第3章-肿瘤的遗传学-课件.ppt

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1、第三章 肿瘤的遗传学 细胞周期癌基因(oncogene)病毒癌基因 V-oncogene 细胞癌基因 C-oncogene抑癌基因(antioncogene，tumor suppressor genes)肿瘤转移抑制基因（metastasis suppressor gene）肿瘤是基因的疾病，凡是肿瘤，都与基因组的变异有关。但是，与基因组有关的疾病并不一定都是遗传的。肿瘤有遗传性的，也有非遗传性的(散发性的)。人类肿瘤多是散发性的，与生存环境有重要的相关作用。一.肿瘤的生物学特征与流行病学细胞类型细胞类型细胞类型细胞类型 核型核型核型核型 生长生长生长生长 接触抑制接触抑制接触抑制接触抑制 锚

2、定锚定锚定锚定 正常细胞正常细胞正常细胞正常细胞 小小小小 可控可控可控可控 癌癌癌癌 细细细细 胞胞胞胞 大大大大 失控失控失控失控 肿瘤细胞具有永生性，侵袭性，扩散性。人群肿瘤分布比较中国：中国：肺癌肺癌 胃癌胃癌 食道癌食道癌 肠癌肠癌 肝癌肝癌 美国：美国：前列腺癌前列腺癌 乳腺癌乳腺癌 肺癌肺癌 肠癌肠癌 淋巴癌淋巴癌华南地区：鼻咽癌河南林县：食道癌江苏启东：肝癌肿瘤细胞的起源单克隆起源（单克隆起源（单克隆起源（单克隆起源（monoclonal theorymonoclonal theory）一个肿瘤的细胞群体源于一个转化单细胞一个肿瘤的细胞群体源于一个转化单细胞一个肿瘤的细胞群体源

3、于一个转化单细胞一个肿瘤的细胞群体源于一个转化单细胞的不断增殖而成。而这个单细胞是具有分化的不断增殖而成。而这个单细胞是具有分化的不断增殖而成。而这个单细胞是具有分化的不断增殖而成。而这个单细胞是具有分化和增殖的干细胞（和增殖的干细胞（和增殖的干细胞（和增殖的干细胞（stem-cellstem-cell）。）。）。）。对细胞群的遗传标记分析，具有高度一致性。对细胞群的遗传标记分析，具有高度一致性。对细胞群的遗传标记分析，具有高度一致性。对细胞群的遗传标记分析，具有高度一致性。例如：例如：例如：例如：多灶性细支气管肺泡癌（多灶性细支气管肺泡癌（多灶性细支气管肺泡癌（多灶性细支气管肺泡癌（BACB

4、AC），原发），原发），原发），原发灶，卫星灶，转移灶中的不同区域的癌细胞灶，卫星灶，转移灶中的不同区域的癌细胞灶，卫星灶，转移灶中的不同区域的癌细胞灶，卫星灶，转移灶中的不同区域的癌细胞k-k-rasras具有相同的突变。具有相同的突变。具有相同的突变。具有相同的突变。多克隆起源（polyclonal theory）肿瘤细胞群是由多个肿瘤克隆发展而来肿瘤细胞群是由多个肿瘤克隆发展而来。鼠肠肿瘤细胞的基因分析：在肿瘤的不同区域取样的细胞，在APC基因和Mshz基因具有不同的缺失。单中心发源和多中心发源单中心发源（单性灶）单中心发源（单性灶）肿瘤源于原始的一簇细胞。从原位灶到浸润灶，转移灶，复发

5、灶都由第一代肿瘤细胞而来。多中心发源（多灶性）多中心发源（多灶性）肿瘤源于不同区域的多簇细胞。原位灶，癌旁浸润灶，对称器官，系统器官肿瘤细胞有不同程度的异型型。分子生物学实验支持单中心起源。遗传性肿瘤特征类型 关系 位置 位点 时期 遗传性 有家族性有家族性 双侧双侧 多发多发 早早 散发性 无家族性无家族性 单侧单侧 单发单发 迟迟肿瘤家族集聚癌家族：具有较多成员发生肿瘤的家族。G G家族家族 1895 1895年年19761976年年842842名成员中名成员中9595名患癌。名患癌。特征：特征：发病率高；发病高峰发病率高；发病高峰40405050岁；男女比例相等；岁；男女比例相等；男多是

6、胃癌，肠腺癌；女多是子宫癌。男多是胃癌，肠腺癌；女多是子宫癌。垂直传递，垂直传递，7272患者双亲之一患癌。患者双亲之一患癌。符合常染色体显性遗传方式。符合常染色体显性遗传方式。家族性癌：在一个家族内多个成员出现的同一种癌。例如：结肠癌，例如：结肠癌，12121515有家族史。有家族史。特征：患者一级亲属发病风险比一般高特征：患者一级亲属发病风险比一般高3 3倍。若发病年龄倍。若发病年龄早和双侧性肿瘤，发病风险高早和双侧性肿瘤，发病风险高3030倍。倍。常见的非遗传性癌白血病急性非淋巴白血病(ANLL)急性粒细胞白血病急性粒细胞白血病(AML,(AML,未分化细胞未分化细胞90%)90%)急性

7、早幼粒细胞白血病急性早幼粒细胞白血病(APL)(APL)急性粒单核细胞白血病急性粒单核细胞白血病(AMMoL)(AMMoL)急性单核细胞白血病急性单核细胞白血病(AMoL)(AMoL)急性淋巴白血病(ALL)一型，二型，三型急性急性T T细胞白血病细胞白血病急性急性B B细胞白血病细胞白血病慢性粒细胞白血病慢性淋巴细胞白血病慢性单核细胞白血病肿瘤易感基因 在相同环境下发生肿瘤可能性比一般基因组具有更多机会的基因。肺癌易感基因CYP 1A1酶在肺中表达，参与烟草中多环芳烃类物质代谢。该基因具有Msp I 多态，m2m2 基因型具有肺癌易感性。染色体畸变的原因理化因素的损伤。修复机制下降。着色性干

8、皮病恶性皮肤肿瘤UV照射，DNA形成T T二聚体，光复活酶失活，不能打开二聚体。重组修复缺失。二.肿瘤的遗传机制癌基因的异常表达癌基因的异常表达 癌基因突变癌基因突变 癌基因低甲基化癌基因低甲基化 癌基因扩增癌基因扩增 染色体易位染色体易位(基因重排，融合基因基因重排，融合基因)抑癌基因失活抑癌基因失活 抑癌基因缺失抑癌基因缺失 抑癌基因高甲基化抑癌基因高甲基化癌基因 能在体外引起细胞转化，在体内诱发肿瘤能在体外引起细胞转化，在体内诱发肿瘤的基因的基因细胞内的原癌基因高度保留，从酵母到人都存在，这些基因与细胞生长，增殖，分化有关，并受到精细和严格的控制。原癌基因具有的生物学功能：生长因子；生长

9、因子受体；参与信号传导的蛋白激酶；核内蛋白等。细胞周期调节基因细胞细胞G1G1期期 S S期期 Cyclin/CDK Cyclin/CDKCyclin:Cyclin:细胞周期素细胞周期素CDKCDK：细胞周期素依赖激酶：细胞周期素依赖激酶癌基因与癌基因与CDKCDK表达有关，过量则使细胞分裂失控。表达有关，过量则使细胞分裂失控。抑癌基因与抑癌基因与Cylink/CDKCylink/CDK复合物磷酸化有关，抑制复合物作用。复合物磷酸化有关，抑制复合物作用。控制细胞分裂。控制细胞分裂。根据根据CDICDI结构分为两类：结构分为两类：CIP/KIPCIP/KIP家族：家族：p21,p27,p21,p

10、27,InkInk家族：，家族：，p15,p16,p18,p19p15,p16,p18,p19p53p53基因诱导基因诱导p21p21基因的表达。基因的表达。Two major types of proteins involved in the cell cycle:Cyclins Cyclins&Cyclin-Cyclin-Dependent Dependent Kinases(CDK)Kinases(CDK)细胞癌基因(c-onc)1976年，Bishop从Rous病毒中分离出癌基因src,并在动物正常细胞中发现有同源序列。以后在许多病毒癌基因都在细胞中都发现了它的同源序列，这些序列被称为

11、细胞癌基因。病毒癌基因源于细胞癌基因。癌基因致癌机制点突变 原癌基因ras 编码189个氨基酸的蛋白是一个细胞信号传导中起着开关作用的蛋白，当ras gene 突变时，ras 蛋白一直处于开的状态，细胞生长。ras proto-oncogene1 12 61 189 gly gln arg (G C),k-ras oncogene癌基因abl abl bclbclerberbfosfosmycmycrasrassississrcsrc等等100100多种。多种。癌基因的肿瘤诱发机制癌基因突变癌基因突变 ras ras的第的第1212个密码子突变，个密码子突变，G GT T arg argval

12、,rasval,ras蛋白与蛋白与GTPGTP结合，结合，促进了细胞的生长。促进了细胞的生长。ras ras 附近插入了启动子，启动癌基因表达。附近插入了启动子，启动癌基因表达。rasras的的CCGGCCGG甲基化程度降低，癌基因异常高表达。甲基化程度降低，癌基因异常高表达。DNA甲基化限制修饰系统：甲基化酶的作用限制修饰系统：甲基化酶的作用 细胞核酸内切酶对外源细胞核酸内切酶对外源DNADNA切割，而本身切割，而本身DNADNA甲甲基化得以保护。基化得以保护。GATCGATC序列的序列的A A甲基化。甲基化。CCGGCCGG序列的序列的C C甲基化。甲基化。CCGCCCGC序列的序列的C

13、C甲基化。甲基化。DNADNA的的CpGCpG岛的甲基化，干扰了转录因子与启动子岛的甲基化，干扰了转录因子与启动子识别位点的结合，降低了基因的表达。识别位点的结合，降低了基因的表达。癌基因去甲基化，引起高表达致癌。癌基因去甲基化，引起高表达致癌。抑癌基因高甲甲基化，引起低表达致癌。抑癌基因高甲甲基化，引起低表达致癌。ras 癌基因家族 根据不同时期，不同组织的癌基因表达，将ras基因家族分为三类：H-ras 11p15.5 胃癌 膀胱癌 宫颈癌N-ras 1p13.2 白血病 肝癌K-ras 12p12.1 胰腺癌 肺癌结 肠癌 myc B-mycB-mycL-mycL-mycN-mycN-m

14、ycS-mycS-mycC-myc :8q24.12-q24.13,C-myc :8q24.12-q24.13,定位核内的核蛋白。定位核内的核蛋白。与与DNADNA结合，调节转录。接收细胞外信号时，促结合，调节转录。接收细胞外信号时，促进细胞分裂。进细胞分裂。mycmyc易位到易位到14q32(IgH14q32(IgH基因位点基因位点)，引起白血病。，引起白血病。致癌病毒病 毒 核酸结构 癌基因乳多空病毒 环状双链DNA T抗原基因腺病毒 线状双链DNA E1A，E1B疱疹病毒 线状双链DNA EB序列 反转录病毒 单链RNA ras,src等 RNA致癌病毒快速致癌病毒Rous病毒：鸡肉瘤病

15、毒，1911年Rous发现。分离到的Rous病毒感染动物，数周内导致肿瘤。病毒带有癌基因。基因组结构：R U5 gag pol env v-onc U3 R U3 R U5 gag pol env v-onc U3 R U5LTR LTR 插入基因组 U3：3 端序列，1701260bpU5:5 端序列，80100bpR:短序列，1080bpLTR:长末端重复序列,2501400bp 含有启动序列，增强序列。具有启动基因表达和增强作用。染色体易位 染色体易位产生融合基因，或启动了原癌基因，使得细胞发生转化。T(9;22)(q34.1;q11.21),Ph 染色体 慢性粒细胞白血病CML chr

16、 22 chr 95 bcr 3 5 c-abl 3 5 bcr/c-abl 3 8.5kb,融合蛋白，210KD影响了造血干细胞的分化。导致白血病。肿瘤抑制基因（tumor suppressor gene）一类与细胞周期调控有关的基因，当这些基因正一类与细胞周期调控有关的基因，当这些基因正一类与细胞周期调控有关的基因，当这些基因正一类与细胞周期调控有关的基因，当这些基因正常表达时，具有抑制细胞分裂的功能。这些基因常表达时，具有抑制细胞分裂的功能。这些基因常表达时，具有抑制细胞分裂的功能。这些基因常表达时，具有抑制细胞分裂的功能。这些基因的失活或缺失，会导致细胞非正常的分裂，正常的失活或缺失，

17、会导致细胞非正常的分裂，正常的失活或缺失，会导致细胞非正常的分裂，正常的失活或缺失，会导致细胞非正常的分裂，正常细胞有可能转化为肿瘤细胞。细胞有可能转化为肿瘤细胞。细胞有可能转化为肿瘤细胞。细胞有可能转化为肿瘤细胞。19681968年年年年HarrisHarris实验：实验：实验：实验：癌细胞系癌细胞系癌细胞系癌细胞系 X X 正常细胞正常细胞正常细胞正常细胞 无恶性表型细胞无恶性表型细胞无恶性表型细胞无恶性表型细胞 正常正常正常正常 癌细胞癌细胞癌细胞癌细胞 （染色体部分丢失）（染色体部分丢失）（染色体部分丢失）（染色体部分丢失）首先发现的肿瘤抑制基因 视网膜母细胞瘤 发现Rb基因缺失呈杂合

18、体时，细胞是正常的，缺失纯合体时细胞转化。显示该基因是纯合隐性致癌。Rb纯合缺失后致癌表明Rb基因存在时对肿瘤细胞有抑制作用，因此Rb是肿瘤抑制基因。del(13)(q14)THE NETWORK肿瘤抑制基因(tumor suppressor gene)抑癌基因(anti-oncogene)以参与细胞周期调控的形式，对正常细胞的增殖起负调控作用，抑制细胞的恶性转化。癌基因与抑癌基因比较特点 oncogene anti-oncogene基因属性基因属性 cell cell增殖基因增殖基因 组织分化基因组织分化基因致癌方式致癌方式 激活，异常表达激活，异常表达 基因丢失或失活基因丢失或失活诱发机理

19、诱发机理 突变或易位突变或易位 突变或缺失突变或缺失致癌机理致癌机理 显性显性 隐性隐性肿瘤类型肿瘤类型 白血病，淋巴瘤白血病，淋巴瘤 实体瘤实体瘤 Humans anti-oncogene名 称 定位 肿 瘤 Rb 13q14.1 视网膜母细胞瘤视网膜母细胞瘤,肺癌肺癌,膀胱癌膀胱癌 p53 17p13.1 肺癌，乳腺癌，肝癌肺癌，乳腺癌，肝癌p21 6p21.2 乳腺癌，肺癌，前列腺癌乳腺癌，肺癌，前列腺癌 p16 9p21 肝癌，肺癌，乳腺癌肝癌，肺癌，乳腺癌NF1 17q11.21 神经纤维瘤神经纤维瘤DCC 18q21 结肠癌结肠癌MCC 5q21 结肠癌结肠癌nm23 17q21.

20、3 癌转移癌转移杂合性丢失当等位基因处于杂合时，会出现丢失或突变另一个基因的趋势，称为杂合性丢失（LOH）。脑胶质瘤原因染色体畸变 带有癌基因c-erbB 的7号染色体数目增多；EGFR(表皮生长因子)过量表达，导致细胞转化。17p13缺失，肿瘤抑制基因p53丢失。9p24缺失，干扰素基因缺失。11p13 癌基因ras 第35个核苷酸GT突变。癌基因myc,sis,fos,等过量表达。肿瘤细胞转移 肿瘤细胞从原发肿瘤脱落，进入细胞外基质与脉管内，输送至远端适宜的组织中克隆生长。浸润转移是恶性肿瘤的重要特征，也是肿瘤病人死亡的主要原因。用myc等癌基因染小鼠，可以使小鼠产生癌细胞，但是不转移。说

21、明转化与转移不是同一类基因。肿瘤浸润机制整合素基因（整合素基因（整合素基因（整合素基因（integrins geneintegrins gene）-细胞表面粘合细胞表面粘合细胞表面粘合细胞表面粘合受体受体受体受体-细胞基质粘附蛋白细胞基质粘附蛋白细胞基质粘附蛋白细胞基质粘附蛋白-锚定细胞。锚定细胞。锚定细胞。锚定细胞。肿瘤细胞表达金属蛋白酶肿瘤细胞表达金属蛋白酶肿瘤细胞表达金属蛋白酶肿瘤细胞表达金属蛋白酶-降解粘附蛋白，使得细降解粘附蛋白，使得细降解粘附蛋白，使得细降解粘附蛋白，使得细胞失去固着作用。胞失去固着作用。胞失去固着作用。胞失去固着作用。正常细胞含有金属蛋白酶抑制因子基因（正常细胞含

22、有金属蛋白酶抑制因子基因（正常细胞含有金属蛋白酶抑制因子基因（正常细胞含有金属蛋白酶抑制因子基因（TIMP TIMP gene gene）,表达的蛋白能与蛋白酶结合，抑制它的表达的蛋白能与蛋白酶结合，抑制它的表达的蛋白能与蛋白酶结合，抑制它的表达的蛋白能与蛋白酶结合，抑制它的水解功能，从而锚定细胞。肿瘤细胞该基因表达水解功能，从而锚定细胞。肿瘤细胞该基因表达水解功能，从而锚定细胞。肿瘤细胞该基因表达水解功能，从而锚定细胞。肿瘤细胞该基因表达受阻。受阻。受阻。受阻。Metastatic gene and metastatic suppressor gene 转移和抑制转移基因浸润转移浸润转移：肿

23、瘤细胞从原发肿瘤中脱落，进入细胞外基质和血管或淋巴管中，迁移到远处其它组织生长的现象。肿瘤转移抑制基因小鼠黑色素瘤k-1735细胞系中发现，去转染正常小鼠，有高转移和低转移之分。消减杂交法寻找转移相关基因nm23nm23高表达，肿瘤低转移，反之，高转移。应用：可作转移预测；肿瘤转移抑制。小鼠黑色素瘤小鼠黑色素瘤1735细胞系转染正常小鼠细胞系转染正常小鼠 获得肿瘤小鼠，但是这些小鼠又分为获得肿瘤小鼠，但是这些小鼠又分为 高转移高转移 低转移低转移 mRNA mRNA cDNA cDNA 24个克隆个克隆 nm23nm23/mts1 比值比值 nm23:细胞微管聚合，抑制转移。细胞微管聚合，抑制

24、转移。mts1:细胞微管分解，促使转移。细胞微管分解，促使转移。可作为肿瘤转移能力的检测指标。可作为肿瘤转移能力的检测指标。nm23高表达，抑制肿瘤细胞表达。高表达，抑制肿瘤细胞表达。肿瘤基因诊断与治疗Mic mRNAgene knockout oncogene转基因(antioncogene)免疫法(淋巴因子基因转入)自杀基因DNA与蛋白质芯片自杀基因(suicide gene)能够编码产生将非活性或无毒性前体药物转化成活性活毒性药物的酶的基因。HSK-tk/GCV(胸腺激酶丙氧鸟苷)系统：细胞中存在着胸腺激酶(HSV-tk),GCV是临床上治疗疱疹病毒的药物。将HSK-tk基因转入癌细胞后

25、给GCV药，使得GCV在胸腺激酶作用下生成三磷酸GCV，能阻断细胞DNA合成产生细胞毒作用。Many disease processes manifest themselves are changed at the level of Protein,including the amount and the activity,not at the level of Gene.DNA Microarray probeprobe杂交杂交结果观察，信息分析结果观察，信息分析mRNA SampleCy5-tag-tagControl mRNACy3-tag-tagcDNA DNA MicroarrayC

26、apture Molecule Attachment/ImmobilizationZhu,H.Zhu,H.Current Opinion in Chemical BiologyCurrent Opinion in Chemical Biology 2003,7:58 2003,7:58Application for Diagnostics and Drug Discovery(a)Comparative proteome analysis.Subtractive or comparative strategies are most efficient for discovering gene

27、activity in a physiological or pathological context.Haab,B.B.et al.Genome Biol 2001 Surface enhanced laser Surface enhanced laser desorption/ionization desorption/ionization(SELDI)-based ProteinChip(SELDI)-based ProteinChip technology.(technology.(a a)Patient)Patientsample of proteins is sample of p

28、roteins is processed on ProteinChip processed on ProteinChip array.(array.(b b)Sample proteins)Sample proteins bind to chemical“hooks”or bind to chemical“hooks”or biologicalbiological“docking sites”on ProteinChip“docking sites”on ProteinChip array surface.Protein of array surface.Protein of interest

29、 appears in red.(interest appears in red.(c c)Rinsing away contaminantsRinsing away contaminantsand buffers eliminates sample and buffers eliminates sample“noise”.(“noise”.(d d)Laser ionizes)Laser ionizes retained proteins to detect retained proteins to detect mass(molecularmass(molecularweight).(we

30、ight).(e e)Software)Software produces“map”of proteins,produces“map”of proteins,revealing expression of revealing expression of marker protein(red)inmarker protein(red)inpatient sample compared to patient sample compared to control sample.control sample.Kathryn Senior,1999Drug Discovery TodayApplication for Diagnostics and Drug Discovery