第二章--肿瘤分子生物学与细胞生物学

第二章肿瘤分子生物学与细胞生物学李金龙[e-mail]2.1aTheBiologyofCancer(©GarlandScience2007)Figure11.7TheBiologyofCancer(©GarlandScience2007)肿瘤分子生物学与细胞生物学•第一节癌基因与细胞转化•第二节细胞遗传学与肿瘤形成•第三节细胞分化与肿瘤第一节癌基因与细胞转化•1.癌基因–肿瘤来源于正常细胞–肿瘤相关因素--致癌、促癌–致癌物主要是作用于DNA而非酶和蛋白质•2.癌基因的活化方式•病毒和肿瘤的关系–1965年Fried分离到一个温度敏感的多瘤病毒–1969年Vogt等分离到温度敏感的突变型Rous肉瘤病毒。–逆转录酶的发现1.癌基因•oncogene–不仅存在于肿瘤细胞中，也广泛存在于正常细胞，在正常细胞的生长、分化以及凋亡过程中具有重要的调节功能，当癌基因在其结构或表达水平或基因表达位置发生变化时，将会导致细胞的恶性转化。–病毒癌基因，细胞癌基因劳斯（Rous,FrancisPeyton）美国内科医生病毒癌基因•viraloncogene,v-onc–病毒基因组中存在诱发肿瘤的核酸片段•特点–病毒癌基因具有诱发细胞转化恶变的能力–从进化观点看，病毒癌基因来源于细胞癌基因，故两者序列十分相似。–形成的机制：病毒感染细胞过程中从细胞癌基因捕获而得的DNA片段。原癌基因、细胞癌基因•proto-oncogene,p-oncorcellularoncogene,c-onc–动物和人体细胞内存在一类与病毒基因同源的基因，它们在正常细胞内起调控生长和分化的作用•细胞癌基因–该基因位于细胞内，未被激活时无致癌作用。–细胞原癌基因普遍存在于多种生物（包括人类）中，在进化上具有高度保守性。•调节细胞的发育和分化：mos、myc、src、raf和rel•调节细胞的生长和增殖：erbB、p21、raf、ras细胞癌基因与病毒癌基因不同•①基因组成：细胞癌基因基因组成完整，但病毒癌基因缺失调节转录的内含子序列，该部位为病毒序列所取代，能有效地转录病毒mRNA；•②转录控制：细胞癌基因的转录由正常细胞调节转录序列控制，以低水平进行；病毒癌基因的转录由病毒的长末端重复序列（LTR）控制，在高水平上进行；•③结构功能：大多数病毒癌基因与同源的细胞癌基因比较，已发生改变（如点突变）而增强其转录能力；•④编码的蛋白：病毒癌蛋白常常缺失原癌蛋白的羧基端（C端），而具有转录活性。2.癌基因的活化•（1）点突变Pointmutation•（2）插入诱变insertionalmutagenesis•（3）基因易位translocation•（4）基因扩增amplification•（5）癌基因缺失genedeletion•（6）基因甲基化methylation（1）点突变Pointmutation–是癌基因活化最常见的方式之一，–常见形式有碱基替换、插入和缺失•化学致癌剂诱发点突变–亚硝基甲环脲(NMU)诱发的鼠乳腺癌中，H-ras基因在NMU的作用下，第12密码子的GGC突变为GAC•突变活化癌基因的机制–突变发生在编码区，•则造成该基因所编码的一级结构发生改变，并进而改变该蛋白质的生物学作用性质。–突变发生于5’-末端的非编码区，•导致表达调控异常（2）插入诱变–不携带病毒基因的慢性转化型病毒通过其前病毒（provirus）插入到细胞基因组而引起靶基因转录增强，称为插入诱变（insertionalmutagenesis）–禽类白细胞增生症病毒（ALV），本身无癌基因，但其感染细胞后，前病毒两端LTR插入到细胞c-myc基因的近旁而使c-myc基因活化，使其表达比正常时高50～100倍而致淋巴瘤（3）基因易位•基因领域效应（geneterritorialeffect）–真核细胞中，当两个位于同一DNA链上的基因之间的距离小于规定长度时，其中一个基因转录受抑制。•易位后，消除了基因领域效应而增强了转录活性，造成易位基因的转录性激活。•基因易位造成的另一种后果是产生融合基因，导致异常融合蛋白的表达。Ph1chromosomeVisualEvidenceofPh1chromosomeThismicrographusesfluorescenceinsituhybridization(FISH)torevealtheABLDNA(red)andtheBCRDNA(green)intheinterphasenucleioftheleukemiccellsofapatientwithCML.ThereddotatleftcenterrevealsthelocationofABLonthenormalchromosome9;thegreendot(topcenter)showsBCRonthenormalchromosome22.Thecombineddots(red+green=yellow)atthelowerrightrevealthefusedBCR-ABLgeneonthePhiladelphiachromosome.[MicrographcourtesyofDouglasC.Tkachuk.]（4）基因扩增•是指细胞原癌基因在细胞基因组内拷贝数的增加及其表达水平的提高，由于基因的剂量效应，使细胞无控制地生长，并向异常的方向分化。•基因扩增是癌基因活化的主要方式之一•多拷贝的DNA以游离形式存在称之为双微体（doubleminute,DMs），也可再次整合入染色体形成均染区(homogeneouslystainingregion,HSRs)，Myc基因扩增形成双微体（黄色）的核型引自MolecularBiologyoftheCell.4thed.2002Myc基因扩增形成均染区（黄色）的核型引自MolecularBiologyoftheCell.4thed.2002（5）基因甲基化在DNA甲基转移酶(DNAmethyltransferase,DMT)的催化下,以s-腺苷甲硫氨酸(SAM)为甲基供体,将甲基转移到特定的碱基上的过程。在哺乳动物,DNA甲基化主要发生在5’-CpG-3’的C上.生成5-甲基胞嘧啶(5mC)•肿瘤中普遍存在DNA甲基化状态的改变。表现为总体的甲基化水平降低与局部的甲基化水平升高。•抑癌基因与修复基因的高甲基化与反转录转座子、癌基因的去甲基化CpG岛甲基化密度与癌症进展DNA甲基化的检测方法•甲基化敏感性限制性内切酶–HpaⅡ和MspⅠ均能识别CCGG序列，•CmCGGMspI识别，HpaⅡ不识别•mCmCGG都不识别•利用HpaⅡ-MspⅠ的这种属性处理DNA，随后进行Southern或PCR扩增分离产物，明确甲基化状态•甲基化特异性PCR(MethylmionSpecificPCR，MSP)–首先用亚硫酸氢钠修饰处理基因组DNA，所有未发生甲基化的胞嘧啶都被转化为尿嘧啶，而甲基化的胞嘧啶则不变。–然后设计针对甲基化和非甲基化序列的引物并进行PCR扩增，最后通过琼脂糖凝胶电泳分析，确定与引物互补的DNA序列的甲基化状态。（6）癌基因缺失•肿瘤细胞中常发现有癌基因DNA片断的缺失，这种既可以是单个碱基对，也可以是一个片断，甚至为整个基因的丢失。•癌基因内小的缺失，在正常情况下为抑癌蛋白活化的部分。•在多形性神经胶质瘤，EGFR基因扩增是常见的晚期事件，但多数病例不仅有基因扩增，而且在扩增的基因内也有缺失现象出现，缺失常发生在2～7密码子，这样就产生了较短的EGFR蛋白，进一步使该蛋白活化。原癌基因恶性肿瘤激活方式abl慢性粒细胞白血病易位bcl-2B细胞淋巴瘤易位bcl-3慢性淋巴细胞白血病易位c-erbB鳞状细胞癌、星状细胞癌扩增c-erbB2乳腺癌、卵巢癌、胃癌扩增lym-1B细胞淋巴瘤易位pml急性髓细胞白血病易位mycBurkitt淋巴瘤、肺癌、乳腺癌、子宫癌易位L-myc肺癌扩增N-myc神经母细胞瘤、视网膜母细胞瘤扩增K-ras肠癌、肺癌、胰腺癌、卵巢癌、胆囊癌、甲状腺癌、黑色素瘤点突变H-ras膀胱癌、胃癌、鼻咽癌、宫颈癌、黑素瘤点突变N-ras急性粒细胞白血病、急性淋巴细胞白血病、生殖泌尿道癌、甲状腺癌、肝癌、黑素瘤点突变ret甲状腺癌重排K-sam胃癌扩增sis星形细胞瘤、骨肉瘤、横纹肌肉瘤？src、fes肠癌、急性早幼粒细胞白血病？tal-1急性淋巴细胞白血病易位trk甲状腺癌重排常见原癌基因的激活方式和人类肿瘤思考题•癌基因、病毒癌基因、原癌基因•癌基因的活化方式•基因领域效应•肿瘤细胞中DNA甲基化的特点肿瘤分子生物学与细胞生物学•第一节癌基因与细胞转化•第二节细胞遗传学与肿瘤形成•第三节细胞分化与肿瘤第二节细胞遗传学与肿瘤形成•1.遗传性恶性肿瘤•2.遗传性癌前病变肿瘤是一种体细胞遗传病。各种环境因素直接或间接作用于体细胞的遗传物质，引起染色体或DNA的改变，经过促进和进展等过程，才能形成各种恶性肿瘤。1.遗传性恶性肿瘤（1）视网膜母细胞瘤(retinoblastoma)发生率约1/21000～1/10000，多在4岁以前发病早期为眼底灰白色肿块，多无自觉症状，肿瘤长入玻璃体，使瞳孔呈黄色光反射时，称为“猫眼”。可分遗传型和非遗传型两类Rb基因Knudson二次突变学说（2）Wilm’s瘤(肾母细胞瘤，WT)婴幼儿恶性胚胎肿瘤，发病率约为1/10000，3/4的肿瘤发生在4岁前，90％在20岁内发生可分为遗传型和非遗传型Wilms瘤基因(WT)是一种抑癌基因，其基因产物为一种有锌指结构的蛋白质RoleofWT1duringkidneydevelopmentFormationofthekidneysisinducedbythereciprocalinteractionofthemetanephricmesenchymeandtheinvadinguretericbud(A).WT1isupregulatedoncethemesenchymebeginstoformepithelialcondensatesaroundtheuretericbudtips(B).IntheabsenceofWT1themesenchymebecomesapoptoticandinvasionoftheuretericbuddoesnotoccur,suggestingthatWT1actsasasurvivalfactorforpopulationsofembryonickidneycells.Duringthelaterstagesofrenaldevelopment,WT1mayinhibitmesenchymalcellproliferation,therebyallowingtheformationofS-shapedbodies(C),whichwillelongateandeventuallyconnecttothebranchingcollectingducttreetogiverisetothematurenephrons(D).（3）神经母细胞瘤(NB)•是一种儿童中常见的恶性胚胎肿瘤，•起源于神经嵴，发病率约为1/10000•致病基因定位于1p36.2～p36.12．遗传性癌前病变（1）家族性结肠息肉综合征(FPC)–常染色体显性遗传，其特征为病变局限于结肠和直肠，息肉为腺瘤性，数目可多可少，40岁前多恶变为癌。–本病的基因APC已定位于5q21~q22，是一种抑癌基因，在APC基因有杂合性缺失的基础上，又经癌基因K-ras2、抑癌基因DCC、Tp53等的改变等多步变化，才形成结肠腺癌。（2）神经纤维瘤（NF）•常染色体显性遗传；•近年来，NF基因已定位于11q11.2，它是一种抑癌基因，其产物有特异地抑制ras癌基因的作用（3）基底细胞痣综合症（BCNS）•常染色体显性遗传，•已将BCNS基因定位于9q22.3～q31肿瘤分子生物学与细胞生物学•第一节癌基因与细胞