染色体不稳定性与肺癌.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,*,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,*,染色体不稳定性与肺癌,在恶性肿瘤发生发展过程中,众多的分子水平异常改变在癌变细胞内逐渐累积,构成细胞组织病理学改变的基础,在肿瘤中已确定的有两种改变类型:,1.一种是核苷酸水平的错配修复基因突变导致的,微卫星,不稳定性,(microsatellite instability,M IN).,2.另一种则是染色体水平的异常改变,即,染色体不稳定性,(chromosome instability,CIN).,由于绝大多数肿瘤特别是,实体瘤细胞,常表现为染色体不稳定性,所以我给大家讲一下有关CIN方面的问题.,要点:,一.CIN研究相关技术进展,二.CIN的在肺癌中的表现方式,三.在肺癌中,导致CIN可能的分子机制,四.前景展望,一.,CIN研究相关技术进展,从,荧光原位杂交,(FISH)方法到现在的,DNA 纤维FISH,染色体分析的相关技术已取得重要进展,其检测精度亦大大提高。染色体探针标记的种类已由原来的单色标记、双色标记发展为多色标记FISH,及光谱核型分析技术,不但可区分24 条染色体,还能同时检测染色体结构和数目的改变,并精确直观显示复杂的染色体核型,从而成为CIN 研究的有力工具。双色探针削减杂交的演化促成了,比较基因组杂交,(comparative genome hybridization,CGH)技术的建立。,CGH 将等量待测和对照DNA 分别采用不同荧光标记后,共同与正常中期染色体杂交,通过2 种荧光素间的荧光密度值差异反映出待测组织基因组中染色体亚区的扩增或缺失。目前新技术,微阵列,CGH(array2CGH),结合了DNA 芯片和CGH 两项技术优势,用DNA 微阵列代替了通常使用的正常中期染色体,直接分析被测组织(如肿瘤)中已知或未知DNA 序列的相对拷贝数,成为一种自动化、高通量和高敏感性的CGH 方法。值得一提的是另一种基于CGH 的新方法,比较表达序列杂交,(comparativeexpressed sequence hybridization,CESH)技术,将待测与对照组织的RNA 进行逆转录后得到的cDNA 替代基因组DNA 去杂交,即可在染色体水平检测转录组的改变。,二.CIN的在肺癌中的表现方式,分类:,CIN大致可分为数目改变和结构改变:,(1)染色体数目的改变,即非整倍体,是指整条染色体的获得或丢失.,(2)染色体结构的改变包括染色体的缺失、倒位、易位、重复、环状染色体、双着丝粒染色体等变异,(1)数目改变.,传统的核型分析表明几乎所有的肺癌都表现出复杂的核型,大约70%80%的肺癌有,三体型、四体型,并伴有染色体的缺失、易位和异染色质等各种结构的变异。染色体数目和结构的改变均有可能引起染色体成分的丢失。,(2)结构改变,杂合性缺失,(loss of heterozygous,LOH),分析发现肺癌中染色体缺失的发生率比核型分析和比较基因组分析检测到的要高的多。肺癌细胞常常出现,多个染色体区域,的缺失.,二.肺癌中CIN的表现方式,与某些血液肿瘤以易位为主的染色体变化不同,肺癌中存在多种克隆性细胞遗传学改变,包括染色体数目异常、片段的缺失和扩增等。其中(按发生频率排序)3p、4q、13q、5q、9p、8p、10q、1p 上遗传物质的,缺失,及19q、1q、3q、17q、20q、19p、22q、7q 的,扩增,都是肺癌中常见的染色体改变。肺癌染色体改变与其组织分型相关。在非小细胞肺癌中,最突出的改变包括1q21231、3q262qter、5p13214、8q232qter 等区域的扩增,以及3p14221、8p21223、17p12213 等区域的缺失。其中部分区域改变还与不同的组织亚型及生物学表型有关,其中部分区域改变还与不同的组织亚型及生物学表型有关.例如,高频率的3q22226 扩增和3p 的缺失为肺鳞癌区别于肺腺癌的特征之一。12p 扩增和2q 的缺失频率在肺鳞癌中均高于肺腺癌。1q22232 在肺腺癌中的扩增频率则高于肺鳞癌。同时,肺腺癌中20q13 扩增可能与肿瘤的侵袭性有关,而7q 和8q 的扩增很可能与肿瘤的恶性程度增高有关。小细胞肺癌中,在90%的病例中发现3p、5q、13q 缺失,在60%70%病例中发现有4q、10q、16q 缺失和5p、3q扩增。在非吸烟肺癌患者中,16p 扩增则成为最突出事件,表明不同致癌物所导致染色体区段的改变有可能不同,3 号染色体上遗传物质改变是肺癌中的突出事件,主要表现为3p 缺失和3q 扩增。现已证明3p的缺失是肺癌发生早期事件。到目前为止,被鉴定出的3 个较小区域包括3p21.3、3p12 和3p25。将array2CGH 技术与cDNA 芯片结合分析,已经在3p 这一高缺失区域上找到了某些重要抑癌基因。例如位于3p14 的Fhit 基因,可通过诱导细胞凋亡和细胞周期检测抑制肿瘤的生长。RASSF1 基因(3p21.3)编码一个具有Ras 相关结构域蛋白,其同源异构体RASSF1A 可抑制细胞生长和肿瘤形成,在小细胞肺癌中具有较高缺失率,TGF2(3p22)是TGF2信号通路中的重要一员,其在正常肺中表达,而在肺癌中则常缺失。其他位于3p 低表达基因还有dutt1/robo1、DRR1、BLU、HYAL2、HYAL1、SEMA3B、SEMA3F、HD2PTP、CTNNBI、VHL、RARB 和H37等,均与肿瘤的生长或者侵袭转移有关。它们在肺癌中表达降低,除了与某些表遗传学机制(如DNA 异常甲基化)有关之外,很可能都与所在染色体部位缺失有关。,它们在肺癌中表达降低,除了与某些表遗传学机制(如DNA 异常甲基化)有关之外,很可能都与所在色,体部位缺失有关。此外,在3q 的扩增区域鉴定出的某些重要基因如PI3K(PIK3CA),其产物是几条重要信号通路的组成部分;而TERC 基因则在CIN 机制中起着重要作用。尽管这些位于高扩增与高缺失区域的基因在肿瘤发生发展以及引起或维持CIN中的具体作用还有待进一步研究,但已经有越来越多的证据表明,发生CIN 的细胞很可能是因为容易产生和积聚更多染色体改变,激活癌基因及失活抑癌基因,从而促进了肿瘤发生和发展。,三.染色体不稳定性,CIN可能的分子机制,:,1.姐妹染色单体分离异常,2.检测点功能减弱3.中心体异常,4.端粒异常,5.其它:如抑癌基因的失活,癌基因的激活等.,姐妹染色体,分离及凝聚异常,姐妹染色单体之间的连接在有丝分裂中起着非常重要的作用。在真核细胞中染色单体的连接由多亚基组成的连接子介导,连接子由Smc1 和Smc3 组成的Smc 异源二聚体构成。异源二聚体两端分别与第3 个亚基Scc1 的两端结合,形成一个环结构。因而,连接子很有可能是将2 条染色单体包绕在环中。有实验证明,当Scc1 亚基被切开后,染色单体就可很容易被释放出来。蛋白酶eparase 对Scc1 的切割被认为是推动细胞进入有丝分裂后期的关键因素。,1.姐妹染色单体分离异常,1.姐妹染色单体分离异常,当与,分子伴侣,Securin 结合时,Separase 水解酶活性被抑制。在细胞周期中期到后期的转换中,Securin 被降解,释放了Separase 的活性,降解连接子,使姐妹染色单体得以分离。报道证实,缺乏hSecurin 的人源细胞显示出很高染色体缺失率,并伴随有丝分裂后期姐妹染色单体的异常分离。另外,染色单体凝集在有丝分裂过程中也具有关键作用。结合在染色体轴线上的凝集子对于染色单体的凝集至关重要。缺乏凝集子的细胞可因其染色单体不能正常分离而致使染色体不稳定.,Separase 水解酶,切割Scc1,姐妹染色单体分离受抑制,姐妹染色单体得以分离,Separase 水解酶,分子伴侣Securin 结合,Securin 被降解,2.检测点功能减弱,概念:,染色体纺锤体检验点,是存在于染色体动粒上的一个高度保守的有丝分裂监督系统,功能:可以感受到多种缺陷,并能启动自身修复机制,若其本身出现故障,缺陷细胞将继续繁殖并维持CIN,产生特征性畸变染色体,最终导致细胞恶性发展.,2.检测点功能减弱,DNA 损伤及其检测点和有丝分裂纺锤体检测点在姐妹染色体的分离中都起重要作用。DNA 双链断裂是一种比较严重的DNA 损伤形式,在修复系统作用下,断裂的DNA 形成双中心体染色体或环状染色体,在有丝分裂中可继续形成新的断裂点,周而复始,从而造成染色体片段的扩增、缺失和易位等。,2.检测点功能减弱研究表明ATM2p532142323 通路和ATM2Chk22Cdc25a 通路都在DNA 损伤监测机制中起重要作用。有人在60%的非小细胞肺癌中检测到了高表达的Cdc25a,而Cdc25a 高表达会通过抑制Cdk2 的活性使S 检测点关闭导致染色体改变。在G2 检测点中,分别由ATR 和ATM磷酸化激活的Chk1 和Chk2,可以使与142323 蛋白结合的Cdc25c 磷酸化而失活。在大部分小细胞肺癌细胞系中可检测到异常的G2检测点反应,而被敲除142323的体细胞则丧失了应对DNA 损伤的正常G2 检测点功能.,2.检测点功能减弱,纺锤体检测点在有丝分裂中亦起重要作用。当检测到有未连接的,动粒,时,检测点相关基因Mad2被激活从而抑制了后期促进复合物,APC,的活性,使得依赖其,泛素化,途径降解的蛋白质不能被水解,从而使姐妹单体不能分离。在头颈鳞癌中,纺锤体检测点功能较其正常组织明显减弱,并伴随高频率CIN。纺锤体检测点相关基因,Bub1、Mad2(抑癌基因),的突变及,APC 基因,的失活均可导致CIN。此外,动粒不能与纺锤体正确相连,纺锤丝张力不足等,都会激活有丝分裂纺锤体检测点,使在细胞周期中运行的细胞停滞下来.,3.中心体异常,中心体异常包括数目增多、体积增大两方面。,中心体复制及其监控机制异常、胞质分裂异常、中心粒分离失常和中心体周围物质扩增都可导致中心体变化。,中心体,1.一方面,细胞通过多极分裂形成多个子细胞.,2.另一方面,增多的中心体会部分偏离中心轴,带动相应染色体形成不均匀分离。中心体自身成分Peri2centrin 和Tubulin 在肿瘤细胞中被检测出高表达,而调控中心体复制的,cyclin E 和cyclin A,在肺癌中也高表达,提示其与CIN 可能具有一定关系。,4 端粒异常,端粒(Telomere)是真核细胞染色体末端的特殊结构,端粒酶(Telomerase)是使端粒延伸的反转录DNA台成酶,4 端粒异常,端粒完整性的破坏可以诱发染色体畸变。Lo等报道肿瘤细胞中自发的端粒丢失能通过姐妹染色单体的融合引起亚端粒序列的扩增,引发双着丝粒染色体的形成和断裂-融合-桥(breakage2fusion2bridge,BFB)的循环,增加后期桥的发生率,延长了CIN的周期。有证据显示,对端粒起保护作用的端粒结合蛋白减少亦可引起CIN,4 端粒异常,端粒磨耗的最终结果主要是活化端粒酶,以弥补端粒的丢失。肿瘤细胞激活的端粒酶足以维持大部分肿瘤的生存,却不足以维护完整的遗传稳定性,由此促成了肿瘤细胞的杂合性,从而易化了肿瘤的进程和治疗阻力的产生。文献报道100%的肺癌细胞存在端粒酶,同时含有大量环状和双着丝粒染色体。,4 端粒异常,抑制端粒酶活性,缩短端粒长度,可引起胞质泡化、染色质浓缩等肺癌细胞凋亡的征象。深入了解端粒及端粒酶的构成及性能,以及细胞对端粒功能障碍的应答反应,有助于更好地理解端粒在维持染色体稳定性中所起的作用,以利于制定新的肿瘤治疗方案.,5.抑癌基因的失活,癌基因的激活等.,5,四.展望,肿瘤形成是多基因参与、多阶段发生的复杂生物学过程。CIN 在肿瘤研究中具有重要意义。由于缺乏有效的分子标志物,肺癌及大部分恶性肿瘤早期诊断非常困难。而CIN 往往在癌变早期阶段已发生,很可能为早期诊断提供新的思路。有人据此提出CIN 表型的概念,并推测存在几个或更多的位于CIN通路的关键基因。在肿瘤的治疗方面则提出“边缘理论”,即进一步提高肿瘤基因组的不稳定性,最终加速肿瘤细胞的死亡。尽管上述有关假设还有待验证,但利用分子细胞遗传学新技术对染色体不稳定性作深入探索很可能为包括肺癌在内的肿瘤诊疗带来希望。,谢谢,