肿瘤遗传学PPT课件.pptx

肿瘤遗传学 Cancer Tumor Genetics 1 2 肿瘤是威胁人类生命的最严重的疾病之一 多年来 科学家们一直致力于解开肿瘤的发生之谜 现代医学已经证明 肿瘤的发生与遗传因素有着非常密切的关系 各种环境因素直接或间接地作用于体细胞的遗传物质 引起染色体或DNA的改变 在此基础上 体细胞去分化并无限制地增殖而形成肿瘤细胞 又经过促进和进展等过程 最后形成各种恶性肿瘤 因此 人体肿瘤的发生是有一定的遗传基础的 它是一种体细胞遗传病 3 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 4 肿瘤 一群生长失去正常调控的细胞形成的新生物 neoplasm 肿瘤 良性肿瘤 恶性肿瘤 85 为癌 上皮组织肠癌 乳腺癌2 为肉瘤 间叶组织纤维瘤 脂肪瘤5 为淋巴瘤 淋巴细胞或组织3 为白血病 白细胞 粒细胞性淋巴细胞性单核细胞性 肿瘤细胞是一个累积了不同基因突变的体细胞 这些突变共同导致了细胞增殖的失控 属于体细胞遗传病 5 5 癌发生于一个细胞的 恶变 克隆 癌起源于单细胞的恶变癌有家族性和散发性 发生在生殖细胞的突变是可遗传的 肿瘤的发生多因素 多基因 多阶段 多途径 几个观点 6 癌发生涉及多个基因的变化 细胞水平 癌是体细胞遗传病基因水平 癌是多基因病癌的发生与常见的复杂性疾病一样 也是由遗传因素 基因变化 和环境相互作用的结果 癌是多因素病癌的遗传事件不是单一而是多途径如DNA甲基化 癌是多途径机制癌的发生经历基因多次突变的累积 其发展是一个多阶段的过程 癌是多阶段 早发现 早治疗 早预防 7 致癌因子 8 尽管人们都接触各种致癌因子 但并非人人都发生肿瘤 这表明还存在个体的易感性 个体易感性在很大程度上是遗传因素决定的 肿瘤与遗传 由此可见 肿瘤的发生是环境和遗传因素共同决定的 9 第一节环境因素与肿瘤发生 10 一 化学致癌物是80 90 人类肿瘤形成的病因 大量的动物实验证实 肿瘤发生需要两个主要阶段 即始动阶段和促进阶段 当细胞暴露于一定量的始动剂可能癌变时 标志始动阶段的开始 始动阶段通常是快速的 且不可逆转 促进阶段的特点是肿瘤细胞 始动细胞 的永生化和克隆化 此外 促进阶段的因素 促进剂 不直接影响DNA 故对细胞的影响是可逆的 11 一 始动阶段肿瘤始动阶段的致癌物是一系列天然的或人工合成的化合物 分为直接作用和间接作用化合物或致癌物前体 前者自身为致癌物 后者通过体内代谢最终转变为致癌物 12 二 促进阶段当经历始动阶段的细胞暴露于促进剂时 遗传损伤的细胞数将增加 随着持续分裂 这些具有遗传突变的细胞将面临着选择 因此 促进阶段涉及癌前病变细胞的增殖 恶性转化及肿瘤的进展等 13 促进剂不致突变 是通过诱导细胞增殖机制而起到促进肿瘤的作用 如蛋白激酶C是磷酸肌醇信号传导通路的复合物 正常情况下受控于第二信使乙酰甘油 TPA 纤维蛋白酶原激动子 激活蛋白激酶C 活化的蛋白激酶C引起靶蛋白的磷酸化 最终刺激细胞增殖 14 二 辐射辐射能量 如紫外线或电离辐射 在体外使细胞转化 在体内诱发肿瘤 辐射起致突变作用 通过造成DNA损伤而引起细胞的恶性转化 15 紫外线有三种波长 UVA 320 400nm UVB 280 320nm 和UVC 200 280nm UVB易被DNA碱基吸收 引起DNA碱基的改变 因此 被认为与皮肤癌的发生有关 16 电离辐射包括电磁辐射 X 线和 线 和特殊辐射 粒子 粒子 原子和中子 自然环境的一部分 具有致癌性 电离辐射是广泛的致癌物 可以诱导几乎任何年龄 任何物种的任何组织癌变 与紫外辐射不同 单独置于电磁辐射足以形成肿瘤 17 三 病毒现已发现大量与人类肿瘤相关的DNA和RNA病毒 这些病毒是通过整合到宿主细胞DNA而发挥作用的 对DNA肿瘤病毒而言 癌基因是病毒基因组的整合部分 对RNA肿瘤病毒而言 癌基因为病毒的供体 即病毒RNA经逆转录变为前病毒 再整合到宿主基因组 18 常见的DNA肿瘤病毒 EBV 乳头瘤病毒 HPV 和乙肝病毒 常见的RNA病毒 人类T细胞白血病病毒和人类免疫缺陷病毒 EBV主要与Burkitt淋巴瘤和鼻咽癌的发生相关 98 非洲人Burkitt淋巴瘤有EBV感染史 100 的鼻咽癌有EBVDNA 免疫缺陷病毒可以引起艾滋病和肿瘤在内的多种疾病 19 20 第二节肿瘤发生的遗传因素 如果一个家族的几代中有多个成员患相同器官或不同器官的肿瘤 则称这样的家族为癌家族 特点 1 某类肿瘤的发病率高 如腺癌 2 家系中原发性恶性肿瘤的发病率高 约20 3 发病年龄较早 4 通常按AD的方式进行 21 一 肿瘤的家族聚集现象1 癌家族 cancerfamily Lynch癌家族综合征 特点 1 肿瘤发生率高 2 某种肿瘤 腺癌 肉瘤 发病率高 3 肿瘤有多发性 部位 4 发病年龄早 5 符合常染色体显性遗传特点 22 23 以乳腺癌为主的癌家族综合征 多发脑瘤 骨肉瘤 白血病 肺癌 结肠癌等其它原发性肿瘤 呈AD 在30岁以前发生某些侵袭性癌的机会接近50 Li Fraumeni综合征 LFS 24 2 家族性癌 familailcarcinoma 指一个家族中多个成员患同一类型肿瘤 特点 1 一般为较常见的肿瘤 如乳腺癌 结肠癌 胃癌等 2 大多数是散发的 只有少数有家族聚集现象 3 家族中患者的一级亲属发病率通常高于一般人群3倍 4 遗传方式为多基因遗传 二 肿瘤发生率的种族差异不同种族中某些肿瘤发病率有明显差异例如 鼻咽癌中国人马来人印度人13 3 3 0 4移居到美国的华人比美国人高34倍松果体瘤日本比其他民族高十余倍 种族差异主要是遗传基础差异所致 在肿瘤发生中也起作用 25 三 环境因素致癌的个体差异 26 物理致癌 如紫外线 X射线 其他射线等 化学致癌 包括摄入或吸入各种致癌化学物质 生物致癌 如各种肿瘤病毒 某些霉菌等 暴露于相同致癌因素中的人群 有些人患肿瘤 而另一些人却能活过正常寿命期 说明个体对环境中的致癌因素存在着差异 个体对肿瘤的易感性存在个体差异 微效多基因累加效应 四 同卵双生子发病一致率研究77对白血病患者双生子调查 同卵双生者发病一致率高遗传因素20对同卵双生子发病部位调查 患者患同一部位的同样肿瘤遗传因素 27 80 100 第三节染色体异常与肿瘤 数目异常结构异常肿瘤细胞是具有染色体异常的缺陷细胞 细胞内染色体的不稳定是产生肿瘤的根本原因 Boveri1914肿瘤的染色体理论 28 29 每一个正常细胞中有一种特殊的排列可以抑制细胞分裂 假定存在一些抑制分裂的染色体 它的丢失将引起肿瘤细胞的无限生长 另一方面 假定还存在促进分裂的染色体 当受到某种刺激激活时 细胞就发生分裂 由此可推断恶性肿瘤细胞的快速无限增殖的趋势 是由于促进分裂的染色体的持久优势所致 TheodorBoveri 1911 今天 大量的科学证据表明 抑制细胞生长的染色体抑癌基因促进细胞生长的染色体癌基因 30 一 肿瘤的染色体数目异常 特点 1 肿瘤细胞的染色体数目变化大多是非整倍体变异 亚二倍体超二倍体亚三倍体亚四倍体 2 实体瘤 染色体数目多为三倍体左右 3 肿瘤细胞染色体的变化不是随机的 8 9 12 21染色体增多7 22 Y染色体减少 4 肿瘤组织中非整倍体细胞的比例与肿瘤的恶化程度 转移风险 治疗效果 复发率有相关性 31 标记染色体 markerchromosome 染色体断裂 重排形成的某种结构异常的染色体 特异性标记染色体 经常出现在同一种肿瘤内的标记染色体 对该肿瘤具有代表性 非特异性标记染色体 同一染色体异常出现在不同类型的肿瘤内或同一肿瘤出现不同的染色体异常 特异性标志染色体 费城染色体 14q 染色体 二 肿瘤的染色体结构异常 三 费城染色体 Philadelphiachromosome Ph 1960年 在美国费城的慢性粒细胞白血病患者骨髓和外周血淋巴细胞中 发现一个很小的近端着丝粒染色体 小于G组染色体 被称为Ph染色体 95 原因 der 22 t 9 22 q34 q11 2 易位结果导致9q 和22q Ph 32 33 t 9 22 q34 q11 2 9q 和22q Ph 95 34 Ph染色体的临床意义 1 作为慢性粒细胞白血病的鉴别诊断依据 2 用于慢性粒细胞白血病早期诊断依据 3 可作为慢性粒细胞白血病愈后判断依据 35 90 长臂增长的14号染色体 14q 原因 der 14 t 8 14 q24 q32 易位形成8q 和14q 染色体 同时伴有15号染色体的长臂末端缺失del 15 q13q15 四 Burkitt淋巴瘤 BurkittLymphoma 36 EB病毒感染 病理变化 37 结果8q24转移至14q32myc与IgH结合BCR1 22q11 ABL 9q34 易位癌基因激活融合基因 38 肿瘤中其他特异性标记染色体 39 染色体异常在肿瘤发生中的作用 染色体数目或结构改变可能导致不同的分子事件发生 包括基因的激活 失活 转录调节异常 扩增 缺失 并导致基因及相关区域的结构改变 染色体病与肿瘤 Down综合征患者急性淋巴细胞性白血病的发病率高达1 95 群体发病率为1 3000 Klinefelter综合征病人易继发乳房癌或性腺母细胞瘤 Turner综合征病人的条索状卵巢倾向于恶变为卵巢癌 一 癌基因的发现与识别 40 1910年 Rous发现鸡肉瘤病毒 RSV 提示病毒中存在着病毒癌基因 v oncogene 1970年 Martin分析野生型和变异株RSV病毒基因 证实其基因组中src病毒癌基因的存在 第五节癌基因 20世纪初 患白血病家禽细胞提取物注入正常家禽体内可引发白血病 提示肿瘤细胞中含有病毒 1969年 Huebner Hodaro提出癌基因假说 提示所有细胞中都含有致癌基因 41 80年代初 Weinberg等几个实验室通过转染实验证明人体细胞中的原癌基因之一H ras的存在 1975年 Evarmus Bishop证明正常细胞中存在与v src同源序列 称原癌基因 pro oncogene 或细胞癌基因 c oncogene 1971年 Duesberg分析野生型和变异株RSV病毒基因组 提示src基因在基因组RNA的3 端 且与生长和增殖无关 42 通过转染实验证明人体细胞中的癌基因H ras 43 理解 细胞癌基因是细胞正常生长 分化所必需的 是生长发育过程中所不可缺少的 在发育过程中的一定时间 一定组织中定量的表达 产生生命活动中所必需的蛋白质 促进某些生命过程的进行 使生长发育得以实现 在机体生长发育过程完成后多处于关闭状态 即不表达或低表达 一旦在错误的时间 不恰当地点 不适量表达即可能导致细胞无限制的增长而趋于恶性转化 44 正常细胞内存在细胞癌基因 病毒通过转导作用从正常细胞中复制细胞癌基因 并纳入病毒基因组中 使其转变为使靶细胞发生恶性转化的病毒癌基因 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 45 理解 细胞癌基因是细胞正常生长 分化所必需的 是生长发育过程中所不可缺少的 在发育过程中的一定时间 一定组织中定量的表达 产生生命活动中所必需的蛋白质 促进某些生命过程的进行 使生长发育得以实现 在机体生长发育过程完成后多处于关闭状态 即不表达或低表达 一旦在错误的时间 不恰当地点 不适量表达即可能导致细胞无限制的增长而趋于恶性转化 46 1 广泛存在于生物界中 从酵母到人的细胞普遍存在 2 在进化过程中 基因序列高度保守 3 它们存在对维持细胞正常生理功能 调控细胞生长 增殖和分化起重要作用 4 在机体生长发育过程完成后多处于关闭状态 即不表达或低表达 5 在某些因素 逆转录病毒 射线 化学诱变剂等 作用下 发生数量上或结构上的变化时 一旦被激活 就会转变为癌基因 使细胞癌变 癌基因特点 二 原癌基因的功能和分类 一 生长因子通过与特异的细胞膜受体结合 刺激细胞生长活性等多效应的多肽类物质 sis家族 人血小板源生长因子间叶组织细胞分裂生殖 二 生长因子受体具有酪氨酶激酶活性 与生长因子结合可启动细胞核内的有关基因 从而促进细胞分裂增殖 src家族 表皮生长因子受体 47 依其编码产物功能及生化特性的不同分类 四 核转录因子调控目的基因或基因家族表达的核蛋白 是转录起始过程中RNA聚合酶所需的辅助因子 c mycmybfosjun 五 细胞凋亡调控因子调节正常细胞增殖与程序性死亡之间平衡的因子 bcl 2 48 三 信号转导因子一系列胞内信息传递体系 将接受到的生长信号由胞内传至核内 促进细胞生长 ras家族 49 50 癌基因在细胞内的分布 三 原癌基因的激活机制 一般分为3类 基因突变基因扩增染色体重排 51 一 基因突变 genemutation 原癌基因发生单个碱基突变 移码突变 基因重排或其它结构改变 使其编码的蛋白质结构发生变化而被激活 52 膀胱癌基因ras K rasN rasH ras121361 53 二 基因扩增 geneamplification 双微体 doubleminute DM 扩增的DNA脱离染色体 分散为成双球型的染色质小体 均染区 homogeneouslystainingregion HSR 是染色体显带染色时在正常区带之外的一段均匀染色区域 基因拷贝倍增神经母细胞瘤N myc200倍 原癌基因通过复制使其拷贝数大量增加而激活 三 染色体重排染色体断裂与重排 导致无活性或活性较低的细胞癌基因在染色体上的位置发生改变 易位到启动子 增强子或转录调控原件附近 或与其他高表达基因形成融合基因而被激活 54 1 转录激活 1 启动子插入 病毒中具有启动子功能的片段 一旦整合到细胞癌基因旁可使之激活 55 原癌基因由于易位至免疫球蛋白或T细胞受体基因附近 使原癌基因的转录受其调节因子的调控 异常表达而激活 2 易位 2 融合基因的产生 56 原癌基因abl 9q34 和bcr 22q11 融合 形成融合基因bcr abl 编码的融合蛋白具有较高的酪氨酸激酶活性 从而致病 慢性粒细胞白血病 第四节肿瘤抑制基因 57 肿瘤抑制基因 tumorsuppressorgene TSG 正常细胞中存在的一类具有抑制肿瘤发生基因 抑癌基因与原癌基因区别 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 抑癌基因是隐性基因 一个抑癌等位基因发生突变 不会发生致癌效应 即只有当一对等位基因突变形成隐性纯合 才丧失功能 失去抑制肿瘤发生的作用 故亦称隐性癌基因 Harris 1969 58 一 肿瘤抑制基因的发现 一 体细胞杂交实验 证实 特定的正常染色体可抑制各种癌细胞的致瘤性生长 推测 在正常细胞中可能存在另一种抑制肿瘤的基因 二 克隆第一个TSG RB 1976年 Francke检测多个视网膜母细胞瘤 RB 患者Chr缺失情况 最后确定于13q14 59 1985年 Cavanee证明在RB肿瘤细胞中存在13q14的杂合性丢失 且丢失的是正常等位基因 杂合性丢失 肿瘤细胞中杂合性等位基因中的一个丢失的现象 60 1983年 Cavanee用13q12 q14片段为探针 经杂交实验确证存在此区域存在一个4 7kb的基因 1986年 Friend首先分离一cDNA克隆 LeeWH进行了RB基因测序 1988年 SuHuangHJ用反转录酶为载体将RB基因导入RB细胞系 基因表达并抑制肿瘤特征 证实RB是一个肿瘤抑制基因 61 二 部分重要的肿瘤抑制基因 一 视网膜母细胞瘤基因 retinoblastomagene RB 62 Rb与细胞周期 G1 S G2 M Cyclin cdk 磷酸化 P16 P21 P27等 Rb及其产物在细胞周期的G1期发挥调控 Rb蛋白质是细胞周期G1 S期的调节因子 起DNA复制阻断的作用 它能与转录因子E2F结合 抑制DNA复制 Rb的突变使其蛋白质失活 E2F被释放 诱导DNA不断复制 使细胞无休止地分裂 50 的肿瘤细胞中 可以检测到p53发生了突变与RB作用相似 亦为隐性纯合性致癌 63 二 p53基因 393 17 64 P53与细胞周期 参与 细胞周期调控DNA修复细胞凋亡 65 P53与细胞增殖 能与DNA损伤部位结合的ATM磷酸化P53 磷酸化P53上调p21Cipl基因的转录 P21Cipl能与多种CDK cyclin复合物结合 抑制CDKs的激活 阻滞G1 S的过渡 为DNA修复提供足够时间 66 P53促凋亡机制P53通过与Bcl 2基因相互作用 下调Bcl 2的表达 P53诱导细胞凋亡的靶蛋白表达 线粒体和死亡受体介导 P53诱导线粒体内凋亡的相关蛋白 Bax NOXA PUMA 表达 并触发细胞色素C释放和caspase活化 P53诱导死亡受体Fas表达 P53能使死亡受体再定位于细胞膜上 第六节肿瘤发生的遗传学说 67 一 肿瘤的单克隆起源假说 肿瘤是由单个突变细胞增殖的后代 即为突变细胞的单克隆增殖细胞群 68 肿瘤克隆特性例证 1 Burkitt淋巴瘤中的所有淋巴瘤细胞都发生相同的染色体重排 t 8 14 q24 q32 t 2 8 p12 q24 t 8 22 p24 p11 q32 82 69 肿瘤克隆特性例证 X连锁基因 葡萄糖 6 磷酸脱氢酶基因G6PD活性染色体鉴定 2 女性恶性肿瘤 所有肿瘤细胞都含有相同失活的X染色体 视网膜母细胞瘤 RB 70 遗传性非遗传性 散发型 AD遗传散发家族史无双侧单侧 约90 早发晚发20 25 75 80 二 肿瘤的二次突变学说 20世纪70年代 Knudson 同是一种肿瘤 为什么既有遗传型又有散发型 发病年龄又不同呢 1971年 Knudson提出二次突变学说 twohitstheory 用来解释肿瘤发生中遗传因素的作用方式 71 1 遗传性病例中 第一次突变发生于生殖细胞或由父母遗传而来 结果患儿出生时每一个细胞均带有一个突变 成为突变的杂合子 2 在此基础上 若在出生后体细胞发生第二次突变 两次突变累加 即可完成始动 initiation 而从良性细胞变成恶性细胞 二次突变学说 72 3 恶性细胞在一定条件下 形成增殖优势 即可完成促进阶段 形成恶性细胞克隆 4 在非遗传性病例中 两次突变都是体细胞突变 而且必须在同一个体细胞中两次发生独立才能完成始动的过程 这种机会比较少 需要经过漫长过程的积累 73 三 肿瘤发生的多步骤损伤学说 74 肿瘤的发生过程中 涉及多个基因的联合作用 每个基因的改变只完成其中的一个步骤 1983 Land等 75 结肠癌形成模式图 APC 结肠癌基因原癌基因DCC 结肠癌缺失的基因 抑癌基因 76 1 细胞癌变往往需要多个肿瘤相关基因的协调作用 经过多个阶段的演变 不同阶段涉及不同肿瘤相关基因的激活与失活 2 基因的失活在时间上有先后顺序 在空间位置上也有一定的配合 这些基因共同作用 最终形成肿瘤的表型 转录水平的改变 启动子插入DNA扩增 转录产物结构的改变 基因突变基因融合 癌基因活化形式 第七节临床上的遗传肿瘤 77 一 常染色体显性遗传的恶性肿瘤综合征 少数来源于神经或胚胎组织的肿瘤常为遗传性肿瘤 这些肿瘤按常染色体显性遗传方式遗传 常为双侧性或多发性 发病早于散发型病例 遗传性肿瘤虽然少见 但在肿瘤病因学研究上有重要意义 一 视网膜母细胞瘤 Retinoblastoma RB 1 起源 视网膜核层原始细胞 多在儿童期 多在4岁以前 发生率约1 20000 1 100002 临床表现 早期为眼底灰白色肿块 多无自觉症状 以后肿瘤长入玻璃体 使瞳孔呈黄色光反射时 才容易被发现 称为 猫眼 此后穿破角膜 巩膜向眼外生长 78 视网膜母细胞瘤 RB 79 遗传性非遗传性 散发型 AD遗传散发家族史无双侧单侧 约90 早发晚发20 25 75 80 肿瘤抑制基因rb为肿瘤抑制基因 二 肾母细胞瘤 Wilms瘤 WT 1 起源 起源肾内残留的后肾胚芽组织 婴幼儿恶性胚胎肿瘤 发病率为1 10000 3 4的肿瘤发生在4以前 90 在20岁前发生 2 临床表现 患者腹部有无症状的肿块 巨大肿块的下缘可进入盆腔 出现血尿