染色体异常与肿瘤20121114ppt课件

第一节 染色体不稳定综合征与肿瘤的发生 第二节 遗传性肿瘤综合征与相关癌的发生 第三节 染色体异常与肿瘤 第四节 癌基因 第五节 肿瘤抑制基因 第六节 肿瘤发生的遗传学说,染色体异常与肿瘤,第一节 染色体不稳定综合症,有些隐性遗传病患者除了易患肿瘤外，同时还有全身染色体容易断裂或者对紫外线特别敏感的特点。这说明肿瘤与染色体不稳定性之间存在某种联系，这一类疾病称为染色体不稳定性综合症。,1. Bloom综合症临床特征： Bloom 综合症由Bloom首先报道，是一种常染色体阴性遗传病。患者常见的临床特征包括：身材矮小，免疫功能缺陷、日光敏感性面部红斑和轻度颜面部畸形。多在30多岁发生各种肿瘤和白血病。,一、 Bloom 综合症,Bloom综合症临床特征,2. Bloom综合症的细胞遗传学改变 （1） 布卢姆综合征是一种典型的“染色体断裂综合征”,患者外周血培养的细胞有各种类型的染色体畸变和单体畸变，包括对称的四射体等。 （2）姐妹染色单体交换率比正常人高10倍。 （3）不但在编码序列之间，而且在非编码序列之间也同样存在Bloom综合症体细胞的断裂性突变。,3. Bloom综合症基因定位 1992年McDanel等利用为微细胞介导的染色体转移（microcell-mediated chromosome transfer,MMCT）技术将Bloom综合症编码基因（BLM基因）定位在15q26.1,4. Bloom综合症基因结构、转录和翻译 转录：4.5Kb的mRNA；4251个核苷酸构成它的有效阅读框。编码的蛋白质为159KD，1417个氨基酸残基。,5. BLM基因编码的产物 BLM基因编码的产物为RecQ的DNA解旋酶家族中的一员。 RecQ的DNA解旋酶含有DexH结构，具有DNA依赖性三磷酸腺苷酶和DNA解旋酶的活性。,6. BLM基因及其蛋白质产物的功能 Bloom综合症对紫外线和丝裂酶素C等DNA损伤性试剂具有高度敏感性。并且各种参与DNA复制过程的酶活性异常。,7. BLM基因突变,8. Bloom综合症的分子遗传学诊断 利用体外培养细胞获得患者BLM基因的cDNA，再用相关引物扩增BLM基因的全长cDNA，SSCP(单链构象多态性)技术筛查所获得的PCR扩增片段，对出现SSCP改变的片段加以序列分析即可鉴定出BLM基因的各种突变cDNA。 9. Bloom综合症细胞遗传学诊断 姊妹染色体单体互换（SCE),Fanconia ( Fanconia anemia ；FA)贫血是一种儿童期骨髓疾病。表现为全血细胞减少，故又称为先天性全血细胞减少症 ( congential pancytopenia )。 患者贫血、易疲乏、易出血和感染等症状，并伴有先天畸形，尤其是大拇指或桡骨发育不良（或缺如），皮肤色素沉着等。,二、 Fanconia 贫血,FA儿童,患者染色体自发断裂明显增高，单体断裂、裂隙等染色体畸变很多，双着丝粒、核内复制也很常见。 约有10%患者转变为白血病，死于白血病的比例比正常人高出40倍。,FA细胞对丝裂霉素C、双环痒丁烷、顺氯安铂反应敏感。 检测培养的细胞对丝裂霉素C的敏感性是诊断FA的一个有效方法，而且FA细胞可以被用来确定FA的遗传异质性。,毛细血管扩张性共济失调 ( ataxia telangiectasia ，AT ) 为一种多见于儿童期的常染色体隐性遗传病。1 岁左右即可以发病，表现为小脑性共济失调；6 岁后眼和面、颈部出现瘤样小血管扩张。,三、 毛细血管扩张性共济失调,AT患者,由于常有免疫缺陷，患者常死于感染性疾病。AT 患者也有较多的染色体断裂。染色体畸变是随机的，但是常有 14 / 14 的易位或其他涉及 14 号染色体的改变。此外，B、D、G 组的染色体重排也很常见。 患者对 X-射线特别敏感，其 DNA 修复能力明显下降，易患各种肿瘤。主要是淋巴瘤、白血病等。,1995年AT基因被成功的克隆，同时被确定为单基因病。野生型的基因具有以下功能：,（1）抑制细胞调亡 （2）与DNA损伤修复有关 （3）控制免疫细胞对抗原的反应 （4）介导细胞对胰岛素的反应 （5）阻止基因重排 （6）可能与性成熟有关,着色性干皮病 ( xeroderma pigmentosum，XP )该病为一种常染色体隐性遗传病。主要临床表现是皮肤对紫外线非常敏感。在受到阳光照射的部位，可以发生色素沉着、红斑、水疱、结疤等病变，最后可以发展为基底细胞癌或者鳞状上皮癌，也可以发生恶性色素瘤等。患者在儿童期发生恶性肿瘤，并死于癌转移。,四、 着色性干皮病,正常情况下，紫外线辐射促使相邻嘧啶形成稳定的结构。 该病的病因主要是核酸切除修复系统缺陷 目前已经发现有7个互补系统。XG-AXG-G,第二节 遗传性肿瘤综合征与相关癌的发生,癌家族 ( cancer family ) 指一个家系中恶性肿瘤的发病率高（约为 20 %），发病年龄较早，通常按照常染色体显性方式遗传，以及某些肿瘤（如腺癌）的发病率很高等。 家族性癌 ( familial carcinoma ) 指一个家族内多个成员患同一类型的肿瘤。,一、 肿瘤的家族聚集现象,许多常见的肿瘤，如乳腺癌、肠癌、胃癌等通常都是散发的，但是有一部分有明显的家族史，而且患者的一级亲属中的发病率通常高于一般人群的 3 -4 倍。这类癌的遗传方式虽然不是很清楚，但是这表明肿瘤有家族聚集现象，或者家族的成员对这些肿瘤的易感性增高。 另外，对 77 对患白血病的孪生子的调查中发现，同卵双生的发病率一致性非常高；另外一个调查表明，20 对同卵孪生子均患同一部位的肿瘤。这些都说明遗传因素在肿瘤发生中的作用。,某些肿瘤的发病率有着明显的种族差异。 鼻咽癌： 中国人：马来西亚人：印度人 = 13.3 ：3 ：0.4 美籍华人高出白人 34 倍 其他一些肿瘤也有类似的情况。 黑人： Ewing 骨瘤、睾丸癌、皮肤癌发病率低。 日本：患乳腺癌频率低，患松果体瘤高 肿瘤发生率的种族差异主要是遗传因素所致。,二、 肿瘤发病率的种族差异,一些肿瘤是按照孟德尔遗传方式遗传的，也就是由单个基因所决定的。他们通常是常染色体显性遗传，并且有不同程度的恶性倾向，所以也称为癌前病变。,三 、 遗传性肿瘤,家族性结肠息肉 ( familial polyposis coil，FPC ) 又称为家族性腺瘤样息肉症，人群中的发病率为 1：10000。在青少年时结肠和直肠已经有多发性息肉，其中一些早晚将恶变，90% 未经治疗的患者将死于结肠癌。FPC 的基因定位于 5q21。,1 . 家族性结肠息肉,家族性结肠息肉,I 型神经纤维瘤 ( neurofibromatosis ，NF1 )该肿瘤的患者沿着躯干的外周神经有多发性纤维瘤，皮肤上则可以见到多个浅棕色的“牛奶咖啡斑”，腋窝有广泛的雀斑，在少数患者肿瘤还有恶变倾向。 现在已经知道与 NF1 发生密切相关的是一个肿瘤抑制基因，称为 NF1 基因，定位于17q11.2，并且已经分离克隆。,2 . I 型神经纤维瘤,I 型神经纤维瘤,此外，基底细胞痣综合症( basal cell nevus syndrome ) 、恶性黑素瘤 ( malignant melanoma ) 等也属于遗传性肿瘤。 还有一些肿瘤既有遗传的，也有散发的。前者在临床上按照常染色体显性方式遗传，多为双侧发生、多发性、发病早于散发病例。这些肿瘤大多来源于神经和胚胎组织，虽然罕见，但是在肿瘤的病因研究中具有非常重要的地位。这些肿瘤包括：视网膜母细胞瘤、神经母细胞瘤、Wilms 瘤。,视网膜母细胞瘤( retinoblastoma ，RB ) 该肿瘤为眼球视网膜的恶性肿瘤，多见于幼儿，大部分患者（70 %）于 2 岁前就诊，发病率为 1：15000 28000。肿瘤的恶性程度非常高，可以随着血液循环转移，也可以直接浸入颅内。,视网膜母细胞瘤 临 床 症 状,根据其遗传基础，RB 可以分为： 遗传型 ：占 40 %，多为双侧，发病早，恶性程度高。 散发型 ：占 60 %，多为单侧，发病较迟。 该肿瘤的基因定于13q14。目前已经明确该基因是一个抗癌基因，其抗性作用是隐性的 ( r b )，基因突变称为显性后 ( RB )，抗肿瘤作用消失。,遗 传 基 础,Kundson 研究了 RB 的流行病学后提出了著名的“二次突变论”。遗传型的RB是因为患者从上一代得到了一个突变基因，在本人的视网膜细胞经过第二次突变后，就成为纯合体，从而发病。 RB RB 正常人 RB rb 含有一个突变基因的杂合体 rb rb 患者,发 病 机 理,Wilms 瘤即肾母细胞瘤 ( nephr oblastoma )，是一种婴幼期肾的恶性胚胎性肿瘤，约占肾肿瘤的 6 %，活婴中的发病率为 1：10000，3 / 4 的肿瘤均在 4 岁以前发病。患者可以伴有无虹膜症、半侧肥大、假两性畸形、智力低下等症状。,Wilms 瘤,Wilms 瘤,Wilms 肿瘤也可以分为： 遗传型 （38%）多为双侧肿瘤，发病年龄较早。 非遗传型 （62%）多为单侧肿瘤，发病年龄较迟。 Wilms 瘤的基因 WT 定位于11p1315 其发病机理类似于视网膜母细胞瘤。 WT 也是一个抗肿瘤基因。,许多事实都说明肿瘤发生中存在遗传因素，因此可以认为肿瘤是染色体异常、基因突变引起的疾病，其中一些遗传性肿瘤按照孟德尔遗传方式遗传。但是在更多的情况下，遗传的只是肿瘤的易感性，即易感基因。在个体易感的状态下，如果再发生体细胞突变，突变细胞基因容易转化为肿瘤。,四、肿瘤的遗传易感性,个体的肿瘤易感性是由特定的基因和染色体决定的。虽然对这些基因是如何发挥作用的还没有完全弄清楚，但是一些资料表明他们可以通过生化、免疫、或者细胞分裂机制促进肿瘤的发生。,吸烟者容易患肺癌，但是并不是所有吸烟者都患肺癌。据调查： 非肺癌一级亲属，不吸烟，肺癌发生率为： 1 ； 肺癌患者的一级亲属不吸烟 ，肺癌发生率为：1； 大量吸烟 ： 10。 这说明遗传因素与肺癌发生的关系非常密切。,1 . 酶活性异常 肺 癌,多环苯蒽化合物 致癌的环氧化物 （烟草）,肺 癌,芳烃羟化酶 AHH,（ + ）,AHH 的活性决定于单基因，定位于 2 p22， 为显性遗传。 AA 低活性 Aa 中等活性 aa 高活性,异喹呱 羟化异喹呱 （烟草）,异喹呱羟化酶 D H,肺 癌,DH 的代谢能力前决定于单个基因 A， DH 代谢能力弱决定于单个基因 a 各类肺癌患者中 AA 占 78.8 % 大量吸烟未患肺癌的人中： AA 占 27.0 %（活性低） A a 占 63.1 % a a 占 0.9 % （活性高） 因此，基因型AA 的个体容易导致肺癌,与染料接触的工人容易导致膀胱癌，这是因为染料中含有联苯胺的缘故。,联苯胺 致癌剂 致癌离子 一种芳香族胺 为前致癌剂,膀胱癌,N-羟化酶 羟化作用,酸性的尿 液中形成,非致癌剂,动物实验已经证明，动物暴露于芳香族胺的环境后，缺乏芳香胺乙酰化能力的动物可以发生膀胱癌，而有乙酰化能力的这不发生膀胱癌。,膀胱癌,N-乙酰化酶,XP 一般不存在染色体异常，但是 DNA 修复有缺陷。紫外线照射皮肤后可以形成嘧啶二聚体，必须进行修复， 这种DNA 的修复包括： 光修复： 光修复酶 ( photolyase ) 暗修复切除修复：特殊的核酸内切酶 重组修复：重组蛋白 REC A 由于患者缺乏特殊的核酸内切酶，导致突变率增高，在此基础上形成肿瘤。,着色性干皮病,机体的正常免疫监视 ( immune surveillance ) 系统不仅能够抵御外来抗原的侵入，同时也能识别成为“异己”的突变细胞，并加以排斥。免疫缺陷能使突变的细胞得以逃脱这种监视而发展成为肿瘤。 许多免疫缺陷患者都有易患肿瘤的倾向，例如无丙种球蛋白血症患者易患白血病和淋巴系统肿瘤等。,2 . 遗传性免疫缺陷,先天愚型的患者急性白血病的发病率比正常人高出 5 1 8 倍。这两种疾病可能有共同的发病机制，即细胞分裂机制的紊乱。 此外，Klinefelter 综合症患者易患男性乳腺癌； 一些两性畸形的患者中（主要是表现型为女性而有XY核型者），由于发育不全的性腺（睾丸的残留组织），也容易发生精原母细胞瘤和性母细胞瘤。,3 . 染色体病,第三节 肿瘤的染色体异常,几乎所有的肿瘤都有染色体异常而且被认为是肿瘤细胞的特征。 一个肿瘤的瘤细胞染色体有许多共同的异常，这可以用他们起源于一个共同的突变细胞，即肿瘤的单克隆学说来解释。但是癌细胞群体又受内、外环境的影响而处于不断变化的过程中，核型也可以不断演化。,干系( stem line ) ：指一个肿瘤中最常见核型的细胞群体，肿瘤的生长主要是干系增殖的结果。 在肿瘤细胞中一些染色体畸变是致死的，而另外一些畸变经过选择而获得生长优势，逐渐形成占据主导地位的细胞群体。这样干系就形成了。 旁系 ( side line ) ：指 肿瘤细胞群体中除干系以外的非主导的细胞系。 由于条件的改变，旁系可以发展为干系。有的肿瘤没有明显的干系，有的则可以有两个，或者两个以上的干系， 众数 ( modal number ) ：指干系的染色体数目。,正常人的体细胞数目是 2n。 肿瘤细胞的染色体数目多数为非整倍体： 超二倍体 ( hyper-diploid ) 亚二倍体 ( hypo-diploid ) 高异倍性 ( hyper-aneuploid ) 瘤细胞的染色体的增多、减少并不是随机的。许多肿瘤比较常见的是 8、9、12、21 号染色体的增多，7、22、Y 染色体的减少。,1 . 肿瘤的染色体数目异常,肿瘤中染色体结构异常包括易位、缺失、重复、环状染色体、双着丝粒染色体、倒位等各种类型。 标记染色体( marker chromosome )：一般指肿瘤中经常出现的异常染色体。 非特异性标记染色体：只见于少数肿瘤细胞，对整个肿瘤不具有代表性。 特异性标记染色体：经常出现在某一类肿瘤中，对该肿瘤具有代表性。特异标记染色体的存在支持肿瘤起源于一个突变细胞的设想。,2 . 肿瘤中染色体结构异常,原发性染色体异常 ( primary chromosomal aberration ) 致癌因子作用于遗传物质的直接结果，与引起肿瘤发生的因素有关，一般是非随机的，甚至是特异性的。 继发性染色体异常 ( secondary chromosomal aberration) 是癌变过程中细胞分裂紊乱的产物，多为随机的、多样的。但是由于存在克隆演化，有些异常的细胞具有增殖优势，从而使一些继发的染色体异常多次出现，也可以表现为非随机的。因此继发的染色体异常的意义在于扩大畸变的效应，使细胞变成高度恶性的细胞。,Ph 染色体，又称为费城染色体 ( Philadelphia chromosome ) Nowell 和 Hungerford 于 1960 年发现慢性粒细胞白血病 ( CML ) 细胞中有一个小于G 组的染色体，由于首先在美国费城 ( Philadelphia )，故命名为 Ph 染色体。 最初认为是 22 号染色体的长臂缺失所致，后来显带证明是：t (9；22)(q34；q11)。 9q34：原癌基因 abl， 22q11：bcr 基因 ( break point cluster region ) 新的重组基因具有酪氨酸激酶的活性，这是慢性粒细胞白血病的发病原因。,（1）Ph 染色体,Ph 染色体的重要临床意义： 大约有 5 % 的慢性粒细胞白血病病例都是Ph 阳性，因此它可以作为诊断的依据，也可以用作区别临床上的相似血液病，例如 Ph 为阴性的其他血液病（骨髓纤维化）。 有时Ph 先于临床症状出现，故又可以用于早期诊断。 此外，已知 Ph 阴性的慢性粒细胞白血病患者对治疗反应差，预后不佳。,在 90 % 的 Burkitt 淋巴瘤病例中可以见到一个长臂增长的 14 号染色体 ( 14q+ )。 这是一条 8 号染色体长臂末端的一段 ( 8q24 )易位到了14 号染色体末端 ( 14q32 )，形成了 8q- 和 14q+ 两个新的染色体。,2 . 14q + 染色体,除了上述两个高度特异性的标记染色体外，其他的还有： 脑膜瘤 22q-、或者整个 22 号丢失。 少数视网膜母细胞瘤患者有 13q- 。 另外一些标记染色体和染色体结构异常不是某一肿瘤所特有的，例如巨大亚中着丝粒染色体、巨大近端着丝粒染色体、双微体、染色体粉粹等。,第四节 癌基因,在致瘤病毒、人体和动物肿瘤中发现的可以导致细胞恶性转化的核酸片断。称为癌基因。根据其来源可以分为两类。 病毒癌基因、原癌基因（或者细胞癌基因） 无论病毒癌基因还是细胞癌基因被激活后均有诱导肿瘤发生的作用，所以有时候我们又将肿瘤细胞中的癌基因称为肿瘤癌基因。,一、癌基因的概念,病毒癌基因 ( virus-oncogene；v-onco ) 指病毒核酸能够使细胞恶性转化的片断。 原癌基因 ( proto-oncogene，pro-onco ) 在人类、哺乳动物如大鼠、小鼠，乃至酵母、果蝇中发现的与肿瘤病毒癌基因的同源顺序。这种基因是正常的细胞基因，其表达产物的功能在于维持细胞的正常生长发育。但是，这种基因一旦被某些因素激活就会转变成有转化能力的癌基因。,最近有的人倾向对细胞癌基因与原癌基因给以不同的定义： 原癌基因是在生理情况下与调控细胞繁殖、分化密切相关的细胞基因，当原癌基因在各种环境因素作用下活化而表现出转化活性时，就变成细胞癌基因。,病毒癌基因与细胞癌基因非常相似，主要不同之处在于： 细胞癌基因：含有内含子或者插入顺序。 病毒癌基因：不含有内含子。 二者在外显子序列中仅有非常微小的差别，他们的外显子在进化过程非常保守，这表明他们编码的蛋白质产物在进化上的重要性。,二、癌基因与细胞癌基因的差别,根据癌基因编码蛋白质功能、性质进行分类。 1 . 蛋白激酶类 酪氨酸蛋白激酶： src、fgr、yes。 丝氨酸 / 苏氨酸蛋白激酶： raf、mos、 2 . 生长因子类 sis PDGF-2 ； int-2 EGf 的相似物； erb-B EGf 受体 3 . GTP结合蛋白类 产物具有GTP酶的活性 ras ( H-ras；K-ras ) 4 . 核蛋白类 产物与DNA 结合，与复制启动有关 myc ；fos；jun；erb-A,三、 病毒癌基因的分类,原癌基因的分类与病毒癌基因一样，根据其蛋白质产物的功能、性质可以分为以下几类： 蛋白质激酶类： c-raf；c-mos； 信息传递蛋白类：c-ras 家族 生长因子类： c-sis 核蛋白类： c-myc；c-fos,四、 原癌基因 原癌基因的分类,基因位点在同种内的各个个体之间是恒定的。例如：ras：1p21 c-myc：9q34 c-src 20q12-12 2 . 大多数都含有内含子。 3 . 从未发现与完整的、或者有缺陷的内原性病毒顺序相连，说明 C-onco 是细胞固有的，而不是病毒带入的。 4 . C-onco 从酵母到人类普遍存在。 5 . 有些 c-onco 在病毒中并没有发现，例如：B 细胞淋巴瘤的 BlymI；T 细胞淋巴瘤中的 Tlym1、Tlym2。 6 . C-onco 在顺序上都非常保守。 7 . 产物的种类繁多，但是都与细胞生长、繁殖、分化的控制有关。,原癌基因的共同性质,有些原基因的结构与其相对应的病毒癌基因非常相似，在受到射线、化学致癌物的作用下，发生微小的变化，就会成为有致癌活性的癌基因。例如H-ras 。,五、 癌基因的激活 1 . 点突变,各 种 ras 基 因 点 突 变 的 情 况,突变原理： 在一些化学诱变剂，如亚硝胺甲脲 ( NMU ) 诱发乳腺癌细胞基因组，活化 Ha-ras 基因，推测 NMU 能够引起鸟嘌呤 O6 为甲基化。如不能被修复，则在复制时，鸟嘌呤被腺嘌呤取代，则其 p21 蛋白的序列发生点突变，导致甘氨酸 天冬氨酸。,12 位 甘氨酸,天门冬 氨 酸,GC GC GC GC AC AT CG CG CG,O6 甲基化 复制,促进原癌基因具有活性，在于使其表达增加，产生较高水平的转录产物。病毒的启动子、增强子或者长末端顺序的插入，都会使癌基因激活。,2 . 插入激活,染色体的易位类似于启动子的插入。 染色体的易位导致癌基因的重排，从而激活癌基因。 最为典型的是 t ( 9q34；22q11 ) t ( 8q24；14q32 ),4 . 易位激活,原癌基因因某种原因自身扩增而过渡表达。在肿瘤细胞中，尤其是胚胎神经组织细胞中有时见到的双微体 ( double minutes；DM ) 、染色体上的均质异染色区 ( homogeneously staining region；HRS )就是癌基因扩增，扩增的倍数可以达到数百到数千倍。人类三种原癌基因的扩增最为常见，它们是myc、ras、erb-B。,5 . 基因扩增,六 癌基因的染色体定位,第五节 肿瘤抑制基因,肿瘤抑制基因( Tumor Suppressor Gene)又称为抗癌基因 ( anti-oncogene )抗癌基因的功能是抑制细胞的生长和促进细胞的分化的基因，具体的功能有： 诱导终末分化； 维持基因的稳定。 触发衰老，诱导细胞程序化死亡 调节细胞的生长，抑制蛋白酶活性。 改变DNA甲基化酶的活性（甲基化酶可以打开、关闭、基因，甲基化酶也可以引起基因的突变） 促进细胞间的联系。,13q14 ； 200kb； 27 个外显子； 948个氨基酸 改变方式：缺失、突变、甲基化。 生物学功能：转录因子； RB 基因被磷酸化后将失去活性，不能抑制细胞的生长。 G1 否 G1、