肿瘤遗传学PPT课件.ppt

第九讲肿瘤遗传学,1,肿瘤遗传学cancergenetics,从遗传方式、遗传流行病学、细胞遗传和分子遗传等不同方面分析肿瘤发生的机制与规律，从而探讨肿瘤防治的新途径的一门多学科渗透的新兴学科。,2,肿瘤(tumor),泛指一群生长失去正常调控的细胞形成的新生物（neoplasm）。85%为癌(carcinoma)2%为肉瘤(sarcoma)5%为淋巴瘤(lymphoma)3%为白血病(leukemia),3,4,1970年前后，B.Ames分析了化合物的突变性和致癌性之间的关系,5,结论：,化合物的突变性和致癌性之间有很大的相关性，提示了致癌作用的最终靶分子是DNA。遗传物质的损伤和基因结构的改变是细胞发生恶性转化的必要前题。,6,7,肿瘤相关基因,癌基因和抑瘤基因的发现使我们最终认识到肿瘤实质上是一种遗传病，即所有恶性肿瘤都是基因突变的结果。正是基于这种认识，我们对肿瘤的研究才开始走上了正确的道路。,8,第一节肿瘤的相关基因及发生机理,癌基因oncogene抑癌基因tumorsuppressorgene肿瘤发生的遗传学说,9,病毒癌基因(Virusoncogene,V-onc),肿瘤相关基因的最初线索来自于对禽类逆转录病毒的研究。病毒癌基因是存在于病毒基因组中、使靶细胞发生恶性转化的基因。,10,V-ocn的发现：,1910年，D.Rous用鸡肉瘤的无细胞提取液接种到健康鸡身上结果诱发了新的肉瘤，他证明转化因子是一种逆转录病毒，命名为RousSarcomavirus（RSV）。这是第一次实验证实病毒可以致癌。,11,V-ocn的发现：,1970年，Martin等通过分析野生型RSV和缺失转化能力的变异株病毒基因的差别，发现细胞的恶性转化与RSV基因组中的一个特定基因Src相关。此基因为第一个命名的病毒癌基因，V-Src。此后陆续发现与肿瘤发生密切相关的病毒癌基因：V-fms,V-mos,V-erbB,V-kit,V-ros,V-yes，V-fps,V-fes,V-abl,V-sis,V-ras,V-myc。,12,病毒中确实存在促使肿瘤发生的基因病毒癌基因，病毒癌基因可以致癌。,13,人类癌症基因的克隆：,研究思路为：如果细胞基因的特异突变能够引起人类癌症的恶性表型，并且这些突变能在细胞水平发挥显性作用，那么将恶性细胞的DNA序列转移到正常细胞，预期可导致其转化为恶性表型。1981年这个实验在三个实验室同时获得成功。,14,小鼠3T3细胞的转染实验：,15,实验模型：体外培养细胞的转化,primarycell：忠实表现体内表型，但经过几次分裂就进入衰老状态，随后进入临界点，此时绝大部分细胞死亡，但有时有极少数可以越过临界点。immortalization：越过临界点存活，可无限制进行细胞分裂，但仍具有贴壁依赖性、生长因子依赖性和接触抑制作用。transformedcell：永生化细胞受到致癌物质的诱导，逐渐产生肿瘤细胞的特征。体内接种可以致瘤。,16,内源性癌基因的发现：,第一次证明膀胱癌DNA确实含有显性作用的癌症基因，被命名为癌基因。正常细胞内存在与病毒癌基因同源的基因,称为细胞癌基因(c-onc)。,17,病毒癌基因与细胞癌基因的关系：,序列上高度同源；c-onc有内含子，v-onc无内含子；v-onc有致癌能力，而c-onc无，但突变后可能致癌；v-onc来源于c-onc。,18,对ras基因的进一步研究：,来自膀胱癌的ras基因可引起转化，但来自正常细胞的ras基因不能引起转化。在膀胱癌ras基因中，只发现了一个核苷酸的改变。令人兴奋和惊讶之处：在细胞内上万个基因中只是一个基因发生一个核苷酸的点突变，竟然是使之恶性转化为驱动力量。,19,原癌基因(proto-oncogene):,肿瘤细胞中存在着显形作用的癌基因，在正常细胞中有与之同源的正常基因,被称为原癌基因。原癌基因的产物与细胞的生长与分化有关。在肿瘤细胞中原癌基因往往被激活，处于活跃表达的状态，因此，原癌基因概念为正常细胞中存在的，与细胞生长和分化相关，激活后可促使癌变的基因（与病毒癌基因同源或不同源）。,20,人类c-onc编码蛋白质的功能,21,癌基因的激活机制：,点突变（pointmutation）病毒诱导与启动子插入激活基因扩增（geneamplification）染色体易位或重排(chromosometranslocationorrecombination),22,23,染色体断裂与重排：,原来无活性或低表达的癌基因易位到一个强大启动子/增强子附近，或由于易位而改变了癌基因的结构，与其他高表达的基因形成融合基因，使癌基因的正常调控作用减弱，使其激活。Ph染色体（费城1号染色体）：t(9;22)(q34;q11),24,Ph1染色体（费城染色体）,t(9;22)(q34;q11)易位的结果而导致9q+和22q-90%慢性粒细胞白血病（chronicmyelocyticleukemia,CML）,25,癌基因的激活机制,26,肿瘤是一种体细胞遗传病：,在研究的最初阶段，认为单一的癌基因的激活，就足以使细胞转变成肿瘤细胞。随后认识到正常细胞的肿瘤转化通常要有两个或两个以上癌基因的协同。通过在适当靶组织中表达多种癌基因，已使转基因小鼠产生肿瘤。有理由推测在一个特定的体细胞内连续的遗传突变的累积，导致单个体细胞转化为癌细胞。,27,激活的癌基因可以引起家族性肿瘤吗？,如果多数散发性肿瘤是由于多个癌基因在体细胞内连续突变所致，是否某些家族性肿瘤是由于生殖系的癌基因激活所致的呢？研究发现，尽管原癌基因突变在散发性肿瘤的体细胞突变中发挥重要作用，但在家族性肿瘤的生殖系中一般没有该类基因的突变。,28,肿瘤抑制基因（TSG）的发现：,20世纪70年代初，AlfredKnudson为解释家族性(遗传型)视网膜母细胞瘤首次提出了肿瘤抑制基因模型，即2次打击学说(two-hittheory)。至80年代中期，一系列精心设计的实验证明Knudson假说非常精确。,29,视网膜母细胞瘤（retinoblastoma，RB）,儿童期就发病的眼科恶性肿瘤，猫眼。遗传型多为双侧发病，发病早，有家族史。非遗传型多为单侧发病，且在2岁以后才发病。,30,two-hittheory,正常视网膜要变成瘤细胞必须经过一对具有肿瘤抑制作用的等位基因的连续2次突变事件。遗传性肿瘤是由于第一次突变发生于生殖细胞或由父母遗传而来，而视网膜体细胞中只要再发生一次突变，即导致该肿瘤抑制蛋白的完全消失，完成肿瘤转化。非遗传性肿瘤则是由于同一个体细胞内连续发生二次独立的体细胞突变，相比之下，可能性要小得多。因此，遗传性肿瘤有家族性、双侧性、早发性的特点，而非遗传性肿瘤则发病迟，具散发性单侧性的特点。,31,2次打击学说的证据：,1978年，Francke系统检查一个视网膜母细胞瘤家族，发现全身细胞均有13q14缺失，证实存在“第一次打击”患者肿瘤细胞也有此缺失，而且脂酶活性消失。说明一对等位基因已经全部失活。证实肿瘤细胞存在“第二次打击”。1981年应用定位克隆的方法，克隆了RB基因，这是首次成功应用定位克隆方法的实例之一。,32,RB基因第一个被克隆的TSG,视网膜母细胞瘤中，RB或发生缺失，或在剪接点有一个点突变，产生异常的RB蛋白。把RB基因导入肿瘤细胞，可使其生长特性恢复正常，说明这个克隆的基因具有肿瘤抑制基因的应有特性。,33,34,肿瘤抑制基因又称为隐性癌基因,原癌基因是显性基因，一个等位基因突变即可显示致癌效应；肿瘤抑制基因的突变，则是隐性的，即只有一个肿瘤抑制等位基因发生突变，不会发生致癌效应。,35,细胞周期的调控：,36,Onc与细胞周期的关系：,生长因子通过其受体和多级信号转导，调控一系列基因表达，最终导致其晚期应答基因cyclinD的表达，cyclinD导致细胞通过G1期限制点，启动了一轮分裂周期。多种癌基因的激活可以导致该路增殖信号的异常活跃。,37,TSG与细胞周期：,G1,S,G2,M,RB,E2F,Cyclin/cdk,E2F,磷酸化,P16、P21、P27等,38,细胞周期蛋白依赖性激酶抑制蛋白(cyclin-dependentkinaseinhibitor,CKI),CKI多种成员，其中P21、P27、P57属广谱的CDK抑制，而P15、P16、P18、P19是CDK4/CDK6的特异性抑制物。它们在细胞周期调控及肿瘤发生中的作用已引起广泛的关注。,39,“分子警察”P53基因,40,P53突变的致癌机理：,P53的突变或缺失将使细胞受在到辐射损伤或致癌物刺激时无法阻断细胞周期，细胞失去了对G1期的监控功能，使细胞带着受损伤的DNA继续分裂，加速了基因组的不稳定性，导致一系列突变的积累，最终转化成逃避监控的恶性细胞。在约50的肿瘤细胞中，可以检测到P53发生了突变。,41,细胞周期的失控与肿瘤发生：,癌症已不仅仅是一些癌基因被激活和抑癌基因丢失或失活使细胞获得了一种增殖优势，而最主要的是癌症多阶段渐积累突变的过程中，细胞的控点(checkpoint)调控因子丧失作用，使在肿瘤细胞中抑制信号无法再对细胞周期蛋白(cyclin-CDK)起任何调控作用。,42,肿瘤发生的机理,“两次打击”学说“两次打击”实际上就是肿瘤抑制基因的两次突变，因此，“两次击中”学说实质上解释了抑制基因失活引起的肿瘤。肿瘤的多步骤发生学说,43,正常细胞转化为恶性细胞需要一次以上的突变事件的发生,正常人约有1014个细胞，在人的整个一生中约进行1016次细胞分裂，人体的自发突变频率约为1.410-10，实际上加上辐射和自然界普遍存在的致突变剂的影响，突变频率要远高于这个数值。如果单个突变可以致癌，仅据自发突变率计算，人一生中大约有28细胞将癌变，那么癌症将是日常事件。,44,正常的机体的多重防御机制,DNA损伤修复系统和细胞分裂周期控点监控系统细胞自杀机制免疫监督,45,46,结肠癌发生的各个阶段和肿瘤相关基因的异常,47,第二节肿瘤与遗传,遗传病的肿瘤易感性某些遗传性疾病虽然并不直接诱发肿瘤，却有明显的恶性肿瘤倾向。肿瘤的遗传性某些肿瘤也具有一定的遗传性，对多数肿瘤而言，肿瘤遗传性表现为易感性的遗传。,48,一、遗传病的肿瘤易感性,遗传性癌前病变（Precanceriouslesion）：染色体病和单基因遗传病的患者易于并发或转化为肿瘤，这些遗传病被称为遗传性癌前病变。,49,（一）染色体病的癌变倾向,染色体病患者的肿瘤发病率常高于正常群体数倍至数十倍。,Down综合征：易继发ALL(1/3000-1/95)Klinefelter综合征：易继发乳腺癌Turner综合征：易继发卵巢癌,50,（二）单基因遗传病的癌变倾向,家族性腺瘤样息肉（FamilialAdenomatousPolyposis,FAP）AD基底细胞痣综合征（basalcellnevussyndrome,BCNS）AD染色体不稳定综合征（Chromsomeunstablesyndrome）遗传性免疫缺陷,51,1家族性腺瘤样息肉（FamilialAdenomatousPolyposis,FAP）AD.,结直肠有广泛而密集分布的腺瘤性息肉，可引起消瘦、肠道梗阻和便血。极易变为结肠腺癌，极难幸免。结肠腺瘤性息肉基因（adenomatouspolyposiscoli,APC）产物是参与细胞连接、细胞周期调控及转录调控的多功能蛋白。,52,2基底细胞痣综合征（basalcellnevussyndrome,BCNS）AD,患者面部、手臂和躯干有多个基底细胞痣，青春期增多，青年期即可发生恶变，40岁时90%恶变为基底细胞癌并有颌骨囊肿。致病基因已定位。,53,3、染色体不稳定综合征（Chromsomeunstablesyndrome）,Blooms综合征Fanconi贫血毛细血管扩张性共济失调着色性干皮病,共同特征：AR，DNA修复系统异常，所以染色体DNA不稳定，易于发生断裂或重排，易患白血病或其他恶性肿瘤。,54,1）Blooms综合征（bloomsyndrome,BS）,特征：染色体不稳定，免疫缺陷，身材矮小，面部微血管扩张性红斑。患者易患各种恶性肿瘤，恶性白血病、淋巴瘤、腺癌发病率特别高。姐妹染色体交换（sisterchromatidexchange，SCE）率高于正常人十倍。原因：DNA修复酶系统有缺陷：致病基因BLM编码蛋白为RecQDNA解链酶家族成员。,55,2）Fanconis贫血（Fanconisanemia,FA）,罕见的儿童骨髓疾病，又称为先天性全血细胞减少症（congenitalpancytopenia），AR。特征：患者全血细胞减少，白血病的发病率比一般人高20倍。病因：缺少核酸外切酶（exonuclease），非同源染色体之间常交联、易位。,56,57,3）毛细血管扩张性共济失调（ataxiatelangiectasia,AT）,多见于儿童期的染色体隐性遗传病。1岁起进行性小脑共济失调。眼球不能随意运动。6岁后眼和面、颈部出现瘤样小血管扩张。多发淋巴瘤、白血病等，尤其对X线敏感。AT基因的产物参与DNA修复、P53诱导和细胞周期调控。,58,4）着色性干皮病（xerodermapigmentosum,XP）,特征：皮肤对紫外线非常敏感。常发基底细胞癌和鳞状上皮癌或恶性黑色素瘤。常在儿童期发生恶性肿瘤，并死于癌转移。病因：缺少核酸酶，DNA的切除修复系统有缺陷，不能切除紫外线诱发的嘧啶二聚体，因而导致突变率增高。,59,4、遗传性免疫缺陷与肿瘤,1无丙种球蛋白血症（nongammaglobulinemia）2严重联合免疫缺陷症（severcombinedimmunodeficiency)3Wiscott-Aldrich综合征4Chediak-Higashi综合征,60,二、肿瘤的遗传性,（一）、肿瘤的家族聚集性许多常见肿瘤如乳腺癌、结直肠癌、肺癌、胃癌等的发生一般具有家族聚集倾向，一级亲属再发风险高于一般群体310倍。,61,癌家族（cancerfamily）,在一个家系中，恶性肿瘤的发病率很高，且发病年龄都较早，但肿瘤发生的部位并不局限于同一组织或器官，在家族中肿瘤呈常染色体显性遗传。有两种亚型：癌家族综合征型：以遗传性腺癌为主型又称为Li-fraumeni综合征（LFS）：以乳腺癌为主。,62,G家族一个高癌支系的系谱,63,1,1,1,1,2,2,1,3,3,2,3,2,3,4,4,4,5,Li-fraumeni综合征的系谱,I,II,III,IV,V,I-1,II-1,II-3,III-4,IV-2：乳腺癌III-2,IV-3,IV-4：肺癌III-1：皮肤癌、回肠肉瘤III-3：胰癌IV-1：急性白血病IV-5：直肠肉瘤V-1,V-3：横纹肌瘤V-2：Wilms瘤V-4：胶质瘤,64,癌家族特点：,腺癌、肉瘤的发病率高肿瘤发病部位各不相同发病年龄较轻肿瘤传递符合常染色体显性遗传方式,65,2、肿瘤的遗传易感性,更多情况下，遗传物质的变异只是决定了个体肿瘤易感性升高，并不直接引起细胞癌变，而是在环境因素或其他突变基因参与下才诱发肿瘤。这时，肿瘤在家庭中有聚集倾向，即亲属发病率明显高于群体发病率，呈现多基因遗传的特点。,66,（二）单基因遗传的肿瘤,目前发现的与单基因遗传（孟得尔方式）有关的肿瘤有上百种视网膜母细胞瘤（retinoblastoma，RB）肾母细胞瘤（Wilmstumor，WT）神经母细胞瘤（neuroblastuma，NB）神经纤维瘤（neurofibromatosis，NF）共同特点：1)发病年龄较早，2)常为双侧性或多发性，3)多数按常染色体显性遗传方式遗传,67,1、视网膜母细胞瘤（retinoblastoma，RB）,儿童期就发病的眼科恶性肿瘤，猫眼。遗传型多为双侧发病，发病早，有家族史。非遗传型多为单侧发病，且在2岁以后才发病。,68,。,2肾母细胞瘤（Wilmstumor，WT）：,NinetypercentofallkidneycancersinchildrenareWilmstumor.,婴幼儿恶性胚胎肿瘤。遗传性多为双侧发病且早。非遗传型常为单侧且发病晚，约占62%。患者腹部有无症状的肿块。致癌基因(WT)也是抑癌基因,69,遗传型乳腺癌（hereditarybreastcancer),乳腺癌分为遗传型和散发型遗传型有AD，有典型的家族史，也有部分病理不典型，可能属多基因遗传。AD型乳腺癌的连锁分析已发现至少2个相关的致病基因BRCA1和BRCA2。遗传型乳腺癌家系带有BRCA1或BRCA2的种系突变，且表现为杂合性丢失，提示为TSG。,70,第三节、肿瘤与染色体异常,大多数恶性肿瘤都可以观察