第3章肿瘤的遗传学 ppt课件

第三章 肿瘤的遗传学 关键词 细胞周期 癌基因 (oncogene) 病毒癌基因 V-oncogene 细胞癌基因 C-oncogene 抑癌基因 (antioncogene， tumor suppressor genes) 肿瘤转移抑制基因（ metastasis suppressor gene） 肿瘤是基因的疾病，凡是肿瘤，都与基因 组的变异有关。但是，与基因组有关的疾 病并不一定都是遗传的。肿瘤有遗传性的 ，也有非遗传性的 (散发性的 )。 人类肿瘤多是散发性的，与生存环境有 重要的相关作用。 一 .肿瘤的生物学特征与流行病学 细胞类型 核型 生长 接触抑制 锚定 正常细胞 小 可控 癌 细 胞 大 失控 肿瘤细胞具有永生性，侵袭性，扩散性。 人群肿瘤分布比较 中国： 肺癌 胃癌 食道癌 肠癌 肝癌 美国： 前列腺癌 乳腺癌 肺癌 肠癌 淋巴癌 华南地区：鼻咽癌 河南林县：食道癌 江苏启东： 肝癌 Estimated number of new cases and deaths from specific types of cancer in the United States in 1997. Estimation of New Cases and Deaths from Different Cancer Types in China 肿瘤细胞的起源 单 克隆起源（ monoclonal theory） 一个肿瘤的细胞群体源于一个转化单细胞 的不断增殖而成。而这个单细胞是具有分化 和增殖的干细胞（ stem-cell）。 对细胞群的遗传标记分析，具有高度一致性。 例如： 多灶性细支气管肺泡癌（ BAC）， 原发 灶，卫星灶，转移灶中的不同区域的癌细胞 k- ras具有相同的突变。 多 克隆起源（ polyclonal theory） 肿瘤细胞群是由多个肿瘤克隆发展而来 。 鼠肠肿瘤细胞的基因分析： 在肿瘤的不同区域取样的细胞，在 APC基 因和 Mshz基因具有不同的缺失。 单 中心发源和多中心发源 单中心发源（单性灶） 肿瘤源于原始的一簇细胞。从原位灶到浸 润 灶，转移灶 ，复发灶都由第一代肿瘤细胞 而来。 多中心发源（多灶性） 肿瘤源于不同区域的多簇细胞。原位灶， 癌旁浸润灶，对称器官，系统器官肿瘤 细胞有不同程度的异型型。 分子生物学实验支持单中心起源。 遗传性肿瘤特征 类型 关系 位置 位点 时期 遗传性 有家族性 双侧 多发 早 散发性 无家族性 单侧 单发 迟 肿瘤家族集聚 癌家族：具有较多成员发生肿瘤的家族。 G家族 1895年 1976年 842名成员中 95名患癌。 特征： 发病率高；发病高峰 40 50岁；男女比例相 等；男多是胃癌，肠腺癌；女多是子宫癌。 垂直传递， 72患者双亲之一患癌。 符合常染色体显性遗传方式。 家族性癌：在一个家族内多个成员出现的同一 种癌。 例如：结肠癌， 12 15有家族史。 特征：患者一级亲属发病风险比一般高 3倍。若发病年 龄早和双侧性肿瘤，发病风险高 30倍。 常见的遗传性肿瘤 视网膜母细胞瘤 发病率 1/2-3万出生儿。遗传性占 35 45 。 发病时期早， 10 14个月发病。双侧患 者后代 50发病，单侧患者后代 5发病。 Rb基因定位于 13q14。 神经母细胞瘤 发病率 1/10000,源于神经嵴，原位常见有肾 上腺髓质神经母细胞结节。 常见的非遗传性癌 白血病 急性非淋巴白血病 (ANLL) 急性粒细胞白血病 (AML,未分化细胞 90%) 急性早幼粒细胞白血病 (APL) 急性粒单核细胞白血病 (AMMoL) 急性单核细胞白血病 (AMoL) 急性淋巴白血病 (ALL) 一型，二型，三型 急性 T细胞白血病 急性 B细胞白血病 慢性粒细胞白血病 慢性淋巴细胞白血病 慢性单核细胞白血病 粒细胞分化过程 原粒 早幼粒 中幼粒 晚幼粒 带状核 分叶核 细胞体积 由大变小 嗜碱性 + + 染色颗粒 + + + + 核形 圆 圆 卵圆 凹 带状 分叶 核仁 + + 分裂能力 肿瘤易感基因 在相同环境下发生肿瘤可能性比一般基因组 具有更多机会的基因。 肺癌易感基因 CYP 1A1酶在肺中表达，参与烟 草中多环芳烃类物质代谢。该基因具有 Msp I 多 态， m2m2 基因型具有肺癌易感性。 染色体畸变的原因 理化因素的损伤。 修复机制下降。 着色性干皮病恶性皮肤肿瘤 UV照射， DNA形成 T T二聚体，光复活酶 失活，不能打开二聚体。 重组修复缺失。 二 .肿瘤的遗传机制 癌基因的异常表达 癌基因突变 癌基因低甲基化 癌基因扩增 染色体易位 (基因重排，融合基因 ) 抑癌基因失活 抑癌基因缺失 抑癌基因高甲基化 癌基因 能在体外引起细胞转化，在体内诱发肿 瘤的基因 细胞内的原癌基因高度保留，从酵母到人 都存在，这些基因与细胞生长，增殖，分 化有关，并受到精细和严格的控制。 原癌基因具有的生物学功能： 生长因子；生长因子受体；参与信号传 导的蛋白激酶；核内蛋白等。 细胞周期调节基因 细胞 G1期 S期 Cyclin/CDK Cyclin:细胞周期素 CDK： 细胞周期素依赖激酶 癌基因与 CDK表达有关，过量则使细胞分裂失控。 抑癌基因与 Cylink/CDK复合物磷酸化有关，抑制复合物作 用。控制细胞分裂。 根据 CDI结构分为两类： CIP/KIP家族： p21,p27, Ink家族：， p15, p16, p18, p19 p53基因诱导 p21基因的表达。 Two major types of proteins involved in the cell cycle: Cyclins 22)(q34.1;q11.21), Ph 染色体 慢性粒细胞白血病 CML chr 22 chr 9 5 bcr 3 5 c-abl 3 5 bcr/ c-abl 3 8.5kb, 融合蛋白， 210KD 影响了造血干细胞的分化。导致白血病。 肿瘤抑制基因（ tumor suppressor gene） 一类与细胞周期调控有关的基因，当这些基因 正常表达时，具有抑制细胞分裂的功能。这些 基因的失活或缺失，会导致细胞非正常的分裂 ，正常细胞有可能转化为肿瘤细胞。 1968年 Harris实验： 癌细胞系 X 正常细胞 无恶性表型细胞 正常 癌细胞 （染色体部分丢失 ） 首先发现的肿瘤抑制基因 视网膜母细胞瘤 发现 Rb基因缺失呈杂合体时，细胞是 正常的，缺失纯合体时细胞转化。显示 该基因是纯合隐性致癌。 Rb纯合缺失后 致癌表明 Rb基因存在时对肿瘤细胞有抑 制作用，因此 Rb是肿瘤抑制基因。 del(13) (q14) THE NETWORK 肿瘤抑制基因 (tumor suppressor gene) 抑癌基因 (anti-oncogene) 以参与细胞周期调控的形式，对正常细 胞的增殖起负调控作用，抑制细胞的恶性转化 。 癌基因与抑癌基因比较 特点 oncogene anti-oncogene 基因属性 cell增殖基因 组织分化基因 致癌方式 激活，异常表达 基因丢失或失活 诱发机理 突变或易位 突变或缺失 致癌机理 显性 隐性 肿瘤类型 白血病，淋巴瘤 实体瘤 Humans anti-oncogene 名 称 定位 肿 瘤 Rb 13q14.1 视网膜母细胞瘤 ,肺癌 ,膀胱癌 p53 17p13.1 肺癌，乳腺癌，肝癌 p21 6p21.2 乳腺癌，肺癌，前列腺癌 p16 9p21 肝癌，肺癌，乳腺癌 NF 1 17q11.21 神经纤维瘤 DCC 18q21 结肠癌 MCC 5q21 结肠癌 nm23 17q21.3 癌转移 杂合性 丢失 当等位 基因处于杂合时，会出现丢失或突 变另一个基因的趋势，称为杂合性丢失（ LOH）。 脑胶质瘤原因 染色体畸变 带有癌基因 c-erbB 的 7号染色体数目增 多； EGFR(表皮生长因子 )过量表达，导致 细胞转化。 17p13缺失，肿瘤抑制基因 p53丢失。 9p24缺失，干扰素基因缺失。 11p13 癌基因 ras 第 35个核苷酸 G T突 变。 癌基因 myc, sis, fos,等过量表达。 肿瘤细胞转移 肿瘤细胞从原发肿瘤脱落，进入细胞 外基质与脉管内，输送至远端适宜的组 织中克隆生长。浸润转移是恶性肿瘤的 重要特征，也是肿瘤病人死亡的主要原 因。 用 myc等癌基因染小鼠，可以使小鼠 产生癌细胞，但是不转移。说明转化与 转移不是同一类基因。 肿瘤浸润机制 整合素基因（ integrins gene） -细胞表面粘合 受体 -细胞基质粘附蛋白 -锚定细胞。 肿瘤细胞表达金属蛋白酶 -降解粘附蛋白，使得 细胞失去固着作用。 正常细胞含有金属蛋白酶抑制因子基因（ TIMP gene ） ,表达的蛋白能与蛋白酶结合，抑制它 的水解功能，从而锚定细胞。肿瘤细胞该基因 表达受阻。 Metastatic gene and metastatic suppressor gene 转移和抑制转移基因 浸润转移 ：肿瘤细胞从原发肿瘤中脱落，进 入细胞外基质和血管或淋巴管中，迁移到 远处其它组织生长的现象。 肿瘤转移抑制基因 小鼠黑色素瘤 k-1735细胞系中发现，去转 染正常小鼠，有高转移和低转移之分。 消减杂交法寻找转移相关基因 nm23 nm23高表达，肿瘤低转移，反之，高转移 。 应用：可作转移预测；肿瘤转移抑制。 小鼠 黑色素瘤 1735细胞系转染正常小 鼠 获得肿瘤小鼠，但是这些小鼠又分为 高转移 低转移 mRNA mRNA cDNA cDNA 24个克隆 nm23 nm23/mts1 比值 nm23: 细胞微管聚合，抑制转移。 mts1: 细胞微管分解 ， 促使转移。 可作为肿瘤转移能力的检测指标。 nm23高表达，抑制肿瘤细胞表达。 肿瘤基因诊断与治疗 Mic mRNA gene knockout oncogene 转基因 (antioncogene) 免疫法 (淋巴因子基因转入 ) 自杀基因 DNA与蛋白质芯片 自杀基因 (suicide gene) 能够编码产生将非活性或无毒性前体药 物转化成活性活毒性药物的酶的基因。 HSK-tk/GCV(胸腺激酶丙氧鸟苷 )系统 ：细胞中存在着胸腺激酶 (HSV-tk), GCV是临床上治疗疱疹病毒的药物。将 HSK-tk基因转入癌细胞后给 GCV药，使 得 GCV在胸腺激酶作用下生成三磷酸 GCV， 能阻断细胞 DNA合成产生 细胞毒 作用。 Many disease processes manifest themselves are changed at the level of Protein ,including the amount and the activity ,not at the level of Gene. DNA Microarray probe 杂交 结果观察，信息分析 mRNA Sample Cy5-tag Control mRNA Cy3-tag cDNA DNA Microarray Capture Molecule Attachment/Immobilization Zhu ,H. Current Opinion in Chemical Biology 2003,7:58 Application for Diagnostics and Drug Discovery (a) Comparative proteome analysis. Subtractive or comparative strategies are most efficient for discovering gene activity in a physiological or pathological context. Haab, B.B. et al. Genome Biol 2001 Surface enhanced laser desorption/ionization (SELDI)-based ProteinChip technology. (a) Patient sample of proteins is processed on ProteinChip array. (b) Sample proteins bind to chemical “hooks” or biological “docking sites” on ProteinChip array surface. Protein of interest appears in red. (c) Rinsing away contaminants and buffers eliminates sample “noise”. (d) Laser i