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第九章肿瘤遗传学 1 掌握癌基因 原癌基因 抑癌基因的概念2 掌握肿瘤发生的遗传学基础和癌基因激活的途径3 了解常见的癌基因 抑癌基因的特点即作用机制 指生长失去正常调控而无限制地自主增生的细胞群 体细胞遗传物质的突变是肿瘤形成的直接原因 肿瘤细胞是一个累积了不同基因突变的体细胞 故肿瘤属于体细胞遗传病 肿瘤 Tumor 恶性肿瘤的三个共同特征 自主性生长浸润性生长和转移灶形成癌细胞的特性可传递给它的子细胞 我国癌症死亡率 1994 肿瘤的分类及命名 1 按生长特性分类 分为良性肿瘤和恶性肿瘤 2 按组织来源分类 按不同组织来源分为 间胚叶肿瘤 如 纤维瘤 纤维肉瘤 上皮组织肿瘤 如 腺瘤 腺癌 神经组织肿瘤 如 神经纤维瘤 神经纤维肉瘤 其它杂类肿瘤 如 畸胎瘤 恶性畸胎瘤 畸胎癌 肿瘤的分类及命名 3 命名良性肿瘤 组织来源十瘤如 甲状腺瘤恶性肿瘤 上皮发生的恶性肿瘤 癌 组织来源 癌如 鳞状上皮发生叫鳞状上皮癌腺上皮发生叫腺癌胎盘组织的绒毛滋养叶细胞发生的叫绒毛膜上皮癌间胚叶发生的恶性肿瘤 肉瘤 组织来源 肉瘤如 纤维组织发生叫纤维肉瘤骨 骨肉瘤淋巴组织 淋巴肉瘤其它 肾母细胞瘤 视网膜母细胞瘤 白血病 黑色素瘤 恶性黑色素瘤 肿瘤的分类及命名 一 遗传病与肿瘤 一 遗传病与肿瘤1 染色体病的癌变倾向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 2 单基因病的癌变倾向 1 视网膜母细胞瘤 可根据受累眼睛的不同 分为单侧性和双侧性两种 约40 患者为遗传型 呈AD遗传 2 肾母细胞瘤 二 遗传性肿瘤 hereditarytumors 罕见 1 15000 AD Cat seye 1 视网膜母细胞瘤 retinoblastoma RB 视网膜母细胞瘤 基因定位 13q14 1 q14 2RB基因突变 RBRB RBrb rbrb 视网膜母细胞瘤的典型家系 2 肾母细胞瘤 WT 致病基因 11p13Wilms瘤基因 WT 是一种抑癌基因 患者肿瘤组织中有WT基因的纯合缺失 正常组织中为杂合子 符合二次突变论 第一节遗传性肿瘤和染色体不稳定性综合征 某些AR遗传病患者 存在DNA修复系统的缺陷 因而染色体具有不稳定性 易于断裂而重排 特点 至少对一种DNA损伤因子有高度敏感性 具有遗传不稳定性和对肿瘤易感性 这类患者易患白血病或其他肿瘤 临床特征 身材矮小 发育迟缓免疫功能缺陷日光敏感性面部红斑轻度颜面畸形30岁前多发肿瘤和白血病 一 Bloom综合征 Bloom ssyndrome BS Bloom综合征 Bloom综合征 细胞遗传学改变 染色体易发生断裂和结构畸形 颊粘膜细胞在分裂间期可见细胞内出现多个微核结构 Bloom综合征 细胞遗传学改变 姐妹染色体交换率 SCE 增高 细胞遗传学改变 四射体存在 基因定位于15q26 1 基因全长4 5kb 编码产物是RecQDNA解链酶家族成员 Bloom综合征 BLM基因 二 Fanconi贫血 fanconi sanemia FA 儿童期的骨髓疾病 AR 特点 进行性全血细胞减少 又称先天性全血细胞减少症 生长发育迟缓 有贫血 易疲乏 易出血和感染等症状 肿瘤发病率高 染色体自发断裂率增高 单体断裂 裂隙等畸变多 双着丝粒体 断片 核内复制也常见 约10 患者转变为白血病 且死于本病者比正常人群高约20倍 Fanconi贫血 FA细胞对于一些交联剂如丝裂霉素C等反应敏感 缺少核酸外切酶 因而对用交联剂诱发的交联缺乏修复能力 根据染色体不稳定性的体现以及FA细胞对交联剂敏感性的检测可对该病作出诊断 Fanconi贫血 三 共济失调性毛细血管扩张症 ataxiatelangiectasia AT AR 临床特征为小脑性共济失调 眼毛细血管扩张 各种免疫缺陷及肿瘤易感性高 常死于感染性疾病 多见于儿童期发病 6岁以后眼和面 颈部出现瘤样小血管扩张 AT患者对电离辐射敏感 也有较多的染色体断裂 染色体畸变非随机性 常见有14 14易位或其他涉及14号染色体的改变 14q12为断裂热点 致病基因 AT 11q22 共济失调性毛细血管扩张症 四 着色性干皮病 xerodermapigmentosum XP 皮肤对紫外线敏感 异常皮肤色素沉着 早发性皮肤癌 着色性干皮病 着色性干皮病 遗传性核酸内切酶缺乏 切除修复缺陷 第二节染色体异常与肿瘤 染色体异常既是细胞癌变的原因也是细胞癌变的结果 数目异常结构异常染色体异常是癌细胞遗传学的基本特征细胞内染色体的不稳定是产生肿瘤的根本原因 Boveri1914 34 同一肿瘤的每个细胞具有共同的染色体特点经分裂 增殖而成的克隆同一突变细胞但由于各种因素影响 克隆癌细胞核型有不同变化 克隆演化 cloneevolution 主导克隆 干系 stemline 众数 modalnumber 非主导克隆 旁系 sideline 一 数目异常 多为非整倍体或异倍体 数目异常 特点 1 实体瘤 二倍体到四倍体之间 其中二倍体左右和三倍体到四倍体之间的情况多见 2 癌性积水 染色体数目波动幅度较大 注意 数目改变与肿瘤恶性程度不成正比 二 染色体结构异常 特异性标记染色体 markerchromosome 在某种肿瘤或某类肿瘤中恒定出现 具有特定形态的结构异常染色体 对该肿瘤具有代表性 1 慢粒白血病 CML 的Ph染色体 2 Burkitt淋巴瘤的14q 染色体 二 染色体结构异常 标记染色体 markerchromosome 1 Ph染色体 1960年首先在美国费城的CML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Ph1染色体 t 9 22 22pter 22q11 9q34 9qter 1 Ph染色体 原因 t 9 22 q34 q11 易位结果导致9q 和22q Ph1 意义 诊断依据 约95 的CML病例中存在Ph1染色体 早期诊断依据 Ph1染色体先于临床症状出现 预后判断依据 Ph1阴性CML对治疗反应差 预后不佳 1 Ph1染色体 2 14q 染色体 t 8 14 q24 q32 见于75 的Burkitt淋巴瘤 2 14q 染色体 三 染色体脆性部位与肿瘤 染色体脆性部位 染色体上某一点由于其分子结构上的特点 在一定条件下 如叶酸缺乏时 易于发生变化而成裂隙或断裂 分类 1 罕见型2 普通型 脆性部位与肿瘤的发生 恶性淋巴瘤细胞 易位t 12 14 q13 q32 染色体脆性部位12q13的表达高达13 急粒白血病 倒位inv 16 p13q22 染色体脆性部位16q22也有35 36 的表达率 常见型脆性部位表达率增高反映染色体稳定性降低 47 第三节癌基因和抑癌基因 肿瘤发生的分子基础 48 癌基因的发现 1910年Rous发现鸡肉瘤病毒 RSV RNA反转录病毒 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 命名为V Src 1976年Bishop证明正常细胞中存在与v oncogene同源序列 细胞癌基因c oncogeng或原癌基因 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癌基因H ras 现已发现100多种的oncs 49 病毒癌基因是存在于肿瘤病毒基因组中 使靶细胞发生恶性转化的基因 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 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 50 通过转染实验证明人体细胞中的癌基因H ras 51 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 52 原癌基因 proto oncogene 正常细胞内存在的 参与细胞生长分化并具有使细胞癌变潜能的基因癌基因 oncogene 使细胞发生癌变 引起细胞无限增殖和恶性转化的基因 在肿瘤细胞中原癌基因往往被激活 处于活跃表达的状态 蛋白激酶 信号转导蛋白 生长因子 核内转录因子 细胞癌基因的分类 程序性细胞死亡调节因子 蛋白激酶类 proteinkinase 产物均属酪氨酸激酶受体 各种生长因子与相应受体结合 能引起受体酪氨酸激酶活化 引起细胞增殖 C fms C ros C trk C kit和C met等 产物为生长因子 能与相应细胞生长受体结合并引起细胞的增殖 C sis C int2 C hst等 生长因子类 growthfactor 信号转导蛋白类 singletransductionprotein 产物为在细胞内起信号传导作用的G蛋白类 生长因子与相应的受体结合后 通过细胞内系列分子间的相互作用 最终把信号传至核内 引起细胞增殖 C ras C src C abl C yes C raf C mos等 核内转录因子类 transcriptionfactor 产物为DNA结合蛋白 参与基因的表达和复制的调控 C mys C jun和C fos等 程序性细胞死亡调节因子可以使细胞不受程序性死亡调节 可以使细胞产生无限增值并容易形成肿瘤 如BCL 2 59 癌基因在细胞内的分布 60 癌基因的激活机制 细胞中原癌基因可以通过一些机制被激活 导致基因表达或过表达 从而使细胞癌变 一般分为4类 基因扩增启动子插入激活点突变染色体易位或重排 61 1点突变 pointmutation 单个碱基突变而改变了编码蛋白质的功能使癌基因激活 K rasN ras H ras 12 13 61codon突变 62 2基因扩增 geneamplification 细胞学 均质染色区 HSR 缺少正常深 浅染色区的染色体某个节段双微体 DM 染色体区域重复复制形成的许多DNA片段释放到胞浆中形成分散的 成双的染色体小体 是一对环状 约1Mb长的DNA片段 由于没有着丝粒 DMs随机分配到子代细胞中 分子水平 基因拷贝倍增 神经母细胞瘤N myc 双微体 64 3染色体易位 基因重排染色体断裂与重排导致细胞癌基因在染色体上的位置发生改变 易位到启动子或增强子附近而被激活 或与其他高表达基因形成融合基因 CMLt 9 22 9q 和22q Ph1 BLt 8 14 8q 和14q 65 如逆转录病毒感染细胞后 其基因组两端的长末段重复序列 LTR 插入到c onc的适当位置 其启动子可使c onc激活 这是动物细胞c onc的主要激活方式 4 病毒诱导与启动子插入 66 人类肿瘤的代表性癌基因及其分类前癌基因作用癌基因活化机制亚细胞定位人类的肿瘤生长因子 PDGF 链sis过度表达细胞外星形细胞 骨肉瘤 乳腺癌等FGFhst 1过度表达细胞外胃癌 胶质母细胞癌生长因子受体 具蛋白质激酶活性 EGFR家族erb B1过度表达透膜肺鳞癌 脑膜瘤 卵巢癌等erb B2扩增透膜乳腺癌 卵巢癌 肺癌 胃癌等erbB 3过度表达透膜乳腺癌csf 1受体fms点突变透膜白血病参与信息转导蛋白质 结合GTPH ras点突变胞膜内甲状腺癌 膀胱癌等K ras点突变胞膜内结肠癌 肺癌 胰腺癌等N ras点突变胞膜内白血病 甲状腺癌细胞核调节性蛋白质 转录活化物c myc易位核内Burkitt淋巴瘤N nyc扩增核内神经母细胞瘤 肺小细胞癌L myc扩增核内肺小细胞癌 67 二 肿瘤抑制基因 抑癌基因 TumorSuppressorGene TSG 正常细胞中存在的一类调节细胞生长增殖分化的基因 具有抑制肿瘤细胞增殖作用 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 肿瘤抑制基因的突变 则是隐性的 一个肿瘤抑制等位基因发生突变 不会发生致癌效应 即只有当其一对基因拷贝失活 丧失功能后 形成隐性状态才失去抑制肿瘤发生的作用 故亦称隐性癌基因 68 TSG研究的途径 发现TSG的方法和证据 细胞融合实验克隆第一个TSG RB1 69 细胞融合实验 Harris 1971 应用微细胞技术将含有一条正常Chr的微细胞与肿瘤细胞融合 可抑制肿瘤 这为寻找TSG提供线索 70 克隆第一个TSG RB1 细胞遗传学证据 1976年对多个RB患者Chr缺失鉴定 最后确定于13q14 RB1基因分子遗传学证据 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又克隆了三个重叠的cDNA克隆 进行RB基因测序 1988年SuHuangHJ用反转录酶为载体将RB导入RB细胞系 基因表达并抑制肿瘤特征 证实RB1是一个TSG RB1 200kb长 27exonsmRNA4 7kb 编码105kd蛋白 928个氨基酸 是一与DNA结合的磷酸化蛋白质 具有 GGAAGTA元件 受p53调节 72 RB基因 第一个被克隆的TSG 肿瘤抑制基因及其产物基因名称染色体定位诱发的肿瘤类型Rb13q14视网膜母细胞瘤 骨肉瘤 小细胞肺癌 乳腺癌等WT111p13儿童肾细胞瘤 肺癌等P5317p13 1多种肿瘤NF117q11 2神经纤维瘤 肉瘤 胶质瘤P216p21 1多种肿瘤APC5q21家族性腺瘤息肉DCC5q21 22家族性腺瘤息肉 p53基因 基因定位 17p13 1 全长20kb 与目前已知的任何一种肿瘤抑制基因和癌基因相比 P53基因在50 左右的人类恶性肿瘤中存在变异 占第一位 三 肿瘤转移基因与转移抑制基因 肿瘤