肿瘤遗传学课件.ppt

1、癌癌 85%，上皮细胞，上皮细胞肉瘤肉瘤 2%，结缔组织、，结缔组织、骨或肌肉组织细胞骨或肌肉组织细胞淋巴瘤淋巴瘤 5%，免疫系统，脾、淋巴结白细胞，免疫系统，脾、淋巴结白细胞 白血病白血病 3%，骨髓造血细胞，骨髓造血细胞 其它其它 5%遗传基础遗传基础遗传性：遗传性：5%10%家族性癌：遗传或散发家族性癌：遗传或散发 十分复杂十分复杂发生原因发生原因环境环境 不起决定作用不起决定作用遗传遗传 起主要作用起主要作用肿瘤的形成肿瘤的形成新生物（新生物（neoplasm）第一节第一节 染色体不稳定综合征与肿瘤发生染色体不稳定综合征与肿瘤发生染色体不稳定综合征：染色体不稳定综合征：AR，AD，XR

2、；不稳定性、易患肿瘤。不稳定性、易患肿瘤。Bloom综合征（综合征（Bloom syndrome，BS）1、临床特征临床特征身材矮小、免疫功能缺陷、面部红斑、颜面部畸形，肿瘤、白血病身材矮小、免疫功能缺陷、面部红斑、颜面部畸形，肿瘤、白血病（30岁前）；犹太后裔。岁前）；犹太后裔。2、细胞遗传学改变细胞遗传学改变染色体不稳定性染色体不稳定性1）染色体断裂）染色体断裂 结构畸变；结构畸变；颊粘膜间期细胞颊粘膜间期细胞 微核。微核。2）姐妹染色单体交换）姐妹染色单体交换（SCEs）。）。3）编码序列、非编码序编码序列、非编码序列之间列之间断裂性突变。断裂性突变。4）短期培养淋巴细胞）短期培养淋巴细

3、胞四射体。四射体。BrdU5溴脱氧尿苷dT 脱氧胸苷3、分子遗传学、分子遗传学BLM基因基因AR 15q26.1 转录转录 4.5kb的的mRNA,有效可读框有效可读框4251个核苷酸残基。个核苷酸残基。翻译翻译 蛋白质蛋白质159 kD、1417 aa基因编码产物：基因编码产物：RecQ DNA解链酶解链酶 DNA依赖性三磷酸腺苷酶依赖性三磷酸腺苷酶 DNA解链酶解链酶蛋白质的生物学功能：修复蛋白质的生物学功能：修复BLM基因突变基因突变 突变型突变型blm蛋白缺乏蛋白缺乏RecQ DNA解链酶活性解链酶活性 无法修复异常的无法修复异常的DNA结构结构 染色体不稳定性染色体不稳定性4、Blo

4、om综合征的分子遗传学诊断综合征的分子遗传学诊断体外培养细胞体外培养细胞 BLM 基因组基因组DNA PCR扩增全长扩增全长cDNA SSCP技术筛查技术筛查 异常片段异常片段序列分析序列分析Bloom综合征的细胞遗传学诊断综合征的细胞遗传学诊断 正常细胞正常细胞 SCEs 10 Bloom患者细胞患者细胞SCEs：50 100短期：短期：T、B淋巴细胞，淋巴细胞，骨髓细胞骨髓细胞B淋巴细胞系（淋巴细胞系（EB病毒病毒转化）转化）长期长期 T淋巴细胞系淋巴细胞系 成纤维细胞系（成纤维细胞系（SV40转转化）化）第二节第二节 染色体异常与肿瘤染色体异常与肿瘤肿瘤的细胞遗传学肿瘤的细胞遗传学一、肿

5、瘤染色体理论的提出一、肿瘤染色体理论的提出 1912年，年，Boveri：海胆幼胚细胞海胆幼胚细胞不均等分裂不均等分裂 染色体分配不平衡染色体分配不平衡 失去正常生长特性失去正常生长特性 肿瘤染色体理论：来源于正常细胞，异常染色体缺陷细胞，肿瘤染色体理论：来源于正常细胞，异常染色体缺陷细胞，恶化原因恶化原因染色体畸变染色体畸变二、肿瘤的染色体异常二、肿瘤的染色体异常单克隆起源单克隆起源 多克隆性细胞多克隆性细胞干系（干系（stem line):占主导数目的克隆细胞系。占主导数目的克隆细胞系。众数（众数（modal number）：）：干系肿瘤细胞的染色体数目。干系肿瘤细胞的染色体数目。旁系（旁

6、系（side line）：）：干系以外占非主导数目的克隆细胞系。干系以外占非主导数目的克隆细胞系。1、肿瘤的染色体数目异常、肿瘤的染色体数目异常非整倍体非整倍体亚二倍体亚二倍体 超二倍体超二倍体 亚三倍体亚三倍体 3n 69亚四倍体亚四倍体 4n 922、肿瘤的染色体、肿瘤的染色体结构异常结构异常 易位、缺失、重易位、缺失、重复、倒位、复、倒位、环状染色体和双环状染色体和双着丝粒染色体。着丝粒染色体。非特异性标记染非特异性标记染色体色体不具代表性不具代表性 标记染色体标记染色体（marker chromosome）特异性标记染色特异性标记染色体体具代表性具代表性三、三、Ph染色体染色体（Phi

7、ladelphia chromosome）的发现的发现1960年，年，Nowell，慢性粒细胞白血慢性粒细胞白血病（病（CML），），Ph染色体（费城染色体（费城1号染色体）号染色体）G组组Rowley，显带技术证明：显带技术证明：易位易位 t（9；22）（）（q34；q11）t（9；22）（）（22pter 22q11：9q34 9qter）9号号（9q）临床意义：临床意义：95%CML，Ph染色体阳性染色体阳性先于临床症状出现；早期诊断，先于临床症状出现；早期诊断，区别其它血液病。区别其它血液病。Ph染色体阴性染色体阴性治疗反应差，治疗反应差，预后不佳。预后不佳。四、肿瘤中其他特异性标记染

8、色体改变四、肿瘤中其他特异性标记染色体改变 病名病名 染色体异常染色体异常Burkitt淋巴瘤（非洲儿童恶性淋巴瘤）淋巴瘤（非洲儿童恶性淋巴瘤）t（8；14）（）（q24；q32）脑膜瘤脑膜瘤 del（22）（）（q12），），-22 视网膜母细胞瘤视网膜母细胞瘤 del（13）（）（q14）慢性粒细胞白血病急性变慢性粒细胞白血病急性变 8，17q 急性白血病急性白血病 -7，9 Wilms瘤瘤 del（11）（）（p13 p14）结肠息肉结肠息肉 8 ，14 小细胞肺癌小细胞肺癌 del（3）（）（p14 p23）肺腺癌、肺鳞癌肺腺癌、肺鳞癌 del（6）（）（q23 qter）黑色素瘤黑色

9、素瘤 7 ，22 鼻咽癌鼻咽癌 t（1；3）（）（q41；p11）乳腺癌乳腺癌 1号染色体长臂的易位号染色体长臂的易位NF2RBWT1五、染色体异常在肿瘤发生中的作用五、染色体异常在肿瘤发生中的作用实体瘤：少见特异性标记染色体实体瘤：少见特异性标记染色体遗传复杂性和不稳定性。遗传复杂性和不稳定性。扩增扩增 癌基因激活癌基因激活数目异常数目异常 转录转录 结构畸变结构畸变 生长、分化生长、分化 缺失缺失 抑癌基因失活抑癌基因失活 （调节异常）（调节异常）癌变易位易位突变突变第三节第三节 癌基因癌基因癌基因（癌基因（oncogene）：）：在致瘤病毒、人体和动物肿瘤中发现的能在致瘤病毒、人体和动物

10、肿瘤中发现的能导致细胞恶性转化的基因（核酸片段）。导致细胞恶性转化的基因（核酸片段）。正常序列（基因），胚胎发育，出生后封闭正常序列（基因），胚胎发育，出生后封闭 表达时间、部位、数量、产物结构表达时间、部位、数量、产物结构异常异常 无限增殖，恶性转化。无限增殖，恶性转化。一、病毒癌基因与细胞癌基因一、病毒癌基因与细胞癌基因病毒癌基因（病毒癌基因（viral oncogene，v-oncogene）RNA病毒（逆转录病毒）基因组序列病毒（逆转录病毒）基因组序列引发肿瘤（啮齿类、猫、鸡等）。引发肿瘤（啮齿类、猫、鸡等）。野生型野生型 能够扩增，完整的逆转录病毒基因组能够扩增，完整的逆转录病毒基因

11、组 插入宿主细胞控制增殖部位插入宿主细胞控制增殖部位 肿瘤（很少）肿瘤（很少）逆转录病毒逆转录病毒（两种形式）（两种形式）缺陷型缺陷型 不能自我扩增不能自我扩增 宿主基因组宿主基因组mRNA （高度保守、来源功能不同）（高度保守、来源功能不同）编码蛋白编码蛋白强诱导剂强诱导剂感染、感染、整合整合杂交杂交激活增殖、延长生命、解除限制激活增殖、延长生命、解除限制 逆转录病毒逆转录病毒基因组的末端基因组的末端插入顺序插入顺序宿主细胞宿主细胞肿瘤肿瘤病毒癌基因克隆病毒癌基因克隆 人类染色体人类染色体原位原位杂交杂交同源原癌基因位点同源原癌基因位点白血病易位断裂点白血病易位断裂点 一致一致V-ablAB

12、L9q34.1 CML发现人类癌基因的方法发现人类癌基因的方法正常细胞：正常细胞：贴壁依赖性（贴壁依赖性（anchorage dependency）单层后停止生长单层后停止生长肿瘤细胞：肿瘤细胞：转化（转化（transformation）上层继续生长，细胞恶性转化。上层继续生长，细胞恶性转化。导入、导入、整合整合第一轮第一轮 分离分离小鼠小鼠细胞细胞肿瘤肿瘤DNA转化小转化小鼠细胞鼠细胞肿瘤肿瘤DNA小鼠小鼠细胞细胞导入、导入、整合整合转化小转化小鼠细胞鼠细胞第二轮第二轮转化小转化小鼠细胞鼠细胞 重复重复4 45 5次次分离、分离、导入、导入、整合整合 提取提取DNA 建立文库建立文库 克隆克

13、隆 人癌基因人癌基因 DNA序序列列 Loss of anchorage dependency in cell culture二、癌基因的分类及激活机制二、癌基因的分类及激活机制蛋白激酶类、信号转导蛋白类、生长因子类、核内转录因子类蛋白激酶类、信号转导蛋白类、生长因子类、核内转录因子类 改变了编码蛋白质的功能改变了编码蛋白质的功能 点突变：单个碱基的改变点突变：单个碱基的改变 使基因激活表达出现功能变异使基因激活表达出现功能变异 病毒诱导与启动子插入：病毒诱导与启动子插入：强力启动子插入到原癌基因附近，强力启动子插入到原癌基因附近，如如LTRLTR逆转录病毒长末端重复序列。逆转录病毒长末端重复

14、序列。基因扩增（基因扩增（gene amplificationgene amplification）：）：95%95%肿瘤肿瘤 复制使拷贝数增加，癌蛋白过表达。复制使拷贝数增加，癌蛋白过表达。成神经细胞瘤成神经细胞瘤 HSRHSR，DMsDMs 。神经母细胞瘤神经母细胞瘤N-myc基因的扩增基因的扩增 均质染色区（均质染色区（homogeneous 双微体双微体 staining region，HSR）（double minutes，DMS）染色体断裂与重排（染色体易位）：染色体断裂与重排（染色体易位）：第一种，原癌基因易位插入到一个强大的启动子、增强子、第一种，原癌基因易位插入到一个强大的启

15、动子、增强子、转录调控元件附近导致激活。转录调控元件附近导致激活。Burkitt淋巴瘤（非洲儿童恶性淋巴瘤）淋巴瘤（非洲儿童恶性淋巴瘤）t（8；14）（）（q24；q32）8q24 C-myc ，编码编码DNA结合蛋白；结合蛋白；14q32IgH（免疫球蛋白重链）免疫球蛋白重链）第二种，通过易位同其他基因形成融合基因（第二种，通过易位同其他基因形成融合基因（fusion gene）慢性粒细胞白血病慢性粒细胞白血病 t（9；22）（）（q34；q11）9q34 abl（原癌基因），编码酪氨酸激酶原癌基因），编码酪氨酸激酶 22q11 bcr（break point cluster region）

16、慢性粒细胞白血病 慢性粒细胞白血病慢性粒细胞白血病t（9；22）（）（q34；q11）Burkitt淋巴瘤（非洲儿童恶性淋巴瘤）淋巴瘤（非洲儿童恶性淋巴瘤）t（8；14）（）（q24；q32）34112432融合融合基因基因 强力强力启动子启动子 酪氨酸酪氨酸 激酶激酶三、肿瘤抑制基因三、肿瘤抑制基因 肿瘤抑制基因（肿瘤抑制基因（tumor suppressor gene）抑癌基因、抗癌基因（抑癌基因、抗癌基因（anti-oncogene）隐性癌基因（隐性癌基因（recessive oncogene）正常细胞中抑制肿瘤发生的基因正常细胞中抑制肿瘤发生的基因细胞杂交证明逆转肿瘤细胞表型细胞杂交证

17、明逆转肿瘤细胞表型-1111-11 11抑制细胞抑制细胞恶性表达恶性表达-1、-11 1、11 -1、-11 1、1186年首次发现肿瘤抑制基因年首次发现肿瘤抑制基因RB，共十几种（表共十几种（表16-7）抑制细胞的增长，促进细胞的分化。抑制细胞的增长，促进细胞的分化。G1期期前期前期G2期期S期期丝丝裂裂期期中期中期后期后期末期末期间间期期G0期期分化分化死亡死亡一、一、p53基因基因 17p13.1,长长20kb,11个外显子个外显子,393 个个aa,53kD磷酸化蛋白质磷酸化蛋白质;结肠癌、乳腺癌、肝癌、肺癌等结肠癌、乳腺癌、肝癌、肺癌等50%的恶性肿瘤。的恶性肿瘤。（1）N端酸性转录

18、激活区：激活转录，介导蛋白间端酸性转录激活区：激活转录，介导蛋白间 相互作用。与相互作用。与mdm2蛋白（蛋白（p53负调控因子）结合。负调控因子）结合。（2）序列特异性结合区（核心区）：特异性结合）序列特异性结合区（核心区）：特异性结合 DNA，突变区域（突变区域（6个位点，个位点，40%p53 错义突变）。错义突变）。（3）寡聚区：介导自身蛋白四聚体的形成。）寡聚区：介导自身蛋白四聚体的形成。（4）羧基端：与）羧基端：与DNA非特异性结合，参与核心区与非特异性结合，参与核心区与 DNA结合时的错构调节。结合时的错构调节。4个个功功能能区区DNA损伤损伤P53水平水平升高，升高，G1期停止期

19、停止分裂前修复分裂前修复细胞凋亡细胞凋亡DNA损伤损伤P53失活，失活，G1期停止期停止不能不能增殖增殖肿瘤肿瘤分裂不良分裂不良或死亡或死亡细胞分化、细胞分化、PIG3GADD45IGF-BP3BAXMDM2p21PCNA（增殖细胞核抗原）增殖细胞核抗原）CDK mdm2蛋白蛋白 负反馈负反馈DNA复制复制p53基因的失活机制：基因的失活机制：（1）自身突变，）自身突变，p53蛋白失去结合能力，最重要。蛋白失去结合能力，最重要。（2）MDM2癌基因的负调节癌基因的负调节。被刺激表达的。被刺激表达的mdm2蛋白形成一反馈调节环，与蛋白形成一反馈调节环，与p53蛋白结合、催化其降蛋白结合、催化其降

20、解，抑制解，抑制p53蛋白的反式激活，使其抑制增殖、诱导蛋白的反式激活，使其抑制增殖、诱导细胞凋亡、分化的功能丧失。细胞凋亡、分化的功能丧失。（3）p53蛋白与癌蛋白之间的相互作用。蛋白与癌蛋白之间的相互作用。结合后促进其降解，抑制其功能活性。结合后促进其降解，抑制其功能活性。如如 DNA肿瘤病毒蛋白肿瘤病毒蛋白SV40大大T抗原、腺病毒抗原、腺病毒E1B转化蛋白、人乳头瘤病毒转化蛋白、人乳头瘤病毒E6蛋白等。蛋白等。四、四、肿瘤发生的遗传学说肿瘤发生的遗传学说一、肿瘤的单克隆起源假说一、肿瘤的单克隆起源假说 （monoclonal origin hypothesis of tumor）单个单

21、个体细胞体细胞 基因突变基因突变 前癌细胞前癌细胞 肿瘤细胞肿瘤细胞 单克隆增殖细胞群单克隆增殖细胞群单克隆起源的证据：单克隆起源的证据：白血病、淋巴瘤白血病、淋巴瘤 相同的免疫球蛋白基因表达，相同的免疫球蛋白基因表达，相同的相同的T细胞受体基因重排，细胞受体基因重排，相同的标记染色体，相同的标记染色体，实体瘤实体瘤 相同的癌基因或肿瘤抑制基因突变。相同的癌基因或肿瘤抑制基因突变。（FISH法）法）致癌因子致癌因子促癌因素促癌因素体细胞突变和克隆选择的结果体细胞突变和克隆选择的结果女性女性X连锁基因分析：连锁基因分析：胚胎早期胚胎早期随机失活随机失活嵌合体嵌合体依赖于依赖于G6PD活性活性 的

22、细胞染色的细胞染色女性杂合子女性杂合子女性恶性肿瘤癌细胞都含有相同失活的女性恶性肿瘤癌细胞都含有相同失活的X染色体。染色体。X 1 X 2X 1 X 2X 1 X 2X 1 X 2X 1 X 2失活失活野生型野生型二、二、二次突变学说二次突变学说 视网膜母细胞瘤视网膜母细胞瘤20世纪、世纪、70年代，年代，Alfred Knudson 遗传性：遗传性：40%，双侧性、多发性、早发性、家族性，双侧性、多发性、早发性、家族性，早早15 30个月。个月。非遗传性：非遗传性：60%，单侧性、单发性、发病迟、散发性。，单侧性、单发性、发病迟、散发性。二次突变学说（二次突变学说（two mutation

23、theory）二次打击论（二次打击论（two-hit theory）细胞恶性转化细胞恶性转化两次或两次以上的突变两次或两次以上的突变 第一次，生殖细胞或父母遗传第一次，生殖细胞或父母遗传 体细胞体细胞 第二次，均发生在第二次，均发生在体细胞体细胞 The two mutation theory （RB，13q14）occasional cell occasional cell Inactivates one Inactivates one of its two good of its two good RbRb genes genes 三、三、肿瘤的多步骤损伤学说肿瘤的多步骤损伤学说美麻省理工

24、美麻省理工Land等人（等人（1983）发现：）发现：过量增殖过量增殖大鼠胚胎成纤维细胞大鼠胚胎成纤维细胞 癌细胞癌细胞两种致癌基因的联合作用，每个基因只完成一个步骤。两种致癌基因的联合作用，每个基因只完成一个步骤。多步骤损伤学说（多步骤损伤学说（multistep lesion theory）多步骤致癌（多步骤致癌（multistep carcinogenesis）假说假说 多个相关基因的协同作用，多阶段的演变，被激活、失多个相关基因的协同作用，多阶段的演变，被激活、失活，时间（先后顺序），空间（相互配合），共同作用。活，时间（先后顺序），空间（相互配合），共同作用。转染转染EJ-H RAS

25、RAS，v-myc癌基因的激活方式：癌基因的激活方式：起始阶段起始阶段逆转录基因的插入、原癌基因的点突变逆转录基因的插入、原癌基因的点突变演进阶段演进阶段染色体重排、基因重组，癌基因扩增染色体重排、基因重组，癌基因扩增癌基因的变化方式：癌基因的变化方式：强启动子插入、强启动子插入、DNA片断扩增片断扩增转录水平，量的改变转录水平，量的改变 活性增高、过量的癌蛋白活性增高、过量的癌蛋白癌基因点突变、基因融合癌基因点突变、基因融合转录产物结构变化，质的改变转录产物结构变化，质的改变 结构异常的癌蛋白结构异常的癌蛋白 摆脱调控基因的控制摆脱调控基因的控制原癌基因的激活、肿瘤抑制基因的突变、失活。原癌

26、基因的激活、肿瘤抑制基因的突变、失活。大肠癌发生的多阶段模型大肠癌发生的多阶段模型染色体染色体的变化的变化转转移移 基因基因的变化的变化 5q变异变异或缺失或缺失12p变异变异18q缺失缺失17p缺失缺失18q，8p 缺失缺失APC，MCC DNA低低甲基化甲基化 ras DCC p53 DCC等等 细细胞胞生生长长增增强强正正常常肠肠上上皮皮 腺腺瘤瘤 I腺腺瘤瘤 II腺腺瘤瘤III癌癌多多阶阶段段癌癌变变 癌癌 癌的机理癌的机理 遗传因素遗传因素 环境因素环境因素癌基因的激活癌基因的激活 通过环境中的致癌物诱导基因突变通过环境中的致癌物诱导基因突变 点突变点突变 病毒启动子插入病毒启动子插入 基因扩增基因扩增 例如：香烟中含有的例如：香烟中含有的 基因的重排（易位）基因的重排（易位）可使可使p53抑癌基因第抑癌基因第246位碱基位碱基 发生置换发生置换 诱发肺癌诱发肺癌抑癌基因的失活抑癌基因的失活 点突变点突变 碱基的缺失、插入碱基的缺失、插入 霉菌产生的霉菌产生的 染色体的缺失染色体的缺失 毒素可使毒素可使p53抑癌基因第抑癌基因第24位位 碱基的甲基化碱基的甲基化 碱基发生置换碱基发生置换 肝癌的发生肝癌的发生DNA修复酶基因修复酶基因 的突变失活的突变失活