染色体不稳定性与肺癌【精品课件】

1、染色体不稳定性与肺癌 chromosome instability(CIN) and lung cancer 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

2、题. 要点: v一. CIN研究相关技术进展 v二. CIN的在肺癌中的表现方式 v三. 在肺癌中,导致CIN可能的分子机制 v四. 前景展望 一. CIN研究相关技术进展研究相关技术进展 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 (comp

3、arative 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(comparativeex

4、pressed 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

5、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

6、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

7、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

8、 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

9、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

10、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 vCIN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

11、 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

12、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

13、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Cdc

14、25c 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

15、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