第十一章肿瘤遗传学

1,第十一章 肿瘤遗传学 癌 85% ，上皮细胞 肉瘤 2% ，结缔组织、肿瘤 骨或肌肉组织细胞新生物（neuplasm） 淋巴瘤 5% ，免疫系统， 脾、淋巴结白细胞 白血病 3% ，骨髓造血细胞 其它 5% 种系突变：5%10%，遗传型肿瘤体细胞遗传病 散发突变：90%95%, 散发型肿瘤 癌基因 细胞分裂失控基因 肿瘤抑制基因 细胞 细胞周期调控缺陷 修复酶基因 程序性细胞死（凋亡）失灵,2,第一节 染色体异常与肿瘤肿瘤的细胞遗传学 体细胞遗传病一、肿瘤细胞的克隆演进与染色体变异 恶化原因染色体畸变相对性： 干系 旁系,单克隆起源的 多克隆性细胞,干系（stem line):占主导数目的克隆细胞系。旁系（side line）：干系以外占非主导数目的克隆细胞系。众数（modal number）：干系肿瘤细胞的染色体数目。,生长优势,淘汰,3,1、肿瘤的染色体数目异常 二倍体2n46 数目 2n 46 超二倍体（hyperdiploid） 非整倍体 亚三倍体（hypotriploid） 数目 3n 69 高异倍性 亚四倍体（hypotetraploid） 数目 4n 922、肿瘤的染色体结构异常 易位、缺失、重复、倒位、环状染色体和双着丝粒染色体。 非特异性标记染色体不具代表性 标记染色体（marker chromosome） 特异性标记染色体具代表性 稳定遗传,4,二、标记染色体的发现及其意义 1960年，Nowell，慢性髓细胞白血病（CML）， Ph染色体（费城染色体，Philadelphia chromosome） 9号 （9q） 临床意义： 95% CML，Ph染色体阳性先于临床症状出现； 早期诊断，区别其它血液病。 Ph染色体阴性治疗反应差，预后不佳。,5,6,首次证实了一种染色体畸变与一种特异性肿瘤的关系,肿瘤是细胞遗传物质损伤引起的。,7,Burkitt淋巴瘤(非洲儿童恶性肿瘤),t(8;14)(q24;q32)，90%,8,肿瘤中其他特异性标记染色体改变 病名 染色体异常Burkitt淋巴瘤（非洲儿童恶性淋巴瘤） t（8；14）（q24；q32） 脑膜瘤 del（22）（q12），-22 视网膜母细胞瘤 del（13）（q14） 慢性髓细胞白血病急性变 8 ，17q 急性白血病 -7 ， 9 Wilms瘤 del（11）（p13 p14） 结肠息肉 8 ， 14 小细胞肺癌 del（3）（p14 p23） 肺腺癌、肺鳞癌 del（6）（q23 qter） 黑色素瘤 7 ， 22 鼻咽癌 t（1；3）（q41；p11） 乳腺癌 1号染色体长臂的易位,9,染色体异常在肿瘤发生中的作用实体瘤：少见特异性标记染色体遗传复杂性和不稳定性。 扩增 癌基因激活数目异常 转录 结构畸变 生长、分化 缺失 抑癌基因失活 （调节异常） 慢性髓细胞白血病 t（9；22）（q34；q11）Burkitt淋巴瘤（非洲儿童恶性淋巴瘤） t（8；14）（q24；q32）视网膜母细胞瘤 del（13）（q14） 均质染色区（homogeneous staining region，HSR） 成神经细胞癌 双微体 （double minutes，DMs）某些实体瘤：EGFR（7p13-q22）重复 导致 EGFR（上皮生长因子受体）基因过表达,癌变,N-MYC 扩增,易位,突变,10,癌基因(oncogene)：是指能引起细胞恶性转化的基因。,第二节 癌 基 因,1910,Rous,Rous sarcoma virus(RSV)-1966年获得诺贝尔奖1969,Huebner&Hodaro,癌基因假说：细胞皆含致癌病毒遗传信息，通常癌基因被阻遏，当调控被破坏，异常表达细胞恶变为癌细胞。,1970,Baltimore &Temin&Dulbecco,RNA病毒的逆转录酶: 反向转录， 交换或重组宿主DNA，1975年获诺奖。,1970, Martin, v-src (viral oncogene, v-onc)：RSV基因组内存在src病毒癌基因(第一个），能使细胞恶性转化。,1971, Duesberg, v-src in RSV：野生型和突变型（src缺失，无致癌性），src非必需，从何而来？,一、癌基因的发现及识别,11,癌基因来源,1975, Bishop（89年诺奖）,用v-src探针做Southern杂交 C-SRC (cellular oncogene, C-ONC)，第一个C-ONC。,src基因为原癌基因 pro-oncogene, POG。癌基因起源于动物：转导作用掳获自宿主细胞。,感染RSV鸡细胞,正常鸡细胞,12,癌 基 因,原癌基因是正常细胞中的癌基因同源序列，是细胞生长发育所必需的。,癌基因(oncogene)：是指能引起细胞恶性转化的基因。,原癌基因(proto oncogene);细胞癌基因,一旦这些基因在表达时间、表达部位、表达数量及表达产物结构等方面发生了异常，就可以导致细胞无限增殖并出现恶性转化，则为癌基因。,13,概念区分： 癌基因，病毒癌基因，细胞癌基因，原癌基因。,14,二、癌基因、原癌基因及其功能癌基因（oncogene）：在致瘤病毒、人体和动物肿瘤中发现的能导致细胞恶性转化的基因（核酸片段）。 原癌基因（proto-oncogene）细胞癌基因（cellular oncogene，c-oncogene） 宿主序列中与病毒癌基因序列具有同源性基因。 胚胎发育期有功能，成体被封闭正常的核苷 酸序列，无致癌特性，具转化潜能 癌基因。 正常序列（基因），胚胎发育，出生后封闭 表达时间、部位、数量、产物结构异常 无限增殖，恶性转化。,激活,15,原癌基因蛋白产物的功能及生化特性（一）生长因子 sis PDGFB(platelet - derived growth factor )（二）生长因子受体 跨膜受体型酪氨酸激酶类（三）信号传导因子（四）转录因子 核蛋白、DNA结合蛋白（五）程序性细胞死亡调节因子 细胞凋亡,16,细胞内生长信号传递与肿瘤关联基因相互关系（模式图）,TRKROSRETMETKITFMSERBB1ERBB2,MAP激酶系,E，A，B 细胞因子,配体区域,转膜区域,催化区域,FOSJUN,AP-1,MYCMYBERBAEST,BCL2 阻止细胞凋亡的蛋白质,17,三、癌基因的激活机制（一）突变：编码蛋白质的结构和功能发生改变 碱基替换 RAS（K-RAS，H-RAS，N-RAS） 突变 缺失 erbB,kit,ros,met,trk 插入（二）基因扩增（gene amplification）：95%肿瘤 复制使拷贝数增加，癌蛋白过表达。 N-MYC 神经母细胞瘤HSR，DMs 。 成纤维细胞瘤 C-MYC 乳腺癌、卵巢癌、鳞状细胞癌 L-MYC小细胞肺癌 ERBB-胶质细胞瘤、头颈部肿瘤 ERBB-2（HER-2/neu）乳腺癌（Herceptin治疗 ）、卵巢癌 RAS胃癌、结、直肠癌,18,神经母细胞瘤N-myc基因的扩增 均质染色区（homogeneous 双微体 staining region，HSR） （double minutes，DMS）,19,（三）染色体重排（染色体易位）： 1、基因激活-原癌基因易位插入到一个强大的启动子、 增强子、转录调控元件附近导致激活。 Burkitt淋巴瘤（非洲儿童恶性淋巴瘤） t（8；14）（q24；q32） 8q24 C-myc ，编码DNA结合蛋白； 14q32IgH （免疫球蛋白重链） 2、基因融合-通过易位同其他基因形成融合基因 慢性髓细胞白血病 t（9；22）（q34；q11） 9q34 abl （原癌基因），编码酪氨酸激酶 22q11 bcr （break point cluster region）,145KD,210KD,20,慢性粒细胞白血病,慢性粒细胞白血病t（9；22）（q34；q11）,Burkitt淋巴瘤（非洲儿童恶性淋巴瘤） t（8；14）（q24；q32）,融合基因,强力启动子,酪氨酸 激酶,21,第三节 肿瘤抑制基因 肿瘤抑制基因（tumor suppressor gene） 抑癌基因、抗癌基因（anti-oncogene） 隐性癌基因（recessive oncogene） 正常细胞中抑制肿瘤发生的基因一、肿瘤抑制基因的发现 细胞杂交证明逆转肿瘤细胞表型,-11,11,-11 11,抑制细胞恶性表达,-1、-11,1、 11,-1、-11 1、 11,86年首次发现肿瘤抑制基因RB，共800余种。,22,肿瘤抑制基因的作用,调节细胞周期,调控凋亡调节DNA损伤修复参与细胞的信号传导抑制转录,23,抑癌基因主要在细胞周期内部的调控中发挥作用,G1、S、G2和M期都是细胞周期的检查点，当细胞接受细胞外信号后，检查后决定是否进行细胞分裂。,癌基因主要在细胞周期外的生长信号传导过程中发挥作用,24,肿瘤抑制基因分类,25,二、部分重要的肿瘤抑制基因p53基因 17p13.1 , 长20kb , 11个外显子 , 393 个aa 。 与结肠癌、乳腺癌、肝癌、肺癌等50%的人类恶性肿瘤有关。,26,p53基因（增殖抑制、DNA损伤修复、诱导凋亡）的失活机制：（1）自身突变。 p53蛋白失去结合能力，最重要。（2）MDM2癌基因的负调节 。被刺激表达的mdm2蛋白形成一反馈调节环，与p53蛋白结合、催化其降解，抑制p53蛋白的反式激活，使其抑制增殖、诱导细胞凋亡、分化的功能丧失。（3） p53蛋白与癌蛋白之间的相互作用。 结合后促进其降解，抑制其功能活性。 如 DNA肿瘤病毒蛋白SV40大T抗原蛋白、腺病毒E1B转化蛋白、人乳头瘤病毒E6蛋白等。,27,第四节 遗传型恶性肿瘤,视网膜母细胞瘤 AD,一、常染色体显性遗传的恶性肿瘤综合征,28,29,GeneRB1 (retinoblastoma),Chromosomal location13q14.1-q14.2,InheritanceAutosomal dominant, with incomplete penetrance in around 50% of cases.,Prevalence1 in 20,000. Around 10% of cases have a familial basis.,30,Wilms瘤由Max Wilms医师于1899年首先予以描述，又称肾母细胞瘤。肿瘤起源于后肾胚基组织，为儿童期肾脏最常见的恶性肿瘤，多发生于儿童，偶见于成人。多数为散发性，但也有家族性病例的报道（占1%2.4%），以常染色体显性方式遗传，伴不完全外显性。部分病人伴有不同的先天畸形。,肾母细胞瘤的发生与位于11q13的WT-1基因（Wilms tumor-associated gene）的丢失或突变有关。,31,（一）Bloom综合征（MIM 210900） Bloom综合征（Bloom syndrome，BS）的临床特征 身材矮小、免疫功能缺陷、面部红斑、颜面部畸形， 肿瘤、白血病（30岁前）；犹太后裔（179：57） 。,二、常染色体隐性遗传的恶性肿瘤综合征 染色体不稳定综合征,32,Bloom综合征患者的细胞遗传学改变 染色体不稳定性（chromosome instability） 基因组不稳定性（genomic instability） 细胞株染色体断裂 结构畸变；颊粘膜间期细胞 微核。 姐妹染色单体交换（sister chromatid exchange，SCE）。 编码序列之间，非编码序列之间断裂性突变。 短期培养淋巴细胞四射体。,33,BrdU5溴脱氧尿苷dT 脱氧胸苷,34,基因定位于15q26.1,基因全长4.5 kb，ORF长4251 bp蛋白质为159 kDa，1417个氨基酸残基,编码产物是RecQ DNA解链酶家族成员,Bloom综合征,BLM基因,35,Bloom综合征的分子遗传学诊断体外培养细胞 BLM 基因组DNA PCR扩增全长cDNA SSCP技术筛查 异常片段序列分析Bloom综合征的细胞遗传学诊断 正常细胞 SCEs 10 Bloom患者细胞SCEs ：50 100,短期：T、B淋巴细胞，骨髓细胞B淋巴细胞系（EB病毒转化）长期 T淋巴细胞系 成纤维细胞系（SV40转化）,36,3、分子遗传学BLM基因AR 15q26.1 转录 4.5kb的mRNA , 有效可读框4251个核苷酸残基。 翻译 蛋白质159 kD、1417 aa基因编码产物：RecQ DNA解链酶 DNA依赖性三磷酸腺苷酶 DNA解链酶蛋白质的生物学功能：修复BLM基因突变 突变型blm蛋白缺乏RecQ DNA解链酶活性 无法修复异常的DNA结构 染色体不稳定性,37,（二）Fanconi贫血（Fanconi anemia，FA） （MIM 227650） 1927年，Fanconi报道兄弟三人间患一种综合征，表现为先天性畸形、贫血，骨髓脂肪化，至今文献记载的病例已超过l000例。本病无种族或地区差异，一家中可见多人发病。 【临床表现】 本病为一种常染色体隐性遗传，多510岁发病，男：女人约1.3：1，属于先天性再生障碍性贫血。患者智力低下，发育差。随年龄增长逐渐出现发育停滞现象。血象提示全血细胞减少，网织红细胞绝对值减少。贫血为正细胞或稍大细胞性。一些病例红细胞寿命缩短，血红蛋白F增加，骨髓增生减低，但发病初期可增生活跃。浆细胞和组织嗜碱细胞增多。这类病人除有典型再障表现外，还伴有多发性的先天畸形(皮肤棕色色素沉着，骨骼畸形、性发育不全等)。其病因可能是染色体的异常。同时，还会伴有精子减少等其它特征，经常与其它疾病伴发。,38,特征：AR，1/350000 ；全血细胞减少症。 骨骼畸形、小头、眼裂小；肾畸形、心血管畸形 皮肤色素沉着、咖啡牛奶样色斑。 儿童期癌发增高（急性单核细胞性白血病）。There are at least 13 genes of which mutations are known to cause FA: FANCA, FANCB, FANCC, FANCD1, FANCD2, FANCE, FANCF, FANCG, FANCI, FANCJ, FANCL, FANCM and FANCN. FANCA in 16q24.3, FANCC in 9q22, FANCBin xp22.31 ， FANCG in 9p13, FANCD2 in 3p25，FANCE in 6p21,39,染色体不稳定性：染色体断裂（单体断裂、裂隙）；双着丝粒染色体、断片、核内复制。Bloom综合征-同源染色体之间Fanconi贫血 -非同源染色体之间,40,（三）共济失调毛细血管扩张症（ataxia telangiectasia，AT；MIM 278700）是一种较少见的常染色体隐性遗传病，发病率为0.51.O10万人口。它是累及神经、血管、皮肤、单核巨噬细胞系统、内分泌的原发性免疫缺陷病。其主要临床表现是婴幼儿期发病的进行性小脑性共济失调，眼球结膜和面部皮肤的毛细血管扩张，反复发作的副鼻窦炎和肺部感染，对射线的杀伤作用极其敏感，染色体不稳定性，易患癌症，免疫缺陷等。Louis-Bar(1941)首先描述了该病，Boder和 Sedgwick(1977)综述分析了该病例，命名为AT，又称Louis-Bar综合征。,41,AT是一种染色体不稳定综合征，具有自发性染色体断裂和重排的特征，常见有t(14q+；14q-)，即同源14号染色体易位，也有14号染色体与7、8号或X染色体易位的现象。染色体断裂点多见于14q11q12、7p13p15和7q32q35。Gene NameATM (Ataxia telangiectasia mutated) is responsible for the vast majority of A -T cases.Location11q22-q23.1,42,ATM（AT mutated):11q22q23 ，基因全长约150Kb,编码序列12Kb,共有66个外显子。Purkinje细胞、成纤维细胞及淋巴细胞对射线异常敏感 野生型AT基因的功能：1、与DNA损伤修复有关。2、抑制细胞凋亡。3、控制免疫细胞对抗原的反应。4、介导细胞胰岛素的反应。5、阻止基因重排。6、可能与性成熟有关。,43,四、着色性干皮病（xeroderma pigmentosum，XP） (MIM 278700)AR，发病率1/25万,皮肤对紫外线敏感、色素斑点早发性皮肤癌。,44,遗传异质性-XPA、XPB XPG七种基因。 （XPA9q22.3 ;XPC 3q25）,紫外线,TT等嘧啶二聚体,核酸切除修复（NER）系统蛋白质,D 相N 反A 二解方旋向酶解 旋,核二D酸聚N内体A切及单酶受链切损断,D 填N 补A 缺聚口合酶,DNA连接酶封闭,45,第五节 肿瘤发生的遗传学理论一、单克隆起源假说 （monoclonal origin hypothesis of tumor） 单个体细胞 基因突变 前癌细胞 肿瘤细胞 单克隆增殖细胞群单克隆起源的证据： 白血病、淋巴瘤 相同的免疫球蛋白基因表达， 相同的T细胞受体基因重排， 相同的标记染色体， 实体瘤 相同的癌基因或肿瘤抑制基因突变。 （FISH法）,致癌因子,促癌因素,46,体细胞突变和克隆选择的结果女性X连锁基因分析：,胚胎早期随机失活,嵌合体,依赖于G6PD活性 的细胞染色,女性杂合子,杂合子女性恶性肿瘤癌细胞都含有相同失活的X染色体。,X 1 X 2,47,二、癌基因理论,突变,（生长因子，生长因子受体，信号传导因子，转录因子，程序性细胞死亡调节因子）,基因扩增,染色体重排,癌基因激活蛋白结构改变，酶活性改变蛋白丰度提高，含量增加活性融合蛋白,microRNA,细胞生长调控 原癌基因,细胞恶化,48,三、 肿瘤抑制基因理论Knudson的两次突变假说 视网膜母细胞瘤20世纪、70年代，Alfred Knudson 遗传性：40%，双侧性、多发性、早发性、家族性， 早15 30个月。 非遗传性：60%，单侧性、单发性、发病迟、散发性。两次突变假说（two mutation theory）两次打击论（two-hit theory） 细胞恶性转化两次或两次以上的突变 第一次，生殖细胞或父母遗传 体细胞 第二次，均发生在体细胞,49,The two mutation the