分子诊断-基因治疗-1-a.ppt

一概述 病理学在经历了几个阶段器官病理学组织病理学细胞病理学免疫病理学 随着50年代DNA双螺旋结构的发现 有关人类遗传物质 基因的研究进入了分子时代 肿瘤基因和病毒基因研究的新发现 特别是细胞分子生物学基础理论和技术方法出现了革命性的创新并日益完善成熟 使人类生物医学进入了分子水平时代 病理学的发展也不例外 将病理学这门有着悠久历史的学科推进到分子水平 逐步形成了分子病理学 病理学诊断也由以形态学观察为基础逐步进入分子水平 既分子诊断 分子病理学 应用细胞分子生物学的理论和技术方法 对人类疾病发生发展 发病原因 机制 疾病的形态变化从分子or基因水平加以认识 病理学诊断也由以形态学观察为基础逐步进入分子水平 既分子诊断 以探查基因的变化来达到诊断疾病的目的 分子诊断的特点 灵敏度高 基因虽然微量 难以检测 但目前已有使用基因or其片段高度扩增的PCR技术 以及应用高灵敏度的基因探针 即可探测 特异性强 基因诊断检测的目标是基因 不同的基因的碱基序列各不相同 检测基因的分子生物学方法亦是高度特异性的 适用范围广 目前主要应用于 人类遗传病的基因诊断or产前诊断 肿瘤 感染性疾病病原体 细菌 病毒 多基因病 组织器官移植配型 法医学 个人识别 个人特异性的DNA指纹图 亲子鉴定 其中肿瘤的分子诊断涉及到 多种恶性肿瘤 癌前病变 诊断的基因涉及多种癌基因 抑癌基因及相关基因 二分子诊断在肿瘤研究中的意义和应用1肿瘤易感基因的检测 肿瘤分子遗传学研究发现 部分肿瘤的发生具有遗传学基础 故肿瘤遗传相关的易感基因检测对于肿瘤高危人群的筛测具有实用价值 已明确的肿瘤易感基因及相关肿瘤有 Rb1 视网膜母细胞瘤 为抑癌基因 定位于13q14 1染色体 基因产物位于细胞核 APC 家族性腺瘤性息肉病 该基因定位于5q21染色体 基因产物位于细胞膜 功能不清 WT1 肾母细胞瘤 该基因定位于11p13染色体 基因产物位于细胞核 BRCA1 乳腺癌 卵巢癌等 该基因定位于17q21染色体 基因产物位于细胞核 为核内磷酸化蛋白与激素信号传导有关 抑癌基因与相关肿瘤抑癌染色体基因产遗传性肿瘤散发性肿瘤基因定位物定位Rb13q14核内视网膜母细胞瘤视网膜母细胞瘤膀胱癌乳癌食道癌肺癌P5317p13核内膀胱癌乳腺癌食道癌肺癌肝癌卵巢癌淋巴瘤DCC18q12胞膜结肠癌直肠癌APC5q21胞浆家族性多发性腺瘤结肠癌直肠癌胃癌胰腺癌WT111p13核内Wilm s瘤Wilm s瘤P169q21核内黑色素瘤黑色素瘤膀胱癌乳腺癌肺癌肾癌卵巢癌BRCA117q21胞浆乳腺癌卵巢癌乳腺癌卵巢癌结肠癌直肠癌前列腺癌 二分子诊断在肿瘤研究中的意义和应用2肿瘤的分类 对BCR区基因重排的检测 可对慢性粒细胞性白学病进行诊断 该基因定位于22q染色体 该基因称为断裂点群区域基因 9q上的AB1基因与22q34 36区域基因序列相融合 对N myc和C myc的扩增和表达检测 对鉴别神经母细胞瘤和神经上皮瘤具有应用价值 N myc明显扩增和过度表达 神经母细胞瘤 C myc的扩增和过度表达 神经上皮细胞瘤 二分子诊断在肿瘤研究中的意义和应用3肿瘤的早期诊断 K Ras基因突变 在胰腺癌 结肠癌 肺癌中发生率较高 其突变点在第12编码子最常见 应用针吸活检检测胰腺癌中第12编码子突变 检出率达100 应用PCR RFLP 限制性酶切片段长度多态性 方法检测了结肠癌患者Ras基因突变达33 3 另有学者检测了有Ras基因突变的7例中 1例病人随访4年后发现了结肠癌 K Ras基因编码鸟苷酸结合蛋白 与GTPase结合 其突变降低了Ras蛋白与GTPase的结合能力 导致Ras蛋白与GTP的持续结合 从而促进细胞的生长作用 二分子诊断在肿瘤研究中的意义和应用4肿瘤的预后判断 肿瘤相关基因的突变 扩增及过表达等改变常与肿瘤的预后密切相关 如 P53基因突变与乳腺癌 肝癌 结肠癌等多种肿瘤预后相关 P53基因位于17p13 基因产物定位于细胞核 编码393个氨基酸组成的53KD的核内磷酸化蛋白 具有蛋白质 DNA和蛋白质 蛋白质结合的功能 p53是细胞周期中负调节因子 与细胞周期的调控 DNA修复 细胞分化 细胞凋亡等生物学功能有关 肿瘤转移抑制基因nm23的表达水平与肿瘤转移相关 Nm23位于17q22 基因产物定位于细胞浆 基因功能目前认为主要有以下几个方面 A 通过抑制细胞对血小板源性生长因子 胰岛素样生长因子 1反应而影响细胞运动和抑制肿瘤转移 B 通过影响细胞内微丝 微管与细胞骨架系统的聚合 解聚和G蛋白介导的信号传导 参与细胞周期的调控而调节癌细胞的转移潜能 C nm23基因上调c myc 促进转录发生 并调节肿瘤细胞与微环境的反应 促进基底膜形成而抑制肿瘤细胞生长和转移 CerbB 2基因的过表达与乳腺癌预后相关 上皮生长因子受体 为磷酸化蛋白 二分子诊断在肿瘤研究中的意义和应用5肿瘤的预见性治疗 肿瘤的发生是多基因 多步骤 多阶段的过程 在肿瘤发生 发展的不同时期 可能涉及不同的基因和不同的变化形式 与肿瘤临床治疗敏感性密切关联 如能在分子水平上对肿瘤基因变化提供指标 则对肿瘤的预见性治疗具有指导意义 如90 的胰腺癌 50 的结肠癌 30 的非小细胞肺癌存在Ras基因的激活 对放疗具有抵抗性 如能从基因水平上改变异常的基因状态 则可提高放疗敏感性 起动阶段促进阶段进展阶段 正常胃粘膜 萎缩性胃炎 肠化 异型增生 原位癌 转移癌 基因点突变基因扩增基因缺失or过量表达or重排Ras P53erbB2 EGFRApc P53 P16 Rb nm23 二分子诊断在肿瘤研究中的意义和应用6肿瘤的预后监测 如用多聚酶链反应 polymerasechainreaction PCR 技术可使白血病细胞检出率达到1 106左右 应用PCR技术检测周围血中的肿瘤细胞 可提高对肿瘤转移监测的准确性 分子诊断在肿瘤的监测方面具有重要意义 肿瘤的分子诊断主要集中于对癌基因 抑癌基因及相关基因的检测 分别在蛋白质 RNA和DNA水平进行判断 三肿瘤基因过表达及其检测1基因过表达的形式 癌基因的激活和抑癌基因的失活是肿瘤发生过程中的关键因素 癌基因的激活有多种表现形式 其中基因产物过表达为形式之一 癌基因一般为单拷贝基因 在肿瘤细胞内的一些癌基因在DNA复制过程中形成多拷贝 这种基因的扩增 使得基因过表达 表现为mRNA和蛋白质量的增加 抑癌基因在正常情况下维持细胞的正常周期 P53其野生型基因产物半衰期短而不易检测到 但突变后起到癌基因的作用 其产物半衰期延长 应用一定的方法即可在肿瘤细胞内检测到过表达的P53蛋白 人类肿瘤中的癌基因扩增癌基因肿瘤及扩增百分比 C myc乳腺癌 15 23 结肠癌 3 6 肺鳞状细胞癌 12 25 N myc神经母细胞瘤 10 31 c myc N mycorL myc肺小细胞癌 11 23 C mycorL myc肺腺癌 2 11 ErbB 2乳腺癌 16 33 胃癌和食道癌 5 13 卵巢癌 20 33 K ras乳腺癌 3 卵巢癌 4 8 肺癌 4 几种常见肿瘤癌基因的扩增率基因肿瘤类型扩增率 基因肿瘤类型扩增率 C erbB 2乳腺癌16 33N Myc肺腺癌2 11胃 食道癌5 13K Ras乳腺癌3 10卵巢癌20 33胰腺癌45胆囊癌45 58卵巢癌8 8肝癌25 45胆囊癌30 61C Myc乳腺癌25 30N Ras肝癌24结 直肠癌3 6胆囊癌40 60肝癌25 42肺鳞癌15 25 2基因过表达的检测 1 表达产物的检测 癌基因 抑癌基因其蛋白产物的过表达可以应用相应的抗体 通过免疫组织化学 Immunohistochemistry 方法检测肿瘤组织中蛋白产物 or蛋白印迹 WesternBlot 以及酶联免疫吸附实验 ELISA 方法检测肿瘤细胞or血清中的蛋白产物 免疫组化 在组织切片上进行 Or细胞爬片 特点 是保持组织结构的条件下原位进行分析 ELISA是在细胞悬液中进行 Westernblot既可对组织细胞进行分析 也可对释放至血液中的蛋白质进行检测 流式细胞仪 Flowcytometry 新一代测定蛋白质产物的方法 首先标记荧光于相应的抗体蛋白 与含有特异性抗原的细胞结合后 用流式细胞仪对不同荧光信号的细胞进行分类 测试 在已报道的研究结果中 许多肿瘤都存在其相关基因的蛋白产物过表达 如乳腺癌 C erbB 2表达 阳性率50 P53为50 并与其组织学类型 浸润 转移倾向和预后有关 P53基因产物在大多数肿瘤中都有过表达 包括胃癌 直肠癌 肺癌 食道癌 肝癌 卵巢癌等 2 基因扩增的检测 肿瘤基因的扩增可产生过量的表达蛋白 此外表现为基因拷贝数的增加和转录产物mRNA的增加 可通过分子诊断方法进行检测 经典的方法 核酸分子杂交 原位杂交 Insituhybridization ISH Southernblot DNA杂交 Northernblot RNA杂交 原位PCR 反转录PCR 核酸分子杂交 是检测核酸分子间序列同源性的一种技术 不同来源的核酸单链只要彼此间有一定的互补顺序 即可按碱基配对规则以氢键相结合 通常是先对一种核酸进行标记 如放射性同位素or荧光素 生物素等 作为探针 去探测另一核酸序列 先经过变性使DNA双链分开成单链 再进行杂交 可以是DNA DNA RNA RNA orDNA RNA之间进行 原位杂交 用标记的DNA或RNA为探针 在原位检测组织细胞内特定的DNA或RNA序列 用原位杂交技术检测肿瘤细胞内癌基因的mRNA可检出激活的癌基因 用不同种类的癌基因探针检测同一种癌组织内mRNA可以明确有哪些基因被激活 Southernblot 1975年由Southern提出并以其名字命名的一种DNA特定序列定位技术 基本原理 从组织细胞中提取基因组DNA 用一种or多种限制性内切酶酶切 通过电泳 转膜 原位变性固定于固相支持物 硝酸纤维滤膜or尼龙膜 用已标记的特异性DNAorRNA探针与固定有DNA的固相支持物杂交 经放射自显影or化学发光自显影 对显影条带进行分析 可以确定在众多酶解产物中某一特定序列DNA片段的位置和大小 最常见的研究对象为基因组DNA 也可以用于质粒DNA的片段分析 Northernblot 1977年Alwine等提出的一种类似于Southern的方法 主要用于分析mRNA 基本程序 提取组织细胞中的RNA 电泳 原位转移至固相支持物上 杂交 放射自显影or化学发光自显影 结果分析 以显示目标RNA所存在的位置 含量 PCR 聚合酶链反应 1983年美国PE Cetus公司的Mullis等人发明 1985年公开报道 该技术的发明在生命科学中掀起了一场革命 其实质就是一种在体外经酶促反应将特定的DNA序列进行高效 快速扩增的技术 反应体系 Taq酶 属DNA聚合酶 合成的DNA引物 Mg2 缓冲液 提供反应合适的酸碱度 三磷酸脱氧核苷酸dNTP 原位PCR 1992年建立 在组织细胞原位进行DNA扩增的定位 定性研究方法 PCR扩增技术 原位杂交技术相结合 通过PCR技术对靶核苷酸序列在染色体上or组织细胞内进行原位扩增 使基因拷贝数放大 再通过原位杂交方法检测 以达到对靶核苷酸进行定位 定性 定量分析 逆转录PCR RT PCR 为RNA的快速体外扩增的一种技术 RNA的扩增需将RNA转化为DNA 用逆转录酶来完成 首先合成的第一条链cDNA 以cDNA作为模板 再用特异的引物进行PCR扩增 四基因突变及其检测基因突变的结果使癌基因激活或抑癌基因失活 细胞表型发生变化和肿瘤发生 肿瘤细胞 可检测到突变的基因 癌前病变or癌前状态组织细胞 存在不同形式和不同程度的基因突变 在同一种肿瘤的不同发展阶段也可能会涉及多种基因不同形式的突变 1基因突变的形式 点突变 指基因在特定位置发生一个核苷酸的改变 使相应蛋白质的一个氨基酸改变 继而改变了蛋白质的空间构型和生物学功能 研究表明 大部分的肿瘤几乎都存在相应基因的点突变如肺癌 膀胱癌 结肠癌 胃癌 乳腺癌等存在H Ras K Ras N Ras的第12 13 61编码子的点突变 P53 P16 P15等几种抑癌基因也在多种肿瘤中存在点突变 人类肿瘤中的Ras基因突变Ras突变百分比 活化的Ras基因肺腺癌30K Ras结肠腺癌50K Ras胰腺癌90K Ras胆管腺癌90K Ras膀胱癌6H Ras乳腺癌 5K Ras宫颈癌25H Ras甲状腺癌 60H Ras K Ras N Ras黑色素瘤20N Ras精原细胞瘤40K Ras N Ras 人类肿瘤中P53基因突变热点和频率肿瘤类型突变频率突变热点 编码子 肺癌56157 248 273结肠癌50175 245 248 273食道癌45不确定卵巢癌44273胰腺癌44273皮肤癌44248 278胃癌41不确定 人类肿瘤中P53基因突变热点和频率肿瘤类型突变频率突变热点 编码子 头颈部鳞癌37248膀胱癌34280肝细胞癌45249乳腺癌22175 248 273甲状腺癌13248 273宫颈癌7273 基因缺失 指基因片段的缺失 Geneloses 缺失的范围差异较大 可以是1 2个碱基 也可以是一个片段 是另一种主要的突变形式 常见的缺失位点如乳腺癌的3p7q11p13q16q17p等 结肠癌的5q17p18q等 基因片段的缺失可使该基因激活 转录异常 使基因正常的生物学功能丧失 基因缺失是肿瘤形成的原因还是细胞恶性转化后的结果 仍值得深入探讨 基因易位或重排 某一基因在肿瘤细胞中从染色体的正常位置转移到其它染色体的某个位置上称易位or重排 Genetranslocationandrearrangement 易位与重排易使癌基因被激活 或使抑癌基因失活 从而使细胞恶变 细胞癌基因的编码序列在DNA分子上是不连续的 由内含子分隔 其中有些序列起到促进子和调节基因的作用 如染色体出现易位 重排等改变时 可使细胞癌基因与正常的抑制子分开而被置于活化DNA序列的控制之下 而使其活化 Burkitt淋巴瘤c myc基因8q24易位于2p11 慢性or急性粒细胞白血病 急性淋巴细胞白血病 癌基因Ab1从9号染色体易位于22号染色体 9q34 22q11 Ewing肉瘤 SiS基因从22号染色体易位于11号染色体 SiS基因编码生长因子类癌基因 其产物为PDGF 血小板生长因子亚单位 作用于PDGF受体 使细胞增殖 几种常见肿瘤的染色体易位常见肿瘤染色体易位涉及的癌基因小无裂细胞淋巴瘤t 8 14 q24 q32 c Myc滤泡性淋巴瘤t 14 18 q32 q21 Bcl 2Burkitt淋巴瘤t 8 2 q24 p11 c Myct 8 14 q24 q23 c Myct 8 22 q24 q11 c MycEwing肉瘤t 11 22 q24 q12 c Sis透明细胞肉瘤t 12 22 q13 q12 滑膜肉瘤t X 18 p11 q11 2 横纹肌肉瘤t 2 13 q35 q14 2基因突变的检测方法 PCR SSCP法 单链构象多态性法 sin