癌症的遗传学基础

癌症的遗传学基础第一页，共58页。一个人乳腺癌细胞（humanbreastcancercell）第二页，共58页。人肺癌细胞第三页，共58页。第一节细胞周期与癌一、细胞周期（cellcycle）第四页，共58页。二、细胞周期的控制1.细胞周期的控制点（Checkpoints）TheG1checkpoint:DNA是否有损伤？TheG2checkpoint:DNA是否有损伤？MG2SG1TheMcheckpoint:纺锤体是否形成，动粒是否与纺锤丝相连？TheScheckpoint:DNA是否都复制了？第五页，共58页。①G1/S过渡（transition）决定细胞是否进行DNA复制。（1）细胞周期的主要checkpoints有两个：②G2/M过渡（transition）决定细胞是否进行分裂。第六页，共58页。2.对细胞周期控制点的控制主要通过两类蛋白质之间的相互作用。蛋白激酶（proteinkinases）：当自身被激活后，能选择性地将靶蛋白磷酸化。（控制细胞周期的）蛋白激酶。它们的活性随着细胞周期的进展而增加或降低。（1）CDKs（cyclin-dependentkinases）第七页，共58页。（2）cyclins通过调节CDK的活性而控制细胞周期。它们的合成与降解随着细胞周期的进展而呈周期性变化。第八页，共58页。（3）CDK与cyclin的相互作用①对G1/S控制点的作用CDK4与cyclinD结合成复合物，激活一系列的基因转录，启动DNA复制。②对G2/M控制点的作用大多数真核细胞中：CDK1与cyclinB结合成复合物，激活caldesmon，引起核膜破裂。许多种癌的细胞的G1checkpoint都发生了异常。第九页，共58页。第十页，共58页。第二节控制细胞分裂的基因一、调节细胞分裂的基因类型1.抑制细胞分裂的基因又称为肿瘤抑制基因（tumorsuppressorgenes）功能：抑制细胞分裂。在细胞分裂时必须失活。但如果永久性失活，细胞分裂就失去控制。第十一页，共58页。2.促进细胞分裂的基因又称为原癌基因（proto-oncogenes）。功能：启动细胞分裂。当细胞分裂需要停止时，必须失活。如果这些基因永久性“on”时，细胞分裂就失去控制。原癌基因癌基因（oncogene）突变第十二页，共58页。癌的易患性基因染色体位置早发性家族性乳腺癌（Early-onsetfamilialbreastcancer）家族性腺瘤息肉（Familialadenomatouspolyposis）家族性黑色素瘤（familialmelenoma）Gorlin综合症遗传性非息肉性结肠癌（hereditarynonopolyposiscoloncancer）Li-Fraumeni综合症I型多发性内分泌瘤（mulitipleendocrineneoplasia,typeI）II型多发性内分泌瘤（mulitipleendocrineneoplasia,typeII）I型神经纤维瘤（neurofibromatous,typeI）II型神经纤维瘤（neurofibromatous,typeII）视网膜瘤（retinoblastoma）VonHippel-Lindau综合症Wilms肿瘤17q5q9p9q2p17p11q22q17q22q13q3p11p二、癌的易患性（predisposition）基因第十三页，共58页。三、肿瘤抑制基因1.肿瘤抑制基类型（1）细胞周期蛋白激酶抑制因子如P16。调节或抑制细胞进入细胞分裂的某个特定时期。（2）抑制细胞增殖的激素受体如肿瘤来源生长因子β的受体。（3）细胞周期控制点的蛋白当DNA损伤或染色体异常时停止细胞分裂。第十四页，共58页。2.几种常见肿瘤抑制基因（4）促进细胞程序性死亡（apoptosis）的蛋白。（5）参与DNA修复的酶类尽管DNA修复酶类不直接抑制细胞增殖，但DNA突变会使其它基因失活（如控制增殖的基因）而引起癌变。（1）RB（retinoblastoma）基因①RB（视网膜瘤、眼癌）发病率：1/14000-1/20000发病年龄：1-3岁第十五页，共58页。第十六页，共58页。②RB基因常染色体隐性基因。位于13q。③RB的遗传i）家族性RB占眼癌的40%。常为双眼眼癌。呈常染色体显性遗传（病人的子女易患病）。第十七页，共58页。RB呈显性遗传的原因通过遗传获得其中RB基因，虽然并不发病，但很容易通过一次体细胞突变成为纯合体而发病。在系谱上反而呈现显性遗传特征！（类似的情况还有结肠癌的APC基因、

乳腺癌的BRCA1基因）。第十八页，共58页。ii）非家族性RB占60%。常为单眼眼癌。发病年龄很大。同一个视网膜细胞的两个RB基因都发生突变！第十九页，共58页。③RB基因的产物——pRB存在于所有的细胞类型的细胞核中；也存在于细胞周期的所有阶段。i）pRB的存在ii）pRB的作用在调节细胞周期G1S起重要作用。pRB在非磷酸化形式时，与E2F转录因子家族成员结合，抑制DNA复制所需的蛋白基因的转录，细胞停留在G1期。cyclinD激活CDK4，CDK4使pRB磷酸化，不能再与E2F结合，细胞进入S期。第二十页，共58页。第二十一页，共58页。（2）p53——基因组的监护人（guardian）视网膜瘤细胞中，两个RB基因突变导致不能产生pRB，E2F永远激活DNA合成所需的基因，使细胞通过G1/Scheckpoint。编码一个转录因子。p53突变存在于多种癌（肺癌、乳腺癌、膀胱癌、结肠癌等）。估计50-60%的癌与p53的突变有关。第二十二页，共58页。①p53的作用主要的功能是能够激活某些特殊基因的表达，其中最重要的是P21蛋白。P21是一个CDK的抑制因子，能与G1期的Cdk-cyclin复合物结合，并抑制Cdk的活性（如CDK4/cyclinD），结果细胞被阻止在G1期直到DNA损伤被修复，然后P53和P21减少，细胞周期才能继续进行。第二十三页，共58页。p35p21CDK4/cyclinDE2F激活抑制磷酸化RB/E2F释放DNA复制第二十四页，共58页。②p53的遗传p53的活性形式是4聚体。只要一个单体分子有突变，就不能形成4聚体。等位基因中的一个突变就会使整个4聚体不能形成，呈显性遗传。p53杂合子导致癌症的频率是90-95%。第二十五页，共58页。（3）乳腺癌基因（Breastcancergenes）①BRCA1基因位于17q。85%的戴有一个BRCA1突变的妇女，都会由于另一个BRCA1等位基因的突变而导致乳腺癌。（与卵巢癌也有关）虽然是隐性基因，但呈显性遗传。第二十六页，共58页。位于13q。②BRCA2基因BRCA1和BRCA2与10%的乳腺癌有关。③BRCA1和BRCA2基因产物的作用

与DNA双连断裂的修复有关。BRCA1被磷酸化后与BRCA2、mRAD51等蛋白参与DNA修复。DNA损伤也同时激活p53，使DNA停止复制。第二十七页，共58页。第二十八页，共58页。四、癌基因（oncogenes）1.原癌基因（proto-oncogenes）：正常情况下促进细胞分裂。2.癌基因（oncogenes）：原癌基因的突变形式，导致细胞分裂失去控制。3.遗传特点：只需要一个等位基因突变就可导致癌变。显性基因。第二十九页，共58页。4.癌基因的种类现已经发现36种多。癌基因起源物种功能srcRous肉瘤病毒鸡酪氨酸激酶信号蛋白fosFBJ骨瘤病毒小鼠转录因子sis猿肉瘤病毒猴血小板来源生长因子ablAbelson鼠白血病毒小鼠酪氨酸激酶myc鸟髓细胞组织增生病毒鸡转录因子erbB鸟红细胞组织增生病毒鸡EGF受体N-ras神经纤维瘤、白血病人GTP结合蛋白几种有代表性的癌基因第三十页，共58页。5.癌基因的起源（1）第一个被发现的癌基因1910年，FrancisPeytonRous在研究记得结缔组织瘤（肉瘤）时发现：把肉瘤的提取液注射给健康的鸡后，能在健康的鸡身上诱导出同样的肉瘤。Rous认为提取液中有某种物质能够传播肉瘤！数十年后其他科学家分离到这种能引起肉瘤的病毒（Roussarcomavirus，RSV）。但Rous获得1966年Nobelprize。①Rous的工作第三十一页，共58页。②RSV单链RNA病毒。反转录病毒（retrovirus）。

gag（病毒内壳蛋白）,pol（反转录酶）,和env（病毒外壳蛋白）能感染鸡，但不能引起肿瘤。第三十二页，共58页。③RSV的生活史基因组RNA反转录成DNA,插入宿主基因组中成为前病毒，转录出RNA并合成外壳蛋白，组装成新的病毒颗粒。第三十三页，共58页。动画演示反转录病毒的生活史反转录病毒的复制反转录病毒的转录第三十四页，共58页。④RSV的基因组线性RNA。LTRU5gagpolenvU3LTR正常RSV基因组包含:

gag（病毒内壳蛋白）,pol（反转录酶）,

env（病毒外壳蛋白）三个基因。两头各有一个LTR(长末端重复)⑤RSV引起肿瘤的原因：v-src第三十五页，共58页。能够引起肉瘤的RSV基因组中还有一个v-src基因。这是引起肉瘤的基因。也是第一个发现的癌基因。1977年，MichaelBishop和HaroldVarmus在鸡和其他生物的正常细胞中发现了v-src基因的同源基因，称为c-src。Thelandmarkdiscoveryshowedthatcancermaybeinducedbytheactionofnormal,ornearlynormal,genes.LTRU5gagpolenvU3LTRv-src⑥细胞癌基因：c-src第三十六页，共58页。⑦v-src与c-src的区别c-src的第527位酪氨酸（Tyr527）（C末端倒数第6）通常被磷酸化使src失活。磷酸化的Tyr527与N端SH2domain结合，使激酶活性部位被包埋。第三十七页，共58页。当Tyr527被特殊的磷酸酶去磷酸化以后就能激活整个蛋白的激酶活性。第三十八页，共58页。v-src中，Tyr527缺失或突变成其它氨基酸，使src成为结构性激活蛋白。Src的蛋白激酶活性激活使靶蛋白磷酸化增加，造成细胞增殖和许多癌。以后又发现v-ras、v-myc、v-abl、v-erbB等病毒癌基因的正常细胞组分c-ras、c-myc、c-abl、c-erbB第三十九页，共58页。6.癌基因的形成机制原癌基因通过三种机制转化为癌基因:（1）点突变原癌基因的点突变导致产生结构性激活的蛋白。c-Src的Tyr527突变，成为v-Src。c-ras的第12个氨基酸（甘氨酸）和第61个氨基酸（谷氨酰胺）突变会激活成癌基因v-ras。如：Ras是第一个被确认的非病毒性癌基因。第四十页，共58页。（2）易位染色体易位将生长调节基因带到其它启动子的控制下，导致基因不适当地表达。Burkitt淋巴瘤c-myc(8号染色体上）易位到14、2、22号染色体的免疫球蛋白的强启动子下，导致过量表达。第四十一页，共58页。慢性粒细胞白血病（CML）的费城染色体，是9和22号染色体易位，导致bcr-abl原癌基因融合。第四十二页，共58页。（3）原癌基因的原位扩增（amplification）原癌基因的原位扩增导致原癌基因的产物过量表达。人神经母细胞瘤中v-myc基因复本多（N-myc）。第四十三页，共58页。癌基因肿瘤来源扩增倍数DM/HSRc-myc原髓细胞白血病细胞株HL-60和原发肿瘤人20*c-mycAPUDoma细胞株，COLO320小细胞肺癌细胞株人40+/+c-myc小细胞肺癌细胞株人5-30?c-mycCSV诱发的B淋巴瘤鸡5-10?N-myc原发性神经母细胞瘤（第Ⅲ和Ⅳ期）和神经母细胞瘤人5-1000+/+N-myc视网膜母细胞瘤细胞株Y79和原发肿瘤人10-200+/+N-myc小细胞肺癌及其细胞株人50+/?c-abl慢性粒细胞白血病细胞株K562人5-10?c-myb结肠癌细胞株COLO201/205人10?c-myb急粒白血病人5-10?c-erbB类真皮癌细胞株A431人30?c-Ki-ras2原发性肺癌、肝癌、结肠癌、膀胱癌和直肠癌，结肠癌细胞株SW480人4-20?c-Ki-ras肾皮质癌细胞株Y1鼠30-60+/+N-ras乳腺癌细胞株MCF7人5-10?细胞癌基因的扩增第四十四页，共58页。第三节癌的遗传模型——结肠癌一、结肠癌（coloncancer）的类型1.家族性腺瘤息肉（familialadenomatouspolyposis，FAP）常染色体显性遗传。2.遗传性非息肉性结肠癌（hereditarynonpolyposiscolorectalcancer，HNPCC）占结肠癌的1%。占结肠癌的2-4%。第四十五页，共58页。占59%。二、FAP相关的结肠癌3.散发病例1.遗传基础APC基因的突变所致。（1）APC基因后期启动复合物（anaphase-promotingcomplex）基因是一个调节细胞分裂的基因。①APC的功能：第四十六页，共58页。细胞分裂进入分裂期（M）的中期后，姐妹染色单体仍然被一些蛋白复合物连在一起。i）启动姐妹染色单体分裂APC能指导降解后期抑制剂（anaphaseinhibitors），使阻碍姐妹染色单体分裂的蛋白质失活。中期后期第四十七页，共58页。②APC基因的位置ii）启动降解细胞分裂期的各种CDK后期结束时，APC指导降解细胞分裂期的各种CDK，使分到两极的染色体重新变细变长，核仁核膜形成。5q是一个肿瘤抑制基因。第四十八页，共58页。（2）APC的突变与结肠癌形成结肠息肉（polyp）是癌前状态，其中的细胞都在APC等位基因上有一次或两次突变。使细胞分裂失去控制，成为息肉。FAP相关的结肠癌的形成过程：在FAP情况中，APC的突变是遗传而来的。APC突变杂合体就足以形成结肠息肉。但多数情况下，结肠息肉的晚期，另一个等位基因APC也突变了。①癌前状态第四十九页，共58页。正常结肠壁密集的结肠息肉第五十页，共58页。②肿瘤（tumor）形成息肉中的某个细胞的ras基因突变使细胞分裂更快，形成良性腺瘤。③晚期腺瘤（latead