肿瘤细胞遗传学课件

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1、肿瘤是一大类疾病，种类在100种以上，涉及到人体的多个脏器和组织,据卫生部统计中心近年来的统计资料，恶性肿瘤已居我国城市居民主要死因的第一位，居农村居民死因的第二位。,肿瘤：一群生长失去正常调控的细胞形成的新赘生物（neoplasm） 85%为癌(carcinoma) 2%为肉瘤(sarcoma) 5%为淋巴瘤(lymphoma) 3%为白血病(leukemia),What is cancer ?,间叶组织（结缔组织、脂肪、肌肉、脉管、骨、软骨）,造血组织,脾、淋巴结,上皮细胞,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

2、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。,Lynch癌家族部分系谱,典型的癌家族G家族：历经80余年（18951976）共5次调查，传7代共10个支系，842名后裔中有95名癌症患者，分别为结肠癌、子宫内膜癌、腺癌等。,Aldred Scott Warthin,Henry Lynch,肿瘤细胞遗传学,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,I. 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) 肿瘤染色体理论的提出

3、,1914，肿瘤的染色体理论,肿瘤细胞是具有染色体异常的有缺陷的细胞 染色体畸变是引起正常细胞向恶性转化的主要原因,肿瘤细胞来源于正常细胞,Theodor Boveri,(二)肿瘤细胞的染色体异常,起源细胞 46,stem line干系,side line旁系,突变因子,肿瘤细胞的染色体，受内、外环境因素影响不断发生变异、演化，形成多种不同的核型。其中，细胞获得增长优势,并变成占主导地位的细胞系，称为干系。,2.肿瘤染色体的结构异常,肿瘤细胞,断裂,缺失,环状 染色体,微小体,双着丝粒 染色体,易位,重复,标记染色体 （marker chromosome),超二倍体,亚二倍体,多倍体,1.染色

4、体数目异常类型,费城染色体（Philadelphia chromosome, Ph） 1960年, 在美国费城的慢性粒细胞白血病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Ph染色体。 95% 原因： der(22) t(9；22)(q34；q11.2) 易位 结果导致9q+ 和22q-（ Ph）,Henrietta Lacks,HeLa细胞,HeLa细胞基因组,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+）

5、。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,癌基因(oncogene)：能引起细胞恶性转化的基因。,II. 基因改变与肿瘤,如何发现癌基因的呢 ?,1910年，洛克菲勒研究院一个年轻的研究员Rous发现，鸡肉瘤细胞裂解物在通过除菌滤器以后，注射到正常鸡体内，可以引起肉瘤， 首次提出鸡肉瘤可能是由病毒引起的。,0.2 m孔径 细菌过

6、不去但病毒可以通过,从病毒癌基因到细胞原癌基因的研究历程：,Rous sarcoma virus, RSV,the first cancer-causing retrovirus,1958年，Stewart和Eddy分离出一种病毒，注射到小鼠体内可以引起肝脏、肾脏、乳腺、胸腺、肾上腺等多种组织器官的肿瘤，因而把这种病毒称为多瘤病毒。,50年代末、60年代初，癌病毒研究成了一个极具想像力的研究领域，主流科学家开始进入癌病毒研究领域,polyoma virus,这期间， Temin发现RSV有不同亚型，且引起细胞恶变程度不同，推测RNA病毒将其遗传信息传递给了正常细胞的DNA 。,这与Crick提

7、出的中心法则是相违背的 让事实屈从于理论还是坚持基于实验的结果？,VS,Temin发现逆转录酶，1975年获诺贝尔奖,Temin,Crick,修正中心法则,DNA RNA Protein,Transcription,Translation,Replication,Replication,Temin的实验设计：,实验设计简单而巧妙： 将合成DNA所需的“原料”，即 A、T、C、G四种脱氧核苷酸，与破坏了外壳的RSV一起在体外40的条件下温育一段时间 结果在试管里获得了一种新合成的大分子，它不能被RNA酶破坏，但却可以被DNA酶所分解，证明这种新合成的大分子是DNA 用RNA酶预先破坏RSV的RN

8、A，再重复上述的试验，则不能获得这种大分子，说明 这个DNA大分子是以RSV的RNA为模板合成的,1969年，一个日本学者里子水谷来到Temin的实验室，这 是一个非常擅长实验的年轻科学家。按Temin的设想，他们开始寻找RSV中存在“逆转录酶”的证据,据说， 1975年Temin因发现逆转录酶而获诺贝尔奖时，Bishop懊恼不已，因为早在1969年他就认为Temin的RNADNA的“前病毒理论”有可能是正确的，并且也进行了一些实验，但不久由于资深同事的规劝而放弃了这方面的努力。 但Bishop马上意识到：逆转录酶的发现为逆转录病毒致癌的研究提供了一条新途径。,一个RSV，三个诺贝尔奖！,启示

9、： Bishop说:“许多人引以为豪的是一天工作16小时，工作安排要以分秒计可是工作狂是思考的大敌，而思考则是科学发现的关键”,科学的本质和艺术一样，都需要直觉和想像力 请给自己一些思考的时间吧！,1. 癌基因的分类及功能,癌基因的激活机制可分为三种：,2. 癌基因的激活机制, 各种类型基因突变如碱基替换、缺失或插入，都能导致原癌基因表达异常，引起细胞癌变。,基因突变,失活的RAS,GDP,活性的RAS,GTP,细胞cAMP水平增高，导致细胞增殖,细胞cAMP水平降低，细胞增殖停止,信息传导的蛋白类,ras基因,与膜结合的GTP结合蛋白,机体内的正常过程。,突变：导致GTP无法转化为GDP，从

10、而引起细胞持续分裂。,失活的RAS,GDP,活性的RAS,GTP,细胞cAMP水平增高，导致细胞增殖,细胞cAMP水平降低，细胞增殖停止,阻断,ras基因, 基因组内原癌基因自身扩增导致过度表达；由于相应基因产物增加，使细胞恶性转化。,基因扩增, 双微体(double minute, DM) 扩增的重复DNA片段从染色体断裂下来，因无着丝粒随机释放至胞浆，呈环状，经染色后成一对连在一起的双点状结构。, 染色体重排主要是染色体易位和插入，常导致原癌基因易位至一个强大的启动子、增强子或转录调节元件附近，或形成融合基因，使原来无活性或低表达的基因激活变为高表达，细胞发生恶性转化。,Ph染色体t (9

11、q34；22q11),burkitt淋巴瘤t (8q24；14 q32),染色体重排,慢性髓细胞性白血病(CML)： 染色体9 (C-ABL) 染色体22 (BCR)，形成融合基因BCR-ABL。,C-MYC基因被免疫球蛋白增强子所激活,原癌基因激活的可能途径,肿瘤抑制基因(tumor suppressor gene),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。,肿瘤抑制基因R

12、b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。,(1) 脱磷酸化Rb蛋白（活性）与转录因子E2F结合，抑制基因的转录活性 (2) 磷酸化Rb蛋白（失活）与E2F解离，释放E2F (3) E2F启动基因转录 (4) 细胞进入增生阶段 (G1S) 因此， Rb蛋白在控制细胞生长方面发挥重要作用 一旦Rb基因突变可使细胞进入过度增生状态,RB基因的功能,肿

13、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。,III.肿瘤发生的遗传学理论,单克隆起源假说 二次突变假说 多步骤损伤假说,单克隆起源假说(monoclona

14、l origin hypothesis),肿瘤细胞是单个突变细胞增殖而来的单克隆增殖细胞群。,例证：,Burkitt淋巴瘤中的所有淋巴瘤细胞都发生相同的染色体重排。,t（8；14）（q24；q32）、t（2；8）（p12；q24）、 t（8；22）（p24；p11）,q32,8 2,视网膜母细胞瘤 （RB）,遗传性 非遗传性（散发型） 家族史 无 双侧 单侧(约90%） 早发 晚发,肿瘤的二次突变学说,20世纪70年代，Knudson,同是一种肿瘤,为什么既有遗传型又有散发型? 发病年龄又不同呢?,1971年, Knudson提出二次突变学说(two hits theory)，用来解释肿瘤发生

15、中遗传因素的作用方式。,1. 遗传性病例中，第一次突变发生于生殖细胞或由父母遗传而来，结果患儿出生时每一个细胞均带有一个突变，成为突变的杂合子； 2. 在此基础上，若在出生后体细胞发生第二次突变，两次突变累加，即可完成始动（initiation)，而从良性细胞变成恶性细胞。,二次突变学说:,3. 恶性细胞在一定条件下，形成增殖优势，即可完成促进阶段，形成恶性细胞克隆。 4. 在非遗传性病例中，两次突变都是体细胞突变，而且必须在同一个体细胞中两次发生独立才能完成始动的过程。这种机会比较少，需要经过漫长过程的积累。,二次突变学说(two hits theory):,散发性和遗传性Rb功能丧失的机理

16、,肿瘤发生的多步骤损伤学说,肿瘤的发生过程中，涉及多个基因的联合作用，每个基因的改变只完成其中的一个步骤。,1983，Land等,多步骤损伤学说（multistep lesion theory）： 1. 细胞癌变往往需要多个肿瘤相关基因的协调作用，经过多个阶段的演变，不同阶段涉及不同肿瘤相关基因的激活与失活。 2. 基因的失活在时间上有先后顺序，在空间位置上也有一定的配合，这些基因共同作用，最终形成肿瘤的表型。,转录水平的改变：启动子插入 DNA扩增,转录产物结构的改变：基因突变 基因融合,癌基因活化形式,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。,结肠癌形成模式图,APC-结肠癌基因 原癌基因 DCC-