腫瘤細(xì)胞遺傳學(xué)

1、腫瘤是一大類(lèi)疾病，種類(lèi)在100種以上，涉及到人體的多個(gè)臟器和組織,,據(jù)衛(wèi)生部統(tǒng)計(jì)中心近年來(lái)的統(tǒng)計(jì)資料，惡性腫瘤已居我國(guó)城市居民主要死因的第一位，居農(nóng)村居民死因的第二位。,腫瘤：一群生長(zhǎng)失去正常調(diào)控的細(xì)胞形成的新贅生物（neoplasm）85%為癌(carcinoma)2%為肉瘤(sarcoma)5%為淋巴瘤(lymphoma) 3%為白血病(leukemia),What is cancer ?,間葉組織（結(jié)締組織、脂肪、

2、肌肉、脈管、骨、軟骨）,造血組織,脾、淋巴結(jié),上皮細(xì)胞,致癌因子,盡管人們都接觸各種致癌因子，但并非人人都發(fā)生腫瘤，這表明還存在個(gè)體的易感性。個(gè)體易感性在很大程度上是遺傳因素決定的。,腫瘤與遺傳,由此可見(jiàn)：,腫瘤的發(fā)生是環(huán)境和遺傳因素共同決定的。,Lynch癌家族部分系譜,典型的癌家族——G家族：歷經(jīng)80余年（1895～1976）共5次調(diào)查，傳7代共10個(gè)支系，842名后裔中有95名癌癥患者，分別為結(jié)腸癌、子宮內(nèi)膜癌、腺癌等。,Ald

3、red Scott Warthin,Henry Lynch,腫瘤細(xì)胞遺傳學(xué),染色體異常與腫瘤基因改變與腫瘤腫瘤發(fā)生的遺傳學(xué)說(shuō)遺傳性惡性腫瘤舉例,I. 染色體異常與腫瘤,幾乎所有腫瘤細(xì)胞都有染色體異常，此乃癌細(xì)胞最重要的特征之一。染色體受到環(huán)境中物理、化學(xué)和生物等因素直接或間接的損傷是發(fā)生腫瘤的基礎(chǔ)。,(一) 腫瘤染色體理論的提出,1914，腫瘤的染色體理論,腫瘤細(xì)胞是具有染色體異常的有缺陷的細(xì)胞染色體畸變是引起正常細(xì)胞向惡性

4、轉(zhuǎn)化的主要原因,腫瘤細(xì)胞來(lái)源于正常細(xì)胞,Theodor Boveri,(二)腫瘤細(xì)胞的染色體異常,起源細(xì)胞46,,stem line干系,side line旁系,,突變因子,腫瘤細(xì)胞的染色體，受內(nèi)、外環(huán)境因素影響不斷發(fā)生變異、演化，形成多種不同的核型。其中，細(xì)胞獲得增長(zhǎng)優(yōu)勢(shì),并變成占主導(dǎo)地位的細(xì)胞系，稱(chēng)為干系。,2.腫瘤染色體的結(jié)構(gòu)異常,腫瘤細(xì)胞,斷裂,缺失,環(huán)狀染色體,微小體,雙著絲粒染色體,易位,重復(fù),,標(biāo)記染色體（mark

5、er chromosome),超二倍體,亞二倍體,多倍體,1.染色體數(shù)目異常類(lèi)型,費(fèi)城染色體（Philadelphia chromosome, Ph） 1960年, 在美國(guó)費(fèi)城的慢性粒細(xì)胞白血病患者骨髓和外周血淋巴細(xì)胞中，發(fā)現(xiàn)一個(gè)很小的近端著絲粒染色體，小于G組染色體, 被稱(chēng)為Ph染色體。 95% 原因： der(22) t(9；22)(q34；q11.2) 易位

6、 結(jié)果導(dǎo)致9q+ 和22q-（ Ph）,,,Henrietta Lacks,HeLa細(xì)胞,HeLa細(xì)胞基因組,t（9；22）（q34；q11） 9q+和22q-（ Ph1）（95%）,,14q+染色體,在90%的Burkitt淋巴瘤（非洲兒童惡性淋巴瘤）病例中可以見(jiàn)到一個(gè)長(zhǎng)臂增長(zhǎng)的14號(hào)染色體（14q+）。這是一條8號(hào)染色體長(zhǎng)臂末端的一段（8q24）易位到14號(hào)染色體長(zhǎng)臂末端（14q32），形成了8q-和14q+兩個(gè)異常

7、染色體。c-myc基因易位到14號(hào)染色體的免疫球蛋白重鏈基因附近，置于免疫球蛋白H鏈基因的啟動(dòng)子控制之下，從而基因轉(zhuǎn)錄活性明顯增高。增多的myc蛋白使一些控制生長(zhǎng)的基因活化，最終導(dǎo)致細(xì)胞惡變,癌基因(oncogene)：能引起細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化的基因。,II. 基因改變與腫瘤,如何發(fā)現(xiàn)癌基因的呢 ?,1910年，洛克菲勒研究院一個(gè)年輕的研究員Rous發(fā)現(xiàn)，雞肉瘤細(xì)胞裂解物在通過(guò)除菌濾器以后，注射到正常雞體內(nèi)，可以引起肉瘤， 首次提出雞肉瘤

8、可能是由病毒引起的。,0.2 ?m孔徑細(xì)菌過(guò)不去但病毒可以通過(guò),從病毒癌基因到細(xì)胞原癌基因的研究歷程：,Rous sarcoma virus, RSV,the first cancer-causing retrovirus,1958年，Stewart和Eddy分離出一種病毒，注射到小鼠體內(nèi)可以引起肝臟、腎臟、乳腺、胸腺、腎上腺等多種組織器官的腫瘤，因而把這種病毒稱(chēng)為多瘤病毒。,50年代末、60年代初，癌病毒研究成了一個(gè)極具想像力的研究

9、領(lǐng)域，主流科學(xué)家開(kāi)始進(jìn)入癌病毒研究領(lǐng)域,polyoma virus,這期間， Temin發(fā)現(xiàn)RSV有不同亞型，且引起細(xì)胞惡變程度不同，推測(cè)RNA病毒將其遺傳信息傳遞給了正常細(xì)胞的DNA 。,這與Crick提出的中心法則是相違背的讓事實(shí)屈從于理論還是堅(jiān)持基于實(shí)驗(yàn)的結(jié)果？,VS,Temin發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶，1975年獲諾貝爾獎(jiǎng),Temin,Crick,修正中心法則,DNA RNA Protein,

10、,,,,Transcription,Translation,Replication,Replication,Temin的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單而巧妙：將合成DNA所需的“原料”，即 A、T、C、G四種脫氧核苷酸，與破壞了外殼的RSV一起在體外40℃的條件下溫育一段時(shí)間結(jié)果在試管里獲得了一種新合成的大分子，它不能被RNA酶破壞，但卻可以被DNA酶所分解，證明這種新合成的大分子是DNA用RNA酶預(yù)先破壞RSV的RNA，再重復(fù)上述的試

11、驗(yàn)，則不能獲得這種大分子，說(shuō)明 這個(gè)DNA大分子是以RSV的RNA為模板合成的,1969年，一個(gè)日本學(xué)者里子水谷來(lái)到Temin的實(shí)驗(yàn)室，這 是一個(gè)非常擅長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)的年輕科學(xué)家。按Temin的設(shè)想，他們開(kāi)始尋找RSV中存在“逆轉(zhuǎn)錄酶”的證據(jù),據(jù)說(shuō)，1975年Temin因發(fā)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)錄酶而獲諾貝爾獎(jiǎng)時(shí)，Bishop懊惱不已，因?yàn)樵缭?969年他就認(rèn)為T(mén)emin的RNA?DNA的“前病毒理論”有可能是正確的，并且也進(jìn)行了一些實(shí)驗(yàn)，但不久由于資深同事

12、的規(guī)勸而放棄了這方面的努力。但Bishop馬上意識(shí)到：逆轉(zhuǎn)錄酶的發(fā)現(xiàn)為逆轉(zhuǎn)錄病毒致癌的研究提供了一條新途徑。,一個(gè)RSV，三個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)?。?！,啟示：Bishop說(shuō):“許多人引以為豪的是一天工作16小時(shí)，工作安排要以分秒計(jì)……可是工作狂是思考的大敵，而思考則是科學(xué)發(fā)現(xiàn)的關(guān)鍵”,科學(xué)的本質(zhì)和藝術(shù)一樣，都需要直覺(jué)和想像力請(qǐng)給自己一些思考的時(shí)間吧！,1. 癌基因的分類(lèi)及功能,癌基因的激活機(jī)制可分為三種：,2. 癌基因的激活機(jī)制,? 各種類(lèi)

13、型基因突變?nèi)鐗A基替換、缺失或插入，都能導(dǎo)致原癌基因表達(dá)異常，引起細(xì)胞癌變。,①基因突變,失活的RAS,GDP,活性的RAS,GTP,,,,細(xì)胞cAMP水平增高，導(dǎo)致細(xì)胞增殖,,細(xì)胞cAMP水平降低，細(xì)胞增殖停止,信息傳導(dǎo)的蛋白類(lèi),ras基因,與膜結(jié)合的GTP結(jié)合蛋白,機(jī)體內(nèi)的正常過(guò)程。,突變：導(dǎo)致GTP無(wú)法轉(zhuǎn)化為GDP，從而引起細(xì)胞持續(xù)分裂。,失活的RAS,GDP,活性的RAS,GTP,,,,細(xì)胞cAMP水平增高，導(dǎo)致細(xì)胞增殖,,細(xì)胞c

14、AMP水平降低，細(xì)胞增殖停止,阻斷,ras基因,? 基因組內(nèi)原癌基因自身擴(kuò)增導(dǎo)致過(guò)度表達(dá)；由于相應(yīng)基因產(chǎn)物增加，使細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化。,②基因擴(kuò)增,? 雙微體(double minute, DM) 擴(kuò)增的重復(fù)DNA片段從染色體斷裂下來(lái)，因無(wú)著絲粒隨機(jī)釋放至胞漿，呈環(huán)狀，經(jīng)染色后成一對(duì)連在一起的雙點(diǎn)狀結(jié)構(gòu)。,? 染色體重排主要是染色體易位和插入，常導(dǎo)致原癌基因易位至一個(gè)強(qiáng)大的啟動(dòng)子、增強(qiáng)子或轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)元件附近，或形成融合基因，使原來(lái)無(wú)活性

15、或低表達(dá)的基因激活變?yōu)楦弑磉_(dá)，細(xì)胞發(fā)生惡性轉(zhuǎn)化。,Ph染色體t (9q34；22q11),burkitt淋巴瘤t (8q24；14 q32),,③染色體重排,慢性髓細(xì)胞性白血病(CML)：染色體9 (C-ABL) ? 染色體22 (BCR)，形成融合基因BCR-ABL。,C-MYC基因被免疫球蛋白增強(qiáng)子所激活,,原癌基因激活的可能途徑,腫瘤抑制基因(tumor suppressor gene),又稱(chēng)為抑癌基因或抗癌基因，它們的功能是抑

16、制細(xì)胞的生長(zhǎng)和促進(jìn)細(xì)胞的分化。當(dāng)兩個(gè)等位基因都因突變或缺失而喪失功能，即處于純合失活狀態(tài)時(shí)，細(xì)胞就會(huì)因正常抑制的解除而惡性轉(zhuǎn)化。目前已發(fā)現(xiàn)的腫瘤抑制基因有十幾種。許多人類(lèi)遺傳性腫瘤綜合征常常有腫瘤抑制基因的缺失或失活。,腫瘤抑制基因－Rb基因,Rb基因是在研究Rb家系時(shí)發(fā)現(xiàn)的，是最早發(fā)現(xiàn)的腫瘤抑制基因，其發(fā)病符合二次突變學(xué)說(shuō)。Rb基因定位于13q14.1，編碼蛋白質(zhì)（prb）有928個(gè)氨基酸組成，其分子量為110KD。Prb是一

17、種核磷酸蛋白質(zhì)。Prb的主要作用是調(diào)節(jié)細(xì)胞周期。其調(diào)節(jié)細(xì)胞周期的能力與prb磷酸化狀態(tài)有關(guān)。,(1) 脫磷酸化Rb蛋白（活性）與轉(zhuǎn)錄因子E2F結(jié)合，抑制基因的轉(zhuǎn)錄活性(2) 磷酸化Rb蛋白（失活）與E2F解離，釋放E2F(3) E2F啟動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄(4) 細(xì)胞進(jìn)入增生階段 (G1?S)因此，Rb蛋白在控制細(xì)胞生長(zhǎng)方面發(fā)揮重要作用一旦Rb基因突變可使細(xì)胞進(jìn)入過(guò)度增生狀態(tài),RB基因的功能,腫瘤抑制基因-P53,P53在人類(lèi)50

18、%的腫瘤都存在突變，如結(jié)腸癌、乳腺癌、肝癌、肺癌等。P53基因定位于17p13.1，長(zhǎng)20kb，含有11個(gè)外顯子，編碼393個(gè)氨基酸，其分子量為53KD。野生型的P53蛋白是核內(nèi)一種磷酸化蛋白，作為轉(zhuǎn)錄因子可與特異的DNA序列結(jié)合。P53是基因組保衛(wèi)者： 一定的外界刺激如DNA損傷、應(yīng)急等可引起細(xì)胞內(nèi)p53蛋白水平升高，激活一系列下游靶基因的轉(zhuǎn)錄，誘導(dǎo)細(xì)胞周期G1期阻斷、誘導(dǎo)細(xì)胞調(diào)亡、誘導(dǎo)細(xì)胞分化、保護(hù)基因組的完整性以及

19、抑制腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)等。,III.腫瘤發(fā)生的遺傳學(xué)理論,單克隆起源假說(shuō)二次突變假說(shuō)多步驟損傷假說(shuō),單克隆起源假說(shuō)(monoclonal origin hypothesis),腫瘤細(xì)胞是單個(gè)突變細(xì)胞增殖而來(lái)的單克隆增殖細(xì)胞群。,例證：,,Burkitt淋巴瘤中的所有淋巴瘤細(xì)胞都發(fā)生相同的染色體重排。,t（8；14）（q24；q32）、t（2；8）（p12；q24）、t（8；22）（p24；p11）,q32,,,8 2,視網(wǎng)膜母細(xì)胞

20、瘤 （RB）,遺傳性 非遺傳性（散發(fā)型） 家族史 無(wú) 雙側(cè) 單側(cè)(約90%） 早發(fā) 晚發(fā),,,腫瘤的二次突變學(xué)說(shuō),20世紀(jì)70年代，Knudson,同是一種腫瘤,為什么既有遺傳型又有散發(fā)型?發(fā)病年齡又不同呢?,1971年, Knudson提出二次突變學(xué)說(shuō)(two hits theory)，用來(lái)解釋腫瘤發(fā)生中遺傳因素的作用方式。

21、,1. 遺傳性病例中，第一次突變發(fā)生于生殖細(xì)胞或由父母遺傳而來(lái)，結(jié)果患兒出生時(shí)每一個(gè)細(xì)胞均帶有一個(gè)突變，成為突變的雜合子；2. 在此基礎(chǔ)上，若在出生后體細(xì)胞發(fā)生第二次突變，兩次突變累加，即可完成始動(dòng)（initiation)，而從良性細(xì)胞變成惡性細(xì)胞。,二次突變學(xué)說(shuō):,3. 惡性細(xì)胞在一定條件下，形成增殖優(yōu)勢(shì)，即可完成促進(jìn)階段，形成惡性細(xì)胞克隆。4. 在非遺傳性病例中，兩次突變都是體細(xì)胞突變，而且必須在同一個(gè)體細(xì)胞中兩次發(fā)生獨(dú)立才能完

22、成始動(dòng)的過(guò)程。這種機(jī)會(huì)比較少，需要經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)過(guò)程的積累。,二次突變學(xué)說(shuō)(two hits theory):,,散發(fā)性和遺傳性Rb功能喪失的機(jī)理,腫瘤發(fā)生的多步驟損傷學(xué)說(shuō),腫瘤的發(fā)生過(guò)程中，涉及多個(gè)基因的聯(lián)合作用，每個(gè)基因的改變只完成其中的一個(gè)步驟。,1983，Land等,,,,,,,,,,,,,,,,,,多步驟損傷學(xué)說(shuō)（multistep lesion theory）：1. 細(xì)胞癌變往往需要多個(gè)腫瘤相關(guān)基因的協(xié)調(diào)作用，經(jīng)過(guò)多個(gè)階段的演變

23、，不同階段涉及不同腫瘤相關(guān)基因的激活與失活。2. 基因的失活在時(shí)間上有先后順序，在空間位置上也有一定的配合，這些基因共同作用，最終形成腫瘤的表型。,轉(zhuǎn)錄水平的改變：?jiǎn)?dòng)子插入 DNA擴(kuò)增,轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物結(jié)構(gòu)的改變：基因突變 基因融合,,癌基因活化形式,正常結(jié)腸細(xì)胞,,APC,MCC,,細(xì)胞生長(zhǎng)增強(qiáng),,Ki-ras,腺瘤Ⅰ,,ras突變,腺瘤Ⅱ,,10q缺失,DCC,腺瘤Ⅲ,,17q缺失,p53,癌,其中ras為癌基因，p5

24、3、APC和MCC為抑癌基因。,結(jié)腸癌形成模式圖,APC-----結(jié)腸癌基因 原癌基因DCC-----結(jié)腸癌缺失的基因，抑癌基因,Bloom 綜合征,①臨床特征,身材矮小，慢性感染，免疫功能缺陷，日光敏感性面部紅斑和輕度顏面部畸形，且多在30歲前發(fā)生各種腫瘤和白血病。,IV. 遺傳性惡性腫瘤舉例,? Bloom綜合征患者具有顯著的染色體或基 因組不穩(wěn)定性的遺傳學(xué)特征。主要表現(xiàn)在：,(二) Bloom綜合征患者的 細(xì)胞遺傳學(xué)改變,?

25、微核是位于細(xì)胞質(zhì)中的邊緣清晰的濃染小體，內(nèi)含DNA，是無(wú)著絲粒的染色體斷片丟失在胞質(zhì)中形成的結(jié)構(gòu)。,,1. 微核(micronuclear)率增加,? 姐妹染色單體交換(sister chromatid exchange, SCE)：指姐妹染色單體同源部位發(fā)生的片段互換。,⒉ 姐妹染色單體交換率增高,? 體外培養(yǎng)的Bloom綜合征細(xì)胞株染色體易發(fā)生斷裂并形成結(jié)構(gòu)畸變，4％-27％的培養(yǎng)細(xì)胞中可以看到染色體斷裂和重排，如四射體。,3. 染

26、色體結(jié)構(gòu)畸變?cè)黾?圖 示染色體斷裂與重排,圖 示四射體,⒈ Bloom綜合征基因定位 Bloom綜合征是一種AR遺傳病，致病基因BLM定位在15q26.1。,(三) Bloom綜合征的分子遺傳學(xué)基礎(chǔ),⒉ BLM基因產(chǎn)物及其生物學(xué)功能 ? BLM基因產(chǎn)物是RecQ DNA解鏈酶家族中的一員。,⒊ BLM基因突變 ? BLM基因突變→RecQ DNA解鏈酶活性降低或缺乏，細(xì)胞表現(xiàn)為有絲分裂過(guò)程中的染色體重排增加，染色