癌癥的遺傳學(xué)基礎(chǔ)

癌癥的遺傳學(xué)基礎(chǔ)第一頁，共58頁。一個人乳腺癌細胞（humanbreastcancercell）第二頁，共58頁。人肺癌細胞第三頁，共58頁。第一節(jié)細胞周期與癌一、細胞周期（cellcycle）第四頁，共58頁。二、細胞周期的控制1.細胞周期的控制點（Checkpoints）TheG1checkpoint:DNA是否有損傷？TheG2checkpoint:DNA是否有損傷？MG2SG1TheMcheckpoint:紡錘體是否形成，動粒是否與紡錘絲相連？TheScheckpoint:DNA是否都復(fù)制了？第五頁，共58頁。①G1/S過渡（transition）決定細胞是否進行DNA復(fù)制。（1）細胞周期的主要checkpoints有兩個：②G2/M過渡（transition）決定細胞是否進行分裂。第六頁，共58頁。2.對細胞周期控制點的控制主要通過兩類蛋白質(zhì)之間的相互作用。蛋白激酶（proteinkinases）：當自身被激活后，能選擇性地將靶蛋白磷酸化。（控制細胞周期的）蛋白激酶。它們的活性隨著細胞周期的進展而增加或降低。（1）CDKs（cyclin-dependentkinases）第七頁，共58頁。（2）cyclins通過調(diào)節(jié)CDK的活性而控制細胞周期。它們的合成與降解隨著細胞周期的進展而呈周期性變化。第八頁，共58頁。（3）CDK與cyclin的相互作用①對G1/S控制點的作用CDK4與cyclinD結(jié)合成復(fù)合物，激活一系列的基因轉(zhuǎn)錄，啟動DNA復(fù)制。②對G2/M控制點的作用大多數(shù)真核細胞中：CDK1與cyclinB結(jié)合成復(fù)合物，激活caldesmon，引起核膜破裂。許多種癌的細胞的G1checkpoint都發(fā)生了異常。第九頁，共58頁。第十頁，共58頁。第二節(jié)控制細胞分裂的基因一、調(diào)節(jié)細胞分裂的基因類型1.抑制細胞分裂的基因又稱為腫瘤抑制基因（tumorsuppressorgenes）功能：抑制細胞分裂。在細胞分裂時必須失活。但如果永久性失活，細胞分裂就失去控制。第十一頁，共58頁。2.促進細胞分裂的基因又稱為原癌基因（proto-oncogenes）。功能：啟動細胞分裂。當細胞分裂需要停止時，必須失活。如果這些基因永久性“on”時，細胞分裂就失去控制。原癌基因癌基因（oncogene）突變第十二頁，共58頁。癌的易患性基因染色體位置早發(fā)性家族性乳腺癌（Early-onsetfamilialbreastcancer）家族性腺瘤息肉（Familialadenomatouspolyposis）家族性黑色素瘤（familialmelenoma）Gorlin綜合癥遺傳性非息肉性結(jié)腸癌（hereditarynonopolyposiscoloncancer）Li-Fraumeni綜合癥I型多發(fā)性內(nèi)分泌瘤（mulitipleendocrineneoplasia,typeI）II型多發(fā)性內(nèi)分泌瘤（mulitipleendocrineneoplasia,typeII）I型神經(jīng)纖維瘤（neurofibromatous,typeI）II型神經(jīng)纖維瘤（neurofibromatous,typeII）視網(wǎng)膜瘤（retinoblastoma）VonHippel-Lindau綜合癥Wilms腫瘤17q5q9p9q2p17p11q22q17q22q13q3p11p二、癌的易患性（predisposition）基因第十三頁，共58頁。三、腫瘤抑制基因1.腫瘤抑制基類型（1）細胞周期蛋白激酶抑制因子如P16。調(diào)節(jié)或抑制細胞進入細胞分裂的某個特定時期。（2）抑制細胞增殖的激素受體如腫瘤來源生長因子β的受體。（3）細胞周期控制點的蛋白當DNA損傷或染色體異常時停止細胞分裂。第十四頁，共58頁。2.幾種常見腫瘤抑制基因（4）促進細胞程序性死亡（apoptosis）的蛋白。（5）參與DNA修復(fù)的酶類盡管DNA修復(fù)酶類不直接抑制細胞增殖，但DNA突變會使其它基因失活（如控制增殖的基因）而引起癌變。（1）RB（retinoblastoma）基因①RB（視網(wǎng)膜瘤、眼癌）發(fā)病率：1/14000-1/20000發(fā)病年齡：1-3歲第十五頁，共58頁。第十六頁，共58頁。②RB基因常染色體隱性基因。位于13q。③RB的遺傳i）家族性RB占眼癌的40%。常為雙眼眼癌。呈常染色體顯性遺傳（病人的子女易患?。?。第十七頁，共58頁。RB呈顯性遺傳的原因通過遺傳獲得其中RB基因，雖然并不發(fā)病，但很容易通過一次體細胞突變成為純合體而發(fā)病。在系譜上反而呈現(xiàn)顯性遺傳特征！（類似的情況還有結(jié)腸癌的APC基因、

乳腺癌的BRCA1基因）。第十八頁，共58頁。ii）非家族性RB占60%。常為單眼眼癌。發(fā)病年齡很大。同一個視網(wǎng)膜細胞的兩個RB基因都發(fā)生突變！第十九頁，共58頁。③RB基因的產(chǎn)物——pRB存在于所有的細胞類型的細胞核中；也存在于細胞周期的所有階段。i）pRB的存在ii）pRB的作用在調(diào)節(jié)細胞周期G1S起重要作用。pRB在非磷酸化形式時，與E2F轉(zhuǎn)錄因子家族成員結(jié)合，抑制DNA復(fù)制所需的蛋白基因的轉(zhuǎn)錄，細胞停留在G1期。cyclinD激活CDK4，CDK4使pRB磷酸化，不能再與E2F結(jié)合，細胞進入S期。第二十頁，共58頁。第二十一頁，共58頁。（2）p53——基因組的監(jiān)護人（guardian）視網(wǎng)膜瘤細胞中，兩個RB基因突變導(dǎo)致不能產(chǎn)生pRB，E2F永遠激活DNA合成所需的基因，使細胞通過G1/Scheckpoint。編碼一個轉(zhuǎn)錄因子。p53突變存在于多種癌（肺癌、乳腺癌、膀胱癌、結(jié)腸癌等）。估計50-60%的癌與p53的突變有關(guān)。第二十二頁，共58頁。①p53的作用主要的功能是能夠激活某些特殊基因的表達，其中最重要的是P21蛋白。P21是一個CDK的抑制因子，能與G1期的Cdk-cyclin復(fù)合物結(jié)合，并抑制Cdk的活性（如CDK4/cyclinD），結(jié)果細胞被阻止在G1期直到DNA損傷被修復(fù)，然后P53和P21減少，細胞周期才能繼續(xù)進行。第二十三頁，共58頁。p35p21CDK4/cyclinDE2F激活抑制磷酸化RB/E2F釋放DNA復(fù)制第二十四頁，共58頁。②p53的遺傳p53的活性形式是4聚體。只要一個單體分子有突變，就不能形成4聚體。等位基因中的一個突變就會使整個4聚體不能形成，呈顯性遺傳。p53雜合子導(dǎo)致癌癥的頻率是90-95%。第二十五頁，共58頁。（3）乳腺癌基因（Breastcancergenes）①BRCA1基因位于17q。85%的戴有一個BRCA1突變的婦女，都會由于另一個BRCA1等位基因的突變而導(dǎo)致乳腺癌。（與卵巢癌也有關(guān)）雖然是隱性基因，但呈顯性遺傳。第二十六頁，共58頁。位于13q。②BRCA2基因BRCA1和BRCA2與10%的乳腺癌有關(guān)。③BRCA1和BRCA2基因產(chǎn)物的作用

與DNA雙連斷裂的修復(fù)有關(guān)。BRCA1被磷酸化后與BRCA2、mRAD51等蛋白參與DNA修復(fù)。DNA損傷也同時激活p53，使DNA停止復(fù)制。第二十七頁，共58頁。第二十八頁，共58頁。四、癌基因（oncogenes）1.原癌基因（proto-oncogenes）：正常情況下促進細胞分裂。2.癌基因（oncogenes）：原癌基因的突變形式，導(dǎo)致細胞分裂失去控制。3.遺傳特點：只需要一個等位基因突變就可導(dǎo)致癌變。顯性基因。第二十九頁，共58頁。4.癌基因的種類現(xiàn)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)36種多。癌基因起源物種功能srcRous肉瘤病毒雞酪氨酸激酶信號蛋白fosFBJ骨瘤病毒小鼠轉(zhuǎn)錄因子sis猿肉瘤病毒猴血小板來源生長因子ablAbelson鼠白血病毒小鼠酪氨酸激酶myc鳥髓細胞組織增生病毒雞轉(zhuǎn)錄因子erbB鳥紅細胞組織增生病毒雞EGF受體N-ras神經(jīng)纖維瘤、白血病人GTP結(jié)合蛋白幾種有代表性的癌基因第三十頁，共58頁。5.癌基因的起源（1）第一個被發(fā)現(xiàn)的癌基因1910年，F(xiàn)rancisPeytonRous在研究記得結(jié)締組織瘤（肉瘤）時發(fā)現(xiàn)：把肉瘤的提取液注射給健康的雞后，能在健康的雞身上誘導(dǎo)出同樣的肉瘤。Rous認為提取液中有某種物質(zhì)能夠傳播肉瘤！數(shù)十年后其他科學(xué)家分離到這種能引起肉瘤的病毒（Roussarcomavirus，RSV）。但Rous獲得1966年Nobelprize。①Rous的工作第三十一頁，共58頁。②RSV單鏈RNA病毒。反轉(zhuǎn)錄病毒（retrovirus）。

gag（病毒內(nèi)殼蛋白）,pol（反轉(zhuǎn)錄酶）,和env（病毒外殼蛋白）能感染雞，但不能引起腫瘤。第三十二頁，共58頁。③RSV的生活史基因組RNA反轉(zhuǎn)錄成DNA,插入宿主基因組中成為前病毒，轉(zhuǎn)錄出RNA并合成外殼蛋白，組裝成新的病毒顆粒。第三十三頁，共58頁。動畫演示反轉(zhuǎn)錄病毒的生活史反轉(zhuǎn)錄病毒的復(fù)制反轉(zhuǎn)錄病毒的轉(zhuǎn)錄第三十四頁，共58頁。④RSV的基因組線性RNA。LTRU5gagpolenvU3LTR正常RSV基因組包含:

gag（病毒內(nèi)殼蛋白）,pol（反轉(zhuǎn)錄酶）,

env（病毒外殼蛋白）三個基因。兩頭各有一個LTR(長末端重復(fù))⑤RSV引起腫瘤的原因：v-src第三十五頁，共58頁。能夠引起肉瘤的RSV基因組中還有一個v-src基因。這是引起肉瘤的基因。也是第一個發(fā)現(xiàn)的癌基因。1977年，MichaelBishop和HaroldVarmus在雞和其他生物的正常細胞中發(fā)現(xiàn)了v-src基因的同源基因，稱為c-src。Thelandmarkdiscoveryshowedthatcancermaybeinducedbytheactionofnormal,ornearlynormal,genes.LTRU5gagpolenvU3LTRv-src⑥細胞癌基因：c-src第三十六頁，共58頁。⑦v-src與c-src的區(qū)別c-src的第527位酪氨酸（Tyr527）（C末端倒數(shù)第6）通常被磷酸化使src失活。磷酸化的Tyr527與N端SH2domain結(jié)合，使激酶活性部位被包埋。第三十七頁，共58頁。當Tyr527被特殊的磷酸酶去磷酸化以后就能激活整個蛋白的激酶活性。第三十八頁，共58頁。v-src中，Tyr527缺失或突變成其它氨基酸，使src成為結(jié)構(gòu)性激活蛋白。Src的蛋白激酶活性激活使靶蛋白磷酸化增加，造成細胞增殖和許多癌。以后又發(fā)現(xiàn)v-ras、v-myc、v-abl、v-erbB等病毒癌基因的正常細胞組分c-ras、c-myc、c-abl、c-erbB第三十九頁，共58頁。6.癌基因的形成機制原癌基因通過三種機制轉(zhuǎn)化為癌基因:（1）點突變原癌基因的點突變導(dǎo)致產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性激活的蛋白。c-Src的Tyr527突變，成為v-Src。c-ras的第12個氨基酸（甘氨酸）和第61個氨基酸（谷氨酰胺）突變會激活成癌基因v-ras。如：Ras是第一個被確認的非病毒性癌基因。第四十頁，共58頁。（2）易位染色體易位將生長調(diào)節(jié)基因帶到其它啟動子的控制下，導(dǎo)致基因不適當?shù)乇磉_。Burkitt淋巴瘤c-myc(8號染色體上）易位到14、2、22號染色體的免疫球蛋白的強啟動子下，導(dǎo)致過量表達。第四十一頁，共58頁。慢性粒細胞白血?。–ML）的費城染色體，是9和22號染色體易位，導(dǎo)致bcr-abl原癌基因融合。第四十二頁，共58頁。（3）原癌基因的原位擴增（amplification）原癌基因的原位擴增導(dǎo)致原癌基因的產(chǎn)物過量表達。人神經(jīng)母細胞瘤中v-myc基因復(fù)本多（N-myc）。第四十三頁，共58頁。癌基因腫瘤來源擴增倍數(shù)DM/HSRc-myc原髓細胞白血病細胞株HL-60和原發(fā)腫瘤人20*c-mycAPUDoma細胞株，COLO320小細胞肺癌細胞株人40+/+c-myc小細胞肺癌細胞株人5-30?c-mycCSV誘發(fā)的B淋巴瘤雞5-10?N-myc原發(fā)性神經(jīng)母細胞瘤（第Ⅲ和Ⅳ期）和神經(jīng)母細胞瘤人5-1000+/+N-myc視網(wǎng)膜母細胞瘤細胞株Y79和原發(fā)腫瘤人10-200+/+N-myc小細胞肺癌及其細胞株人50+/?c-abl慢性粒細胞白血病細胞株K562人5-10?c-myb結(jié)腸癌細胞株COLO201/205人10?c-myb急粒白血病人5-10?c-erbB類真皮癌細胞株A431人30?c-Ki-ras2原發(fā)性肺癌、肝癌、結(jié)腸癌、膀胱癌和直腸癌，結(jié)腸癌細胞株SW480人4-20?c-Ki-ras腎皮質(zhì)癌細胞株Y1鼠30-60+/+N-ras乳腺癌細胞株MCF7人5-10?細胞癌基因的擴增第四十四頁，共58頁。第三節(jié)癌的遺傳模型——結(jié)腸癌一、結(jié)腸癌（coloncancer）的類型1.家族性腺瘤息肉（familialadenomatouspolyposis，F(xiàn)AP）常染色體顯性遺傳。2.遺傳性非息肉性結(jié)腸癌（hereditarynonpolyposiscolorectalcancer，HNPCC）占結(jié)腸癌的1%。占結(jié)腸癌的2-4%。第四十五頁，共58頁。占59%。二、FAP相關(guān)的結(jié)腸癌3.散發(fā)病例1.遺傳基礎(chǔ)APC基因的突變所致。（1）APC基因后期啟動復(fù)合物（anaphase-promotingcomplex）基因是一個調(diào)節(jié)細胞分裂的基因。①APC的功能：第四十六頁，共58頁。細胞分裂進入分裂期（M）的中期后，姐妹染色單體仍然被一些蛋白復(fù)合物連在一起。i）啟動姐妹染色單體分裂APC能指導(dǎo)降解后期抑制劑（anaphaseinhibitors），使阻礙姐妹染色單體分裂的蛋白質(zhì)失活。中期后期第四十七頁，共58頁。②APC基因的位置ii）啟動降解細胞分裂期的各種CDK后期結(jié)束時，APC指導(dǎo)降解細胞分裂期的各種CDK，使分到兩極的染色體重新變細變長，核仁核膜形成。5q是一個腫瘤抑制基因。第四十八頁，共58頁。（2）APC的突變與結(jié)腸癌形成結(jié)腸息肉（polyp）是癌前狀態(tài)，其中的細胞都在APC等位基因上有一次或兩次突變。使細胞分裂失去控制，成為息肉。FAP相關(guān)的結(jié)腸癌的形成過程：在FAP情況中，APC的突變是遺傳而來的。APC突變雜合體就足以形成結(jié)腸息肉。但多數(shù)情況下，結(jié)腸息肉的晚期，另一個等位基因APC也突變了。①癌前狀態(tài)第四十九頁，共58頁。正常結(jié)腸壁密集的結(jié)腸息肉第五十頁，共58頁。②腫瘤（tumor）形成息肉中的某個細胞的ras基因突變使細胞分裂更快，形成良性腺瘤。③晚期腺瘤（latead