響を研究することは.マイクロサイトジェネティクスとも呼ばれる。
現在では.Gz期や前期の染色体上に3,000から10,000本のバンドを示すことが可能で.これは細胞内に存在する構造遺伝子の数（約3万本）に近いため.細胞遺伝学と分子遺伝学の距離を縮めることができます。
サブバンドの命名法と表現について.ISCN（1981）は.ISCN（1978）で命名されたどのバンドからのサブバンドも.元のゾーンと境界マーカーのバンド番号を保持し.各バンドは.元のバンド番号の後に点を加えて各サブバンドの番号を書き.番号付けの原則はやはり分裂期から腕端までの順であるとして.細分化されていると述べている。
例えば.元のlp3lバンドは3つのサブバンドに分けられ.lp31.1,
1p31.2,
1p31.3
と書く。
サブバンドが細分化されている場合は.元のサブバンド番号の後に番号を付けてもよいが.それ以上の句読点は不要である。
例えば.サブバンド1p31.3が細分化された場合.1p31.3l,
lp31.32,
lp31.33と表記される。
現在では.分子生物学的手法を用いることで.数十から2,000kbのDNA分子を効率的に検出・解析することが可能になっています。
したがって.分子生物学的手法と微小細胞遺伝学を組み合わせることは.遺伝性疾患の原因解析や疾患原因遺伝子の同定に大きな価値を持つ。分子細胞遺伝学とは.微小細胞遺伝学をベースに.染色体の構造や異常の遺伝的影響を分子生物学的手法で分子レベルで研究することであり.また
この技術は.ヒトの細胞遺伝学が発展していく方向である。
situハイブリダイゼーション（fluorescence
in
situ
hybridization.：FISH）
1960年代に確立されたin
situハイブリダイゼーション技術を基盤として開発された技術である。
FISHは.一般的なin
situ
hybridization（ISH）技術と比較して.迅速.安全.経済的.高感度.特異的であるという利点がある。
FISHは.高速で安全.経済的.高感度.特異的であるという利点がある。
プローブは抗体やタンパク質と組み合わせた非放射性蛍光染色で検出され.特別な安全対策は必要なく.検体は不活性化せずに長期保存でき.分解能は100～200kbと放射性プローブと同じかそれ以上となる。
そのため.FISH技術は.遺伝子の局在.染色体異常.遺伝子増幅.ヒト細胞に組み込まれたウイルスなどの外来遺伝子の検出に広く利用されている。
例えば.高分解能バンディング技術により.先天性異常の原因が2lq22.3の極小断片の重複であることが明らかになっている。マイクロダイセクション技術により切り出し.そこに含まれるDNA断片をクローニングし.蛍光ラベルしたDNAをプローブとして.先天性異常のリスクの高い妊婦の絨毛膜や羊水中の間期細胞で蛍光in
situハイブリダイゼーションを行い.先天性異常の迅速出生前診断を行うことが可能である。
先天性異常のリスクの高い妊婦の絨毛膜絨毛または羊水中の間質細胞に対して.DNAをプローブとして蛍光in
situハイブリダイゼーションを行う。
このマルチカラーFISH法は.近年急速に発展し.遺伝子局在診断や遺伝病診断の重要なツールとなっている。
situハイブリダイゼーション（DNA繊維-FISH）
この技術は.新たに確立された視覚的高解像度ゲノムマッピング技術であり.この技術の主なポイントは.最初にアルカリ溶液またはホルムアルデヒド溶液でテストする細胞を処理するように間期核クロマチン緩いクロマチン（フィラメント）核骨格から.スライド上のDNA繊維を準備し.異なる色にするために
DNA
fiber-FISHは.染色体異常を検出するFISH解析と同じ手順であるが.前者の方が分解能が高く（1～500kb）.プローブ長も1～300kbの範囲であることがメリットである。
300kbの範囲である。
したがって.DNA
fiber-FISH技術は.ヒトゲノムマッピング.染色体構造解析.染色体疾患.腫瘍.ある種の単発性疾患の解析に広く用いられている。
染色体コーティングはFISHと染色体in
situ抑制ハイブリダイゼーション（CISS）技術を組み合わせたもので.一本鎖DNAとCot-1を用いてゲノムの繰り返し配列を閉じることで非特異的なハイブリダイゼーションのシグナルを減らし.それによって特異的ハイブリダイゼーションを促進し.染色体特異的DNAライブラリをプローブプールとして用いて染色体全体または染色体特異的領域を異なった蛍光でコーティングする。
situでハイブリダイゼーションし.蛍光物質を持つストレプトアビジン抗ビオチン蛋白質との抗原抗体反応により検出・増幅されることである。
そして.検査対象となる染色体全体あるいは染色体セグメントが蛍光ハイブリダイゼーションシグナルを示すことで.そこから診断を下すことができる。
例えば.2本の染色体を含む微小な転座を分析するために.ジゴキシゲニン-1l-duTpと共通のビオチンを用いて2本の染色体を別々に標識し.2種類のDNAプローブを作り.これをハイブリダイゼーションさせて.抗原抗体反応により検出・増幅し.同じ核型内の2本の染色体を異なる色（例えば.一方は赤.他方は緑）にすることにより.お互いの転座が形成する
派生した2本の染色体は.それぞれ赤と緑に着色され.明確に識別することができます。
このことから.この新しい技術は.ヒト染色体の複雑な転座の解析.腫瘍の細胞遺伝学.遺伝子の局在解析などに幅広く応用され.重要な価値を持つことが期待される。
Kallioniemi
(1992)
と
Manoir
(1993)
は.FISH法をベースに.腫瘍ゲノムDNA（検査対象DNA）と正常コントロールDNAを異なる非同位体マーカーで標識し.両者を1：1で混合してプローブとするCGH技術を確立した。
次に.このプローブを1：1の割合で混合し.正常な末梢血染色体とin
situでハイブリダイゼーションして阻害を行い.異なる蛍光色素でプローブを検査する。
腫瘍DNAは通常緑色で.正常なゲノムDNAは赤色で標識される。
ある染色体領域にハイブリダイズした腫瘍DNAと正常対照DNAの相対量は.2つの試料中のこの配列の含有量に依存する。これは.異なる染色体領域における2色の差を目視観察して.2種類のDNA源の相対コピー数を決定するか.コンピュータ化カラー画像解析システムに接続した蛍光顕微鏡を用いて赤と緑の蛍光比を定量化することによって.決定することが可能である。
また.コンピュータ化されたカラー画像解析システムに接続された蛍光顕微鏡を使用して.赤と緑の蛍光比を定量化するために使用することもできます。
この新しい技術により.すべての染色体または染色体サブバンドのレベルで.異なるゲノム間のDNA配列コピーの検出と局在化が可能になり.細胞遺伝学的手法では判断が難しい腫瘍染色体の特定の構成要素（二重ミクロソーム.マーカー染色体など）の起源を特定することができるほか.染色体トリソミー.モノソミーまたは染色体の大きなセグメントのコピー数変化に関する情報を迅速に検出でき.診断の促進が可能になる。
また.トリソミー.ハプロタイプ.あるいは大きな断片のコピー数の変化に関する情報を提供するため.先天性愚鈍症や自然流産などの疾患の迅速な診断が容易となる。