肿瘤的遗传学ppt课件.pptVIP

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4050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，1215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3545。 发病时期早，1014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 & Cyclin-Dependent Kinases(CDK),癌基因发现,1911年 Rous发现鸡肉瘤病毒（RSV）能使鸡胚成纤维细胞转化，也能使鸡诱发肿瘤。 1976年从RVS病毒中发现了src癌基因。 克隆了该基因，是第一个Vonc 1982年从人膀胱癌细胞中分离出了细胞癌基因ras基因。是第一个 C-onc,细胞癌基因(c-onc),1976年，Bishop从Rous病毒中分离出癌基因src,并在动物正常细胞中发现有同源序列。以后在许多病毒癌基因都在细胞中都发现了它的同源序列，这些序列被称为细胞癌基因。 病毒癌基因源于细胞癌基因。,癌基因致癌机制,点突变 原癌基因ras 编码189个氨基酸的蛋白是一个细胞信号传导中起着开关作用的蛋白，当ras gene 突变时，ras 蛋白一直处于开的状态，细胞生长。 ras proto-oncogene 1 12 61 189 gly gln arg ( G C), k-ras oncogene,癌基因,abl bcl erb fos myc ras sis src 等100多种。,癌基因作用位置,Gene c-onc protein v-onc protein src 膜 膜 ras 膜 膜 myc 核 核 fps 质 质和膜 abl 核 质,癌基因的肿瘤诱发机制,癌基因突变 ras的第12个密码子突变，GT argval, ras蛋白与GTP结合， 促进了细胞的生长。 ras 附近插入了启动子，启动癌基因表达。 ras的CCGG甲基化程度降低，癌基因异常高表达。,DNA甲基化,限制修饰系统：甲基化酶的作用 细胞核酸内切酶对外源DNA切割，而本身DNA甲基化得以保护。 GATC序列的A甲基化。 CCGG序列的C甲基化。 CCGC序列的C甲基化。 DNA的CpG岛的甲基化，干扰了转录因子与启动子识别位点的结合，降低了基因的表达。 癌基因去甲基化，引起高表达致癌。 抑癌基因高甲甲基化，引起低表达致癌。,传导生长信号 cell G S ras.GDP ras.GTP 失活 激活 传导生长信号，细胞生长 参与细胞周期调控 ras 表达蛋白 激活cyclin D, cell分裂,ras 癌基因家族,根据不同时期，不同组织的癌基因表达，将ras基因家族分为三类： H-ras 11p15.5 胃癌 膀胱癌 宫颈癌 N-ras 1p13.2 白血病 肝癌 K-ras 12p12.1 胰腺癌 肺癌结 肠癌,myc,B-myc L-myc N-myc S-myc C-myc : 8q24.12-q24.13,定位核内的核蛋白。与DNA结合，调节转录。接收细胞外信号时，促进细胞分裂。 myc易位到14q32(IgH基因位点)，引起白血病。,致癌病毒,病 毒 核酸结构 癌基因 乳多空病毒 环状双链DNA T抗原基因 腺病毒 线状双链DNA E1A，E1B 疱疹病毒 线状双链DNA EB序列 反转录病毒 单链RNA ras,src等,RNA致癌病毒 快速致癌病毒 Rous病毒：鸡肉瘤病毒，1911年Rous发现。 分离到的Rous病毒感染动物，数周内导致肿瘤。病毒带有癌基因。基因组结构： R U5 gag pol env v-onc U3 R U3 R U5 gag pol env v-onc U3 R U5 LTR LTR 插入基因组,U3： 3 端序列，1701260bp U5: 5 端序列， 80100bp R: 短序列，1080bp LTR: 长末端重复序列, 2501400bp 含有启动序列，增强序列。具有启动基因表达和增强作用。,染色体易位 染色体易位产生融合基因，或启动了原癌基因，使得细胞发生转化。 T(9;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 NF1 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GT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,Cy5,-tag,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