染色體不穩(wěn)定性與肺癌【精品課件】

1、染色體不穩(wěn)定性與肺癌 chromosome instability(CIN) and lung cancer 在惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中,眾多的分子水平異常改 變?cè)诎┳兗?xì)胞內(nèi)逐漸累積,構(gòu)成細(xì)胞組織病理學(xué)改變 的基礎(chǔ),在腫瘤中已確定的有兩種改變類型: 1. 一種是核苷酸水平的錯(cuò)配修復(fù)基因突變導(dǎo)致的微 衛(wèi)星不穩(wěn)定性(microsatellite instability, M IN) . 2.另一種則是染色體水平的異常改變,即染色體不穩(wěn) 定性( chromosome instability, CIN) . 由于絕大多數(shù)腫瘤特別是實(shí)體瘤細(xì)胞常 表現(xiàn)為染色體不穩(wěn)定性,所以我給大家 講一下有關(guān)CIN方面的問

2、題. 要點(diǎn): v一. CIN研究相關(guān)技術(shù)進(jìn)展 v二. CIN的在肺癌中的表現(xiàn)方式 v三. 在肺癌中,導(dǎo)致CIN可能的分子機(jī)制 v四. 前景展望 一. CIN研究相關(guān)技術(shù)進(jìn)展研究相關(guān)技術(shù)進(jìn)展 從熒光原位雜交(FISH) 方法到現(xiàn)在的DNA 纖維 FISH ,染色體分析的相關(guān)技術(shù)已取得重要進(jìn)展,其檢 測(cè)精度亦大大提高。染色體探針標(biāo)記的種類已由原 來的單色標(biāo)記、雙色標(biāo)記發(fā)展為多色標(biāo)記FISH 及光譜核型分析技術(shù),不但可區(qū)分24 條染色體,還能 同時(shí)檢測(cè)染色體結(jié)構(gòu)和數(shù)目的改變,并精確直觀顯示 復(fù)雜的染色體核型, 從而成為CIN 研究的有力工具。 雙色探針削減雜交的演化,促成了比較基因組雜交 (comp

3、arative genome hybridization , CGH) 技術(shù)的 建立。 CGH 將等量待測(cè)和對(duì)照DNA 分別采用不同熒光標(biāo)記后,共 同與正常中期染色體雜交,通過2 種熒光素間的熒光密度值 差異反映出待測(cè)組織基因組中染色體亞區(qū)的擴(kuò)增或缺失。 目前新技術(shù)微陣列CGH(array2CGH) 結(jié)合了DNA 芯片和 CGH 兩項(xiàng)技術(shù)優(yōu)勢(shì),用DNA 微陣列代替了通常使用的正常 中期染色體,直接分析被測(cè)組織(如腫瘤) 中已知或未知 DNA 序列的相對(duì)拷貝數(shù),成為一種自動(dòng)化、高通量和高敏 感性的CGH 方法。值得一提的是另一種基于CGH 的新方 法,比較表達(dá)序列雜交(comparativeex

4、pressed sequence hybridization , CESH) 技術(shù),將待測(cè)與對(duì)照組織的RNA 進(jìn)行 逆轉(zhuǎn)錄后得到的cDNA 替代基因組DNA 去雜交,即可在染 色體水平檢測(cè)轉(zhuǎn)錄組的改變。 二. CIN的在肺癌中的表現(xiàn)方式 分類: CIN大致可分為數(shù)目改變和結(jié)構(gòu)改變: (1)染色體數(shù)目的改變,即非整倍體,是指整條染色體 的獲得或丟失. (2)染色體結(jié)構(gòu)的改變包括染色體的缺失、倒位、 易位、重復(fù)、環(huán)狀染色體、雙著絲粒染色體等變 異 (1)數(shù)目改變. 傳統(tǒng)的核型分析表明幾乎所有的肺癌都表現(xiàn) 出復(fù)雜的核型,大約70%80%的肺癌有三體 型、四體型,并伴有染色體的缺失、易位和異 染色質(zhì)等

5、各種結(jié)構(gòu)的變異。染色體數(shù)目和結(jié) 構(gòu)的改變均有可能引起染色體成分的丟失。 (2)結(jié)構(gòu)改變 雜合性缺失( loss of heterozygous, LOH) 分 析發(fā)現(xiàn)肺癌中染色體缺失的發(fā)生率比核型分 析和比較基因組分析檢測(cè)到的要高的多。肺 癌細(xì)胞常常出現(xiàn)多個(gè)染色體區(qū)域的缺失. 二.肺癌中CIN的表現(xiàn)方式 與某些血液腫瘤以易位為主的染色體變化不同, 肺癌中存在多種克隆性細(xì)胞遺傳學(xué)改變,包括染 色體數(shù)目異常、片段的缺失和擴(kuò)增等。其中(按 發(fā)生頻率排序) 3p 、4q、13q、5q、9p 、8p 、 10q、1p 上遺傳物質(zhì)的缺失及19q、1q、3q、 17q、20q、19p 、22q、7q 的擴(kuò)增

6、都是肺癌中常 見的染色體改變。肺癌染色體改變與其組織分 型相關(guān)。在非小細(xì)胞肺癌中, 最突出的改變包括 1q21231 、3q262qter、5p13214 、8q232qter 等 區(qū)域的擴(kuò)增, 以及3p14221 、8p21223 、 17p12213 等區(qū)域的缺失。其中部分區(qū)域改變還 與不同的組織亞型及生物學(xué)表型有關(guān) 其中部分區(qū)域改變還與不同的組織亞型及生物學(xué) 表型有關(guān) .例如,高頻率的3q22226 擴(kuò)增和3p 的缺 失為肺鱗癌區(qū)別于肺腺癌的特征之一。12p 擴(kuò)增 和2q 的缺失頻率在肺鱗癌中均高于肺腺癌。 1q22232 在肺腺癌中的擴(kuò)增頻率則高于肺鱗癌。 同時(shí),肺腺癌中20q13 擴(kuò)

7、增可能與腫瘤的侵襲性有 關(guān),而7q 和8q 的擴(kuò)增很可能與腫瘤的惡性程度增 高有關(guān)。小細(xì)胞肺癌中,在90 %的病例中發(fā)現(xiàn)3p 、 5q、13q 缺失,在60 %70 %病例中發(fā)現(xiàn)有4q、 10q、16q 缺失和5p 、3q擴(kuò)增。在非吸煙肺癌患 者中,16p 擴(kuò)增則成為最突出事件,表明不同致癌物 所導(dǎo)致染色體區(qū)段的改變有可能不同 3 號(hào)染色體上遺傳物質(zhì)改變是肺癌中的突出事 件,主要表現(xiàn)為3p 缺失和3q 擴(kuò)增?，F(xiàn)已證明3p 的缺失是肺癌發(fā)生早期事件。到目前為止,被鑒 定出的3 個(gè)較小區(qū)域包括3p21. 3、3p12 和3p25 。 將array2CGH 技術(shù)與cDNA 芯片結(jié)合分析,已經(jīng) 在3p

8、 這一高缺失區(qū)域上找到了某些重要抑癌基 因。例如位于3p14 的Fhit 基因,可通過誘導(dǎo)細(xì)胞 凋亡和細(xì)胞周期檢測(cè)抑制腫瘤的生長(zhǎng)。 RASSF1 基因(3p21.3) 編碼一個(gè)具有Ras 相關(guān)結(jié) 構(gòu)域蛋白,其同源異構(gòu)體RASSF1A 可抑制細(xì)胞 生長(zhǎng)和腫瘤形成,在小細(xì)胞肺癌中具有較高缺失 率 TGF2(3p22) 是TGF2信號(hào)通路中的重要 一員,其在正常肺中表達(dá),而在肺癌中則常缺 失。其他位于3p 低表達(dá)基因還有dutt1/ robo1、DRR1、BLU、HYAL2、HYAL1、 SEMA3B、SEMA3F、HD2PTP、CTNNBI、 VHL 、RARB 和H37等,均與腫瘤的生長(zhǎng)或 者侵

9、襲轉(zhuǎn)移有關(guān)。它們?cè)诜伟┲斜磉_(dá)降低, 除了與某些表遺傳學(xué)機(jī)制(如DNA 異常甲基 化) 有關(guān)之外,很可能都與所在染色體部位缺 失有關(guān)。 它們?cè)诜伟┲斜磉_(dá)降低, 除了與某些表遺傳學(xué)機(jī)制 (如DNA 異常甲基化) 有關(guān)之外,很可能都與所在色 體部位缺失有關(guān)。此外,在3q 的擴(kuò)增區(qū)域鑒定出的 某些重要基因如PI3K(PIK3CA) ,其產(chǎn)物是幾條重要 信號(hào)通路的組成部分;而TERC 基因則在CIN 機(jī)制中 起著重要作用。盡管這些位于高擴(kuò)增與高缺失區(qū)域 的基因在腫瘤發(fā)生發(fā)展以及引起或維持CIN中的具 體作用還有待進(jìn)一步研究,但已經(jīng)有越來越多的證 據(jù)表明,發(fā)生CIN 的細(xì)胞很可能是因?yàn)槿菀桩a(chǎn)生和 積聚更多

10、染色體改變,激活癌基因及失活抑癌基因, 從而促進(jìn)了腫瘤發(fā)生和發(fā)展 。 三.染色體不穩(wěn)定性 vCIN可能的分子機(jī)制: 1.姐妹染色單體分離異常 2. 檢測(cè)點(diǎn)功能減弱 3.中心體異常 4.端粒異常 5.其它:如抑癌基因的失活, 癌基因的激活 等. 姐妹染色體分離及凝聚異常姐妹染色單體之間的連 接在有絲分裂中起著非常重要的作用。在真核細(xì)胞 中染色單體的連接由多亞基組成的連接子介導(dǎo),連接 子由Smc1 和Smc3 組成的Smc 異源二聚體構(gòu)成。異 源二聚體兩端分別與第3 個(gè)亞基Scc1 的兩端結(jié)合,形 成一個(gè)環(huán)結(jié)構(gòu)。因而,連接子很有可能是將2 條染色 單體包繞在環(huán)中。有實(shí)驗(yàn)證明,當(dāng)Scc1 亞基被切開

11、 后,染色單體就可很容易被釋放出來。蛋白酶eparase 對(duì)Scc1 的切割被認(rèn)為是推動(dòng)細(xì)胞進(jìn)入有絲分裂后期 的關(guān)鍵因素。 1.姐妹染色單體分離異常 1.姐妹染色單體分離異常 當(dāng)與分子伴侶Securin 結(jié)合時(shí),Separase 水解酶活 性被抑制。在細(xì)胞周期中期到后期的轉(zhuǎn)換 中,Securin 被降解,釋放了Separase 的活性,降解連 接子,使姐妹染色單體得以分離。報(bào)道證實(shí),缺乏 hSecurin 的人源細(xì)胞顯示出很高染色體缺失率,并 伴隨有絲分裂后期姐妹染色單體的異常分離。另 外,染色單體凝集在有絲分裂過程中也具有關(guān)鍵 作用。結(jié)合在染色體軸線上的凝集子對(duì)于染色單 體的凝集至關(guān)重要。缺

12、乏凝集子的細(xì)胞可因其染 色單體不能正常分離而致使染色體不穩(wěn)定. Separase 水解酶 切割Scc1 姐妹染色單體分離受抑制 姐妹染色單體得以分離 Separase 水解酶 分子伴侶Securin 結(jié)合 Securin 被降解 2.檢測(cè)點(diǎn)功能減弱 概念:染色體紡錘體檢驗(yàn)點(diǎn)是存在于染色體 動(dòng)粒上的一個(gè)高度保守的有絲分裂監(jiān)督系 統(tǒng) 功能:可以感受到多種缺陷,并能啟動(dòng)自身修 復(fù)機(jī)制,若其本身出現(xiàn)故障,缺陷細(xì)胞將繼續(xù) 繁殖并維持CIN,產(chǎn)生特征性畸變?nèi)旧w,最 終導(dǎo)致細(xì)胞惡性發(fā)展. 2.檢測(cè)點(diǎn)功能減弱 DNA 損傷及其檢測(cè)點(diǎn)和有絲分裂紡錘體檢 測(cè)點(diǎn)在姐妹染色體的分離中都起重要作用。 DNA 雙鏈斷裂

13、是一種比較嚴(yán)重的DNA 損傷 形式,在修復(fù)系統(tǒng)作用下,斷裂的DNA 形成雙 中心體染色體或環(huán)狀染色體,在有絲分裂中 可繼續(xù)形成新的斷裂點(diǎn),周而復(fù)始, 從而造成 染色體片段的擴(kuò)增、缺失和易位等。 2.檢測(cè)點(diǎn)功能減弱 研究表明ATM2p532142323 通路和 ATM2Chk22Cdc25a 通路都在DNA 損傷監(jiān)測(cè)機(jī)制 中起重要作用。有人在60 %的非小細(xì)胞肺癌中檢 測(cè)到了高表達(dá)的Cdc25a ,而Cdc25a 高表達(dá)會(huì)通過 抑制Cdk2 的活性使S 檢測(cè)點(diǎn)關(guān)閉導(dǎo)致染色體改變。 在G2 檢測(cè)點(diǎn)中,分別由ATR 和ATM磷酸化激活的 Chk1 和Chk2 ,可以使與142323 蛋白結(jié)合的Cdc

14、25c 磷酸化而失活。在大部分小細(xì)胞肺癌細(xì)胞系中可 檢測(cè)到異常的G2檢測(cè)點(diǎn)反應(yīng),而被敲除142323的 體細(xì)胞則喪失了應(yīng)對(duì)DNA 損傷的正常G2 檢測(cè)點(diǎn) 功能. 2.檢測(cè)點(diǎn)功能減弱 紡錘體檢測(cè)點(diǎn)在有絲分裂中亦起重要作用。 當(dāng)檢測(cè)到有未連接的動(dòng)粒時(shí),檢測(cè)點(diǎn)相關(guān)基因Mad2 被激活從而抑制了后期促進(jìn)復(fù)合物APC 的活性,使 得依賴其泛素化途徑降解的蛋白質(zhì)不能被水解,從 而使姐妹單體不能分離。在頭頸鱗癌中,紡錘體檢 測(cè)點(diǎn)功能較其正常組織明顯減弱,并伴隨高頻率 CIN。紡錘體檢測(cè)點(diǎn)相關(guān)基因Bub1、Mad2(抑癌基 因) 的突變及APC 基因的失活均可導(dǎo)致CIN 。此 外,動(dòng)粒不能與紡錘體正確相連,紡

15、錘絲張力不足等, 都會(huì)激活有絲分裂紡錘體檢測(cè)點(diǎn),使在細(xì)胞周期中 運(yùn)行的細(xì)胞停滯下來. 3.中心體異常 中心體異常包括數(shù)目增多、體積增大兩方 面。 中心體復(fù)制及其監(jiān)控機(jī)制異常、胞質(zhì)分裂 異常、中心粒分離失常和中心體周圍物質(zhì) 擴(kuò)增都可導(dǎo)致中心體變化。 中心體 1.一方面,細(xì)胞通過多極分裂形成多個(gè)子細(xì) 胞. 2.另一方面,增多的中心體會(huì)部分偏離中心 軸,帶動(dòng)相應(yīng)染色體形成不均勻分離。中心 體自身成分Peri2centrin 和Tubulin 在腫瘤細(xì) 胞中被檢測(cè)出高表達(dá),而調(diào)控中心體復(fù)制的 cyclin E 和cyclin A 在肺癌中也高表達(dá),提示 其與CIN 可能具有一定關(guān)系。 4 端粒異常 端粒(Telomere)是真核細(xì)胞染色體末端的特 殊結(jié)構(gòu) 端粒酶(Telomerase)是使端粒延伸的反轉(zhuǎn)錄 DNA臺(tái)成酶 4 端粒異常 端粒完整性的破壞可以誘發(fā)染色體畸變。 Lo等報(bào)道腫瘤細(xì)胞中自發(fā)的端粒丟失能通 過姐妹染色單體的融合引起亞端粒序列的 擴(kuò)增,引發(fā)雙著絲粒染色體的形成和斷裂-融 合-橋( breakage2fusion2bridge, BFB)的循環(huán), 增加后期橋的發(fā)生率,延長(zhǎng)了CIN的周期。 有證據(jù)顯示,對(duì)端粒起保護(hù)作用的端粒結(jié)合 蛋白減少亦可引起CIN 4 端粒異常 端粒磨耗的最終結(jié)果主要是活化端粒酶,以 彌補(bǔ)端粒的丟失。腫瘤細(xì)胞激活的端粒酶