ch12 肿瘤遗传学.ppt

第十二章肿瘤遗传学,(cancergenetics),肿瘤泛指由一群生长失去正常调控的细胞形成的新生物，是在体细胞染色体或DNA改变的基础上，体细胞去分化并无限制地增生形成的。,肿瘤形成后可在原位继续生长，也可转移并进入其它组织器官，最终导致组织损伤和器官衰竭而死亡。,致癌因子,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。,outline,本章包括：染色体异常与肿瘤基因改变与肿瘤肿瘤发生的遗传学说遗传性恶性肿瘤举例,第1节染色体异常与肿瘤,几乎所有肿瘤细胞都有染色体异常，此乃癌细胞最重要的特征之一。染色体受到环境中物理、化学和生物等因素直接或间接的损伤是发生肿瘤的基础。,一、肿瘤的染色体数目异常,肿瘤细胞多数为非整倍体，其染色体的增多或减少并不是随机的，比较常见的是8、9、12和21号染色体的增多或7、22、Y染色体的减少。,染色体数目成倍地增加，但通常不是完整的倍数，为高异倍性。如许多实体性肿瘤染色体数可在34倍数之间。,同一肿瘤所有细胞的染色体异常可以是相同的（单克隆起源），也可以是不同的（多克隆起源）。但大多数肿瘤都可以见到1、2个干系（占主导数目的克隆）。,二、肿瘤的染色体结构异常,在56种人类肿瘤中已发现3152种染色体结构异常，包括易位、缺失、重复、环状染色体和双着丝粒染色体等。,结构异常的染色体,标记染色体,特异性,非特异性,最重要的特异标记染色体如：Ph染色体、14q+染色体,Ph染色体,即费城1号染色体，1960年在美国费城首次发现，故命名为Ph染色体。它是存在于慢性粒细胞白血病(CML)患者血中有一个小于G组的染色体。,经显带证明是9号和22号染色体长臂易位的结果。易位使9号染色体长臂上的原癌基因abl和22号染色体上的bcr基因重新组合成融合基因。此融合基因具有增高了的酪氨酸激酶活性，从而导致CML的发生。,大约95%的慢粒都是Ph阳性，因此可作为诊断依据。,t（9；22）（q34；q11）9q+和22q-（Ph1）（95%）,14q+染色体,在90%的Burkitt淋巴瘤（非洲儿童恶性淋巴瘤）病例中可以见到一个长臂增长的14号染色体（14q+）。这是一条8号染色体长臂末端的一段（8q24）易位到14号染色体长臂末端（14q32），形成了8q-和14q+两个异常染色体。c-myc基因易位到14号染色体的免疫球蛋白重链基因附近，置于免疫球蛋白H链基因的启动子控制之下，从而基因转录活性明显增高。增多的myc蛋白使一些控制生长的基因活化，最终导致细胞恶变,第2节癌基因,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。,这些基因原是正常细胞中的一些基因，是细胞生长发育所必需的，一旦这些基因在表达时间、表达部位、表达数量及表达产物结构等方面发生异常，就可以导致细胞无限增殖并出现恶性转化。,一、病毒癌基因与细胞癌基因,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肿瘤病毒基因组中、使靶细胞发生恶性转化的基因。,病毒癌基因,（viraloncogene，v-onc）,V-onc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。,1966NobelPrize,V-onc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。,即细胞癌基因，是指宿主序列中与病毒癌基因序列具有同源性的基因，它们能促进细胞的生长和增殖，是正常细胞生长所必需的。,原癌基因,（protooncogene，c-onc）,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。,二、细胞癌基因的分类与激活机制,分类,细胞癌基因按照其功能不同可以分为五大类：,转录因子,生长因子,生长因子受体,信号转导因子,程序性细胞死亡调节因子,原癌基因存在于细胞基因组中，是控制细胞生长和分裂的基因。编码多种类型的蛋白质-细胞生长和分裂的调控因子。,激活,不同的癌基因其激活的机制与途径不同，分为四大类：,病毒诱导与启动子插入,突变,基因扩增,染色体重排,体细胞内的原癌基因可以因点突变而成为癌基因，产生异常的基因产物；也可以由于点突变使基因摆脱正常的调控而过度表达。膀胱癌细胞株由于癌基因ras的12位密码子GGC变为GTC，使甘氨酸变为缬氨酸，结果导致细胞具有转化细胞的特征。,突变,（pointmutation）,基因扩增,原癌基因还可因某种原因自身扩增而过度表达,在肿瘤细胞尤其是胚胎神经组织的肿瘤细胞中,有时见到的双微体（DM）和染色体上的均染区（HSR）,就是原癌基因DNA片段扩增的表现。,（geneamplification）,由于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，使原来无（低）活性的的癌基因易位至启动子、增强子等附近;形成融合基因，产生异常的蛋白而使细胞转化。1.基因激活：Burkitt淋巴瘤，8；14易位，c-myc基因易位到14染色体的免疫球蛋白重链基因附近，使c-myc置于免疫球蛋白H链基因的启动子控制之下，其活跃的功能活性使c-myc基因转录活性明显增高。增多的myc蛋白使一些控制生长的基因活化，最终导致细胞恶变。2.基因融合：慢粒白血病：9；22易位，融合基因bcr-abl；,染色体重排,细胞癌基因附近插入一个强力的启动子，如反转录病毒基因组中的长末端重复序列，也可被激活。,病毒诱导与启动子插入,第3节肿瘤抑制基因(tumorsuppressorgene),又称为抑癌基因或抗癌基因，它们的功能是抑制细胞的生长和促进细胞的分化。当两个等位基因都因突变或缺失而丧失功能，即处于纯合失活状态时，细胞就会因正常抑制的解除而恶性转化。目前已发现的肿瘤抑制基因有十几种。许多人类遗传性肿瘤综合征常常有肿瘤抑制基因的缺失或失活。,细胞融合实验,将含有一条正常Chr的微细胞与肿瘤细胞融合，可抑制肿瘤.,肿瘤抑制基因Rb基因,Rb基因是在研究Rb家系时发现的，是最早发现的肿瘤抑制基因，其发病符合二次突变学说。Rb基因定位于13q14.1，编码蛋白质（prb）有928个氨基酸组成，其分子量为110KD。Prb是一种核磷酸蛋白质。Prb的主要作用是调节细胞周期。其调节细胞周期的能力与prb磷酸化状态有关。,肿瘤抑制基因-P53,P53在人类50%的肿瘤都存在突变，如结肠癌、乳腺癌、肝癌、肺癌等。P53基因定位于17p13.1，长20kb，含有11个外显子，编码393个氨基酸，其分子量为53KD。野生型的P53蛋白是核内一种磷酸化蛋白，作为转录因子可与特异的DNA序列结合。P53是基因组保卫者：一定的外界刺激如DNA损伤、应急等可引起细胞内p53蛋白水平升高，激活一系列下游靶基因的转录，诱导细胞周期G1期阻断、诱导细胞调亡、诱导细胞分化、保护基因组的完整性以及抑制肿瘤细胞的生长等。,第4节肿瘤发生的遗传学说,一、肿瘤的单克隆起源假说,正常体细胞,致癌因子,前癌细胞,促癌因素,肿瘤细胞,基因突变,论点,肿瘤的细胞遗传学结果证实所有的肿瘤几乎都是单克隆起源，也就是说患者的所有肿瘤细胞都起源于一个单一的前体细胞。,证据,白血病和淋巴瘤的分子水平分析，表明所有肿瘤细胞都有相同的免疫球蛋白基因或T细胞受体基因重排，暗示它们来源于单一起源的B细胞或T细胞。,在证明活性和失活的X染色体研究方面，对女性肿瘤的研究发现，某种肿瘤的所有癌细胞都有相同失活的X染色体，表明它们是单一细胞起源。,肿瘤细胞学研究中发现，肿瘤的所有细胞都具有相同的标记染色体，再次证明恶性细胞的单克隆起源。,肿瘤细胞来源于正常细胞，具有某种异常染色体的细胞是一种有缺陷的细胞。染色体畸变是引起正常细胞向恶性转化的主要原因。,二、肿瘤发生的染色体理论,（1941）,人类肿瘤的发生发展与体细胞中积累的各种遗传学改变相关。这些遗传变异涉及染色体重排和癌基因的激活，这对于肿瘤的发生至关重要。,三、肿瘤发生的癌基因理论,四、Knudson的二次突变学说,20世纪70年代，AlfredKnudson提出了肿瘤抑制基因模式，以解释遗传性视网膜母细胞瘤（retinoblastoma，RB）的发病机制。,遗传性肿瘤,是指有明显的遗传缺陷（有致病基因），按遗传规律发生的肿瘤，大多来源于神经组织或胚胎组织。遗传性肿瘤虽然少见，但在肿瘤病因学研究上有重要意义。,同一肿瘤也有非遗传型的，即散发型。,遗传型不同于散发型的主要特征是:,家族性；,双侧性或多发性；,发病率高；,发病早；,与其他先天畸形相关联；,多伴有肿瘤抑制基因异常。,如,视网膜母细胞瘤,视网膜母细胞瘤（RB）,为眼球视网膜的恶性肿瘤，多见于幼儿，70%患者2岁之前就诊，恶性程度高，可随血运转移，也能直接侵入颅内。,致病基因Rb位于13q14。,图注：幼年发病，约85%的病例为15岁儿童。肿瘤长入玻璃体内，致瞳孔内出现黄白色光反射（“猫眼”）。眼底镜下可见玻璃体内有白色瘤块和大量白色浑浊点。有的肿物上有许多新鲜血管。,分为遗传型和散发型，约40%属遗传型，常双眼发病，发病早，常1岁左右发病；另约60%为散发型，多为单眼发病，发病晚，23岁以后发病。,视网膜母细胞瘤（RB）,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2025%7580%,遗传性肿瘤病例中，第一次突变发生于生殖细胞，并且传递给胚胎发育的每一个体细胞，第二次突变随机发生在体细胞中。在这种情况下，双侧视网膜的细胞都有可能发生第二次突变并形成肿瘤。（生殖细胞突变+体细胞突变遗传性肿瘤）非遗传性肿瘤是同一个体细胞发生两次独立的突变，而在双侧视网膜同一细胞都发生二次突变的可能性较小。（正常体细胞两次突变散发性肿瘤）,二次突变学说的主要论点（两次打击学说）,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。,五、肿瘤的多步骤遗传损伤学说,研究证明肿瘤的发生是多步骤的，涉及到多种相关基因包括癌基因和抑癌基因的变异。,以结肠癌为例。,正常结肠细胞,APC,MCC,细胞生长增强,Ki-ras,腺瘤,ras突变,腺瘤,10q缺失,DCC,腺瘤,17q缺失,p53,癌,其中ras为癌基因，p53、APC和MCC为抑癌基因。,结肠癌发生的分子事件。,第5节遗传性恶性肿瘤,一、遗传的恶性肿瘤综合征,视网膜母细胞瘤（RB）,二、遗传的恶性肿瘤综合征,概念,人类一些以体细胞染色体断裂为主要表现的综合征多具有常染色体隐性、常染色体显性和X连锁隐性遗传特性，统称为染色体不稳定综合征，它们具有不同程度的易患肿瘤的倾向。(DNA修复酶缺陷),举例,Bloom综合征,Bloom综合征,临床特征,身材矮小，慢性感染，免疫功能缺陷，日光敏感性面部红斑和轻度颜面部畸形，且多在30岁前发生各种肿瘤和白血病。,细胞遗传学改变,其显著特征是染色体不稳定性或基因组不稳定性。体外培养的Bloom综合征细胞株的染色体易发生断裂并易形成结构畸变。,Bloom综合征的染色体断裂易发生在染色体的同源序列之间，从而出现频发的姐妹染色单体交换（SCEs）现象，此为患者确诊不可缺少的细胞遗传学证据。,培养的BS细胞中常见四射体结构。,基因定位,Bloom综合征为一种AR遗传病。BS的编码基因BLM基因定位在15q26.1。BLM基因突变是BS患者发病的分子遗传学基础。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。,Fanconi贫血,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。,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