第十九章-癌症的遗传学基础.ppt

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第十九章 癌的遗传学基础,The Genetic Basis of Cancer,Cancer is now recognized as a,genetic disorder,at the cellular level that involves mutation of a relatively small number of genes.Many of these genes normally regulate passage through the cell cycle,and loss or inactivation of theses genes cause uncontrolled cell division and tumor formation.Environmental factors including viruses also play a role in the genetic alterations that causes the transition of normal cells into cancerous cells.,一个人乳腺癌细胞（,human breast cancer cell,）,人肺癌细胞,第一节 细胞周期与癌,一、细胞周期（,cell cycle,）,二、细胞周期的控制,1.,细胞周期的控制点（,Checkpoints,）,The G,1,checkpoint:,DNA,是否有损伤？,The G,2,checkpoint:DNA,是否有损伤？,M,G,2,S,G,1,The M checkpoint:,纺锤体是否形成，动粒是否与纺锤丝相连？,The S checkpoint:,DNA,是否都复制了？,G1/S,过渡（,transition,）,决定细胞是否进行,DNA,复制。,（,1,）细胞周期的主要,checkpoints,有两个：,G2/M,过渡（,transition,）,决定细胞是否进行分裂。,（,3,）,CDK,与,cyclin,的相互作用,对,G1/S,控制点的作用,CDK4,与,cyclin D,结合成复合物，激活一系列的基因转录，启动,DNA,复制。,对,G2/M,控制点的作用,大多数真核细胞中：,CDK1,与,cyclin B,结合成复合物，激活,caldesmon,，引起核膜破裂。,许多种癌的细胞的,G1 checkpoint,都发生了异常。,第二节 控制细胞分裂的基因,一、调节细胞分裂的基因类型,1.,抑制细胞分裂的基因,又称为,肿瘤抑制基因,（,tumor suppressor genes,）,功能：,抑制细胞分裂。,在细胞分裂时必须失活。,但如果永久性失活，细胞分裂就失去控制。,2.,促进细胞分裂的基因,又称为,原癌基因,（,proto-oncogenes,）。,功能：,启动细胞分裂。,当细胞分裂需要停止时，必须失活。,如果这些基因永久性“,on”,时，细胞分裂就失去控制。,原癌基因,癌基因（,oncogene,）,突变,癌的易患性基因,染色体位置,早发性家族性乳腺癌（,Early-onset familial breast cancer,）,家族性腺瘤息肉（,Familial adenomatous polyposis,）,家族性黑色素瘤（,familial melenoma,）,Gorlin,综合症,遗传性非息肉性结肠癌（,hereditary nonopolyposis colon cancer,）,Li-Fraumeni,综合症,I,型多发性内分泌瘤（,mulitiple endocrine neoplasia,type I,）,II,型多发性内分泌瘤（,mulitiple endocrine neoplasia,type II,）,I,型神经纤维瘤（,neurofibromatous,type I,）,II,型神经纤维瘤（,neurofibromatous,type II,）,视网膜瘤（,retinoblastoma,）,Von Hippel-Lindau,综合症,Wilms,肿瘤,17q,5q,9p,9q,2p,17p,11q,22q,17q,22q,13q,3p,11p,二、癌的易患性（,predisposition,）基因,三、肿瘤抑制基因,1.,肿瘤抑制基类型,（,1,）细胞周期蛋白激酶抑制因子,如,P16,。,调节或抑制细胞进入细胞分裂的某个特定时期。,（,2,）抑制细胞增殖的激素受体,如肿瘤来源生长因子,的受体。,（,3,）细胞周期控制点的蛋白,当,DNA,损伤或染色体异常时停止细胞分裂。,2.,几种常见肿瘤抑制基因,（,4,）促进细胞程序性死亡（,apoptosis,）的蛋白。,（,5,）参与,DNA,修复的酶类,尽管,DNA,修复酶类不直接抑制细胞增殖，但,DNA,突变会使其它基因失活（如控制增殖的基因）而引起癌变。,（,1,）,RB,（,retinoblastoma,）基因,RB,（视网膜瘤、眼癌）,发病率：,1/14000-1/20000,发病年龄：,1-3,岁,RB,基因,常染色体,隐性,基因。位于,13q,。,RB,的遗传,i,）家族性,RB,占眼癌的,40%,。常为双眼眼癌。,呈常染色体,显性,遗传（病人的子女易患病）。,RB,呈显性遗传的原因,通过遗传获得其中,RB,基因，虽然并不发病，但很容易通过一次体细胞突变成为纯合体而发病。在系谱上反而呈现显性遗传特征！,（类似的情况还有结肠癌的,APC,基因、,乳腺癌的,BRCA1,基因）。,ii,）非家族性,RB,占,60%,。,常为单眼眼癌。,发病年龄很大。,同一个视网膜细胞的两个,RB,基因都发生突变！,RB,基因的产物,pRB,存在于所有的细胞类型的细胞核中；,也存在于细胞周期的所有阶段。,i,）,pRB,的存在,ii,）,pRB,的作用,在调节细胞周期,G1,S,起重要作用。,pRB,在非磷酸化形式时，与,E2F,转录因子家族成员结合，抑制,DNA,复制所需的蛋白基因的转录，细胞停留在,G1,期。,cyclin D,激活,CDK4,，,CDK4,使,pRB,磷酸化，不能再与,E2F,结合，细胞进入,S,期。,（,2,）,p53,基因组的监护人（,guardian,）,视网膜瘤细胞中，两个,RB,基因突变导致不能产生,pRB,，,E2F,永远激活,DNA,合成所需的基因，使细胞通过,G1/S checkpoint,。,编码一个转录因子。,p53,突变存在于多种癌（肺癌、乳腺癌、膀胱癌、结肠癌等）。,估计,50-60%,的癌与,p53,的突变有关。,p53,的作用,主要的功能是能够激活某些特殊基因的表达，其中最重要的是,P21,蛋白。,P21,是一个,CDK,的抑制因子，能与,G1,期的,Cdk-cyclin,复合物结合，并抑制,Cdk,的活性（如,CDK4/cyclin D,），结果细胞被阻止在,G1,期直到,DNA,损伤被修复，然后,P53,和,P21,减少，细胞周期才能继续进行。,p35,p21,CDK4,/cyclin D,E2F,激活,抑制,磷酸化,RB,/E2F,释放,DNA,复制,p53,的遗传,p53,的活性形式是,4,聚体。只要一个单体分子有突变，就不能形成,4,聚体。,等位基因中的一个突变就会使整个,4,聚体不能形成，呈显性遗传。,p53,杂合子导致癌症的频率是,90-95%,。,（,3,）乳腺癌基因（,Breast cancer genes,）,BRCA1,基因,位于,17q,。,85%,的戴有一个,BRCA1,突变的妇女，都会由于另一个,BRCA1,等位基因的突变而导致乳腺癌。（与卵巢癌也有关）,虽然是隐性基因，但呈显性遗传。,位于,13q,。,BRCA2,基因,BRCA1,和,BRCA2,与,10%,的乳腺癌有关。,BRCA1,和,BRCA2,基因产物的作用,与,DNA,双连断裂的修复有关。,BRCA1,被磷酸化后与,BRCA2,、,mRAD51,等蛋白参与,DNA,修复。,DNA,损伤也同时激活,p53,，使,DNA,停止复制。,四、癌基因（,oncogenes,）,1.,原癌基因（,proto-oncogenes,）：,正常情况下促进细胞分裂。,2.,癌基因（,oncogenes,）：,原癌基因的突变形式，导致细胞分裂失去控制。,3.,遗传特点：,只需要一个等位基因突变就可导致癌变。,显性基因。,4.,癌基因的种类,现已经发现,36,种多。,癌基因,起源,物种,功能,src,Rous,肉瘤病毒,鸡,酪氨酸激酶信号蛋白,fos,FBJ,骨瘤病毒,小鼠,转录因子,sis,猿肉瘤病毒,猴,血小板来源生长因子,abl,Abelson,鼠白血病毒,小鼠,酪氨酸激酶,myc,鸟髓细胞组织增生病毒,鸡,转录因子,erbB,鸟红细胞组织增生病毒,鸡,EGF,受体,N-ras,神经纤维瘤、白血病,人,GTP,结合蛋白,几种有代表性的癌基因,5.,癌基因的起源,（,1,）第一个被发现的癌基因,1910,年，,Francis Peyton Rous,在研究记得结缔组织瘤（肉瘤）时发现：,把肉瘤的提取液注射给健康的鸡后，能在健康的鸡身上诱导出同样的肉瘤。,Rous,认为提取液中有某种物质能够传播肉瘤！,数十年后其他科学家分离到这种能引起肉瘤的病毒（,Rous sarcoma virus,，,RSV,）。,但,Rous,获得,1966,年,Nobel prize,。,Rous,的工作,RSV,单链,RNA,病毒。,反转录病毒（,retrovirus,）。,gag,（病毒内壳蛋白）,pol,（反转录酶）,和,env,（病毒外壳蛋白）,能感染鸡，但不能引起肿瘤。,RSV,的生活史,基因组,RNA,反转录成,DNA,插入宿主基因组中成为,前病毒,，转录出,RNA,并合成外壳蛋白，组装成新的病毒颗粒。,动画演示,反转录病毒的生活史,反转录病毒的复制,反转录病毒的转录,RSV,的基因组,线性,RNA,。,LTR,U5,gag,pol,env,U3,LTR,正常,RSV,基因组包含,:,gag,（病毒内壳蛋白）,pol,（反转录酶）,env,（病毒外壳蛋白）三个基因。,两头各有一个,LTR(,长末端重复,),RSV,引起肿瘤的原因：,v-src,能够引起肉瘤的,RSV,基因组中还有一个,v-src,基因。这是引起肉瘤的基因。也是第一个发现的癌基因。,1977,年，,Michael Bishop,和,Harold Varmus,在鸡和其他生物的正常细胞中发现了,v-src,基因的同源基因，称为,c-src,。,The landmark discovery showed that,cancer may be induced by the action of normal,or nearly normal,genes.,LTR,U5,gag,pol,env,U3,LTR,v-src,细胞癌基因：,c-src,v-src,与,c-src,的区别,c-src,的第,527,位酪氨酸（,Tyr527,）（,C,末端倒数第,6,）通常被磷酸化使,src,失活。,磷酸化的,Tyr527,与,N,端,SH2 domain,结合，使激酶活性部位被包埋。,当,Tyr527,被特殊的磷酸酶去磷酸化以后就能激活整个蛋白的激酶活性。,v-src,中，,Tyr527,缺失或突变成其它氨基酸，使,src,成为结构性激活蛋白。,Src,的蛋白激酶活性激活使靶蛋白磷酸化增加，造成细胞增殖和许多癌。,以后又发现,v-ras,、,v-myc,、,v-abl,、,v-erbB,等病毒癌基因的正常细胞组分,c-ras,、,c-myc,、,c-abl,、,c-erbB,6.,癌基因的形成机制,原癌基因通过三种机制转化为癌基因,:,（,1,）点突变,原癌基因的点突变导致产生结构性激活的蛋白。,c-Src,的,Tyr527,突变，成为,v-Src,。,c-ras,的第,12,个氨基酸（甘氨酸）和第,61,个氨基酸（谷氨酰胺）突变会激活成癌基因,v-ras,。,如：,Ras,是第一个被确认的非病毒性癌基因。,（,2,）易位,染色体易位将生长调节基因带到其它启动子的控制下，导致基因不适当地表达。,Burkitt,淋巴瘤,c-myc(8,号染色体上）易位到,14,、,2,、,22,号染色体的免疫球蛋白的强启动子下，导致过量表达。,慢性粒细胞白血病（,CML,）的,费城染色体,，是,9,和,22,号染色体易位，导致,bcr-abl,原癌基因融合。,（,3,）,原癌基因的原位扩增（,amplification,）,原癌基因的原位扩增导致原癌基因的产物过量表达。,人神经母细胞瘤中,v-myc,基因复本多（,N-myc,）。,癌基因,肿瘤,来源,扩增倍数,DM/HSR,c-myc,原髓细胞白血病细胞株,HL-60,和原发肿瘤,人,20,*,c-myc,APUDoma,细胞株，,COLO320,小细胞肺癌细胞株,人,40,+/+,c-myc,小细胞肺癌细胞株,人,5-30,?,c-myc,CSV,诱发的,B,淋巴瘤,鸡,5-10,?,N-myc,原发性神经母细胞瘤（第,和,期）和神经母细胞瘤,人,5-1000,+/+,N-myc,视网膜母细胞瘤细胞株,Y79,和原发肿瘤,人,10-200,+/+,N-myc,小细胞肺癌及其细胞株,人,50,+/?,c-abl,慢性粒细胞白血病细胞株,K562,人,5-10,?,c-myb,结肠癌细胞株,COLO201/205,人,10,?,c-myb,急粒白血病,人,5-10,?,c-erbB,类真皮癌细胞株,A431,人,30,?,c-Ki-ras2,原发性肺癌、肝癌、结肠癌、膀胱癌和直肠癌，结肠癌细胞株,SW480,人,4-20,?,c-Ki-ras,肾皮质癌细胞株,Y1,鼠,30-60,+/+,N-ras,乳腺癌细胞株,MCF7,人,5-10,?,细胞癌基因的扩增,第三节 癌的遗传模型,结肠癌,一、结肠癌（,colon cancer,）的类型,1.,家族性腺瘤息肉（,familial adenomatous polyposis,，,FAP,）,常染色体显性遗传。,2.,遗传性非息肉性结肠癌（,hereditary nonpolyposis colorectal cancer,，,HNPCC,）,占结肠癌的,1%,。,占结肠癌的,2-4%,。,占,59%,。,二、,FAP,相关的结肠癌,3.,散发病例,1.,遗传基础,APC,基因的突变所致。,（,1,）,APC,基因,后期启动复合物（,a,naphase-,p,romoting,c,omplex,）基因是一个调节细胞分裂的基因。,APC,的功能：,细胞分裂进入分裂期（,M,）的,中期,后，姐妹染色单体仍然被一些蛋白复合物连在一起。,i,）启动姐妹染色单体分裂,APC,能指导降解后期抑制剂（,anaphase inhibitors,），使阻碍姐妹染色单体分裂的蛋白质失活。,中期,后期,APC,基因的位置,ii,）启动降解细胞分裂期的各种,CDK,后期结束时，,APC,指导降解细胞分裂期的各种,CDK,，使分到两极的染色体重新变细变长，核仁核膜形成。,5q,是一个肿瘤抑制基因。,（,2,）,APC,的突变与结肠癌形成,结肠息肉（,polyp,）是癌前状态，其中的细胞都在,APC,等位基因上有一次或两次突变。使细胞分裂失去控制，成为息肉。,FAP,相关的结肠癌的形成过程：,在,FAP,情况中，,APC,的突变是遗传而来的。,APC,突变杂合体就足以形成结肠息肉。但多数情况下，结肠息肉的晚期，另一个等位基因,APC,也突变了。,癌前状态,正常结肠壁,密集的结肠息肉,肿瘤（,tumor,）形成,息肉中,的某个细胞的,ras,基因突变使细胞分裂更快，形成良性腺瘤。,晚期腺瘤（,late adenoma,）形成,再发生,DCC,基因突变才能成为晚期腺瘤。,ras,位于第,12,号染色体上。,DCC,位于,18,号染色体上。,腺瘤癌化,17p,上的,p53,基因在发生突变，才能最终转变成癌细胞。,（,3,）,FAP,结肠癌形成过程的特点,正常的细胞转化为恶性肿瘤需要经过多次突变。,在人的一生中突变率是恒定的，如果只需一次突变就可以使细胞变成恶性，癌症的发病率就应当与年龄无关。,但调查显示绝大多数人癌症发病率的对数与年龄的对数成正比。,说明恶性肿瘤的形成需要多次突变：,突变的作用,第一次突变获得微弱的生长优势。,第二次突变使细胞生长失去控制形成小的良性肿瘤。,其中某个细胞的第三次突变使它的分裂超过其它细胞。,第四次突变才使某个细胞及其后代能进入血管转移。,三、,HNPCC,相关的结肠癌,1.HNPCC,相关的基因的位置,位于,2p16,和,3p21,。,2.HNPCC,相关基因的性质,属于,DNA,修复基因，又称为,MMR,（,m,is,m,atch,r,epair genes),。,（,1,）,2p16,：,MSH2,MSH2,基因失活会导致突变积累。,（,2,）,3p21,：,MLH1,3.,MMR,突变的后果,任何一个,MMR,基因突变都会导致整个基因组中的遗传不稳定，突变积累加快。最终导致癌症。,4.HNPCC,结肠癌与,FAP,结肠癌的异同点,（,1,）共同点,都需要经过,APC,、,ras,、,DCC,、,p53,基因突变。,（,2,）不同点,FAP,结肠癌起源于每个细胞都有的,APC,突变，所以有很多结肠息肉。,HNPCC,起源于,DNA,修复基因突变，然后导致某个细胞的,APC,基因突变，所以只能形成少数息肉。,息肉中的细胞突变积累快速，导致,ras,、,DCC,、,p53,等基因突变，逐步形成结肠癌。,结肠息肉,