非整倍體與腫瘤發(fā)生.課件

1、非整倍體與腫瘤發(fā)生以及腫瘤遺傳型不穩(wěn)定關(guān)系的初步研究第1頁，共29頁?；蛲蛔兗僬f認為腫瘤的產(chǎn)生是由于細胞內(nèi)一些特定基因突變的結(jié)果，這個假說現(xiàn)在已經(jīng)被人們廣泛接受。但是最近美國科學(xué)院院士Duerberg等提出基因突變不可能導(dǎo)致腫瘤發(fā)生，相反，一向被認為是基因突變的結(jié)果非整倍體，才可能是腫瘤發(fā)生的主要原因。第2頁，共29頁。非整倍體假說主要觀點是：致癌因素導(dǎo)致細胞產(chǎn)生非整倍染色體，非整倍體引起有絲分裂相關(guān)基因表達異常，產(chǎn)生異常比例的紡錘體蛋白、甚至異常數(shù)目的中心粒。不平衡的紡錘體可導(dǎo)致一些染色體的隨機丟失或獲得。每次細胞分裂時這些非整倍染色體被隨機分組并不對稱地分配給子代細胞，這樣惡性循環(huán)，非整

2、倍體自身催化細胞核型的變化和進化，最終導(dǎo)致腫瘤細胞核型的產(chǎn)生。因此，腫瘤的產(chǎn)生是非整倍體自身催化的結(jié)果，與基因突變沒有直接的關(guān)系。 第3頁，共29頁。Duerberg等將腫瘤遺傳突變歸于非整倍體而非特定基因是因為：1）100%的實體瘤都是非整倍體；2）只有染色體的異常才可以瞬間改變細胞內(nèi)成千上萬基因的表達水平，從而可能解釋腫瘤細胞表型的異質(zhì)性現(xiàn)象；而且同時可以成功地解釋腫瘤細胞遺傳性不穩(wěn)定的特征原因；第4頁，共29頁。3）腫瘤細胞的最大特征永生化可以解釋為：自然選擇壓力只給了非整倍體細胞選擇永生化機制的機會，因為只有非整倍體細胞才具有通過自身催化隨機丟失或獲得不同染色體從而最終獲得永生化細胞核

3、型的機會。由于這樣的機會很少，因此在致癌因素作用后經(jīng)過數(shù)年或數(shù)十年腫瘤才發(fā)生；進一步推測可以認為除了病毒轉(zhuǎn)化的細胞外，所有沒有經(jīng)過處理或不受調(diào)節(jié)而具有永生化能力的細胞都應(yīng)當(dāng)是非整倍體細胞；4）腫瘤的其它特征（例如轉(zhuǎn)移能力、去分化、高耐藥性等等）也可以應(yīng)用非整倍體假說來解釋。 第5頁，共29頁。總之，腫瘤最大的特征是非整倍體，腫瘤的各種表型是由于非整倍體自身催化導(dǎo)致大量正常基因表達量和表達比例異常的結(jié)果，而不是某些特定基因活性增強或減弱的結(jié)果。 第6頁，共29頁。非整倍體怎樣產(chǎn)生的呢？ Duerberg等認為致突變和非致突變因素可能通過物理或者化學(xué)過程改變了一個或多個染色體，或者通過改變參與紡錘

4、體蛋白分子從而導(dǎo)致非整倍體產(chǎn)生；對于基因變異和非整倍體產(chǎn)生的關(guān)系需要進一步研究。 第7頁，共29頁。是否腫瘤細胞的非整倍體都與基因變異有關(guān)呢？ 1如果非整倍體都是由基因變異引起，則某些由非致突變因素引起的腫瘤細胞中不應(yīng)該總是有非整倍體染色體的出現(xiàn)，但是實驗表明所有的由非致突變因素引起的腫瘤細胞都是非整倍體核型。2 “細胞有絲分裂檢測點基因”的變異應(yīng)當(dāng)導(dǎo)致非整倍體產(chǎn)生，例如：p53、細胞有絲分裂檢測點基因以及SKT15等。但是p53在腫瘤中的變異率不超過50%；細胞有絲分裂檢測點基因在結(jié)腸癌細胞中只有11%；SKT15在乳腺癌中也只有12%。 第8頁，共29頁。3多環(huán)芳烴是弱效致突變劑，在微摩爾

5、濃度下可以導(dǎo)致20-80%的細胞發(fā)生非整倍體核型。由多環(huán)芳烴轉(zhuǎn)化的強致突變物質(zhì)在50%致死劑量下引起特定基因變異的幾率為10-4-10-7，也就是說由多環(huán)芳烴通過特定位點（比如有絲分裂基因）誘導(dǎo)非整倍體幾率也只有10-4-10-7。4 如果基因突變可以獨立導(dǎo)致腫瘤發(fā)生，那么由于基因突變導(dǎo)致非整倍體和腫瘤發(fā)生的幾率都很低，因此它們同時出現(xiàn)在同一個腫瘤細胞中的幾率會更小，所以我們應(yīng)該看見一定比例的二倍體腫瘤細胞，但是所有的實體瘤細胞都是非整倍體。因此即使基因變異與腫瘤有關(guān)也不能完全排除非整倍體在腫瘤發(fā)生過程中的作用。 第9頁，共29頁。非整倍體就一定能導(dǎo)致腫瘤發(fā)生？ 由于大多數(shù)腫瘤細胞是多倍體，一

6、般介于3倍體和4倍體之間，這提示可能存在一個上限；而一些腫瘤為近2倍體，因此也可能存在一個下限。因此Duerberg等認為在特定的范圍內(nèi)非整倍體才可能導(dǎo)致腫瘤產(chǎn)生，超過上限或者低于下限都不可能使腫瘤產(chǎn)生。 第10頁，共29頁。非整倍體假說雖然在邏輯上能夠比較全面地解釋有關(guān)腫瘤方面的問題，但是事實證據(jù)呢？ 第11頁，共29頁。1）致癌劑都能使細胞產(chǎn)生非整倍體；2）Weinberg等用三個互不相關(guān)的癌基因轉(zhuǎn)化的腫瘤細胞被Duesberg等推測并證明這些細胞100%是非整倍體核型； 3）Duesberg等根據(jù)非整倍體假說推測腫瘤細胞對化療藥物具有很高的“突變率和多藥耐藥性”是由非整倍體染色體催化染色

7、體重新分組的結(jié)果，而不是基因突變的結(jié)果，這個推測被證實； 第12頁，共29頁。4）Duesberg 等證明：用致癌劑轉(zhuǎn)化的腫瘤細胞100%是非整倍核型；腫瘤細胞遺傳性不穩(wěn)定的程度與被轉(zhuǎn)化細胞的非整倍程度呈正比關(guān)系；非整倍體而不是個別基因變異能夠通過改變細胞的代謝和染色體的不對稱分裂導(dǎo)致腫瘤表型的出現(xiàn)；被轉(zhuǎn)化的細胞首先發(fā)生非整倍核型，其次才演化為腫瘤細胞；推測并證實被轉(zhuǎn)化的腫瘤細胞在某一階段具有特定的核型； 第13頁，共29頁。5）Lengauer等實驗結(jié)果表明非整倍體確實可以導(dǎo)致細胞基因組不穩(wěn)定，與Duesberg的實驗結(jié)果一致，最近他們的數(shù)學(xué)模型表明細胞轉(zhuǎn)化前首先發(fā)生非整倍體核型然后才發(fā)生抑

8、癌基因的變異；6）推測并證實非腫瘤性永生化細胞的永生化機制也是通過染色體的重新分組而獲得的，是非整倍體核型并且是癌前細胞。 第14頁，共29頁。上述說明非整倍體假說在邏輯和實驗證據(jù)方面都難以找出缺點，最重要的是不但它的預(yù)測結(jié)果能被證實而且以前沒能解釋的實驗現(xiàn)象它還可以解釋清楚。從這些方面看，非整倍體假說可能確實有它自己存在的道理，但是這些能說明基因變異假說就不可靠嗎？Duesberg等提出下列疑問： 第15頁，共29頁。1基因變異假說認為致癌因素都是通過基因突變導(dǎo)致腫瘤發(fā)生，但是現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)許多不能引起基因突變卻可誘導(dǎo)腫瘤發(fā)生的化學(xué)物質(zhì)；2 腫瘤的最主要的特征是基因變異，但是20多年的研究并沒有發(fā)

9、現(xiàn)腫瘤存在特定的變異基因；3 一些遺傳性疾?。ㄈ珏e配修復(fù)缺失的硬皮病和與遺傳有關(guān)的大腸癌患者）為什么只產(chǎn)生特定類型的腫瘤（例如皮膚和大腸癌），而不發(fā)生其他類型的腫瘤；為什么遺傳性的染色體不平衡疾病如Blooms綜合征患者發(fā)生腫瘤的幾率升高100倍； 第16頁，共29頁。4基因變異假說認為腫瘤細胞具有很高的突變幾率，是“基因變異集合體”，但是一些實驗表明腫瘤的突變率正常，只有少數(shù)腫瘤突變率中度增高；5腫瘤細胞的表型應(yīng)當(dāng)與基因變異一樣穩(wěn)定。但大多數(shù)腫瘤表現(xiàn)為遺傳型和表現(xiàn)型不穩(wěn)定；6在腫瘤耐藥方面，基因變異假說認為腫瘤細胞產(chǎn)生耐藥性是藥物代謝基因的失活或多藥耐藥基因的激活的結(jié)果，但是為什么正常二倍體

10、細胞的基因變異率非常地低（10-12），但是腫瘤細胞對化療藥物的變異率和多藥耐藥率卻出奇的高（10-3-10-6）？為什么耐藥基因只在腫瘤細胞中存在很高的變異率？ 第17頁，共29頁。7 雖然一些逆轉(zhuǎn)錄病毒和人工制造的癌基因確實可以使正常細胞轉(zhuǎn)化，但這個過程主要依賴病毒的高表達啟動子；另外，病毒制造使細胞轉(zhuǎn)化的蛋白質(zhì)不依賴特定的前體蛋白和酶的作用，只需要宿主細胞提供足夠的氨基酸和核苷酸。由于原癌基因不具備這些特點，因此只是根據(jù)原癌基因和病毒癌基因之間序列的相似來推測原癌基因的激活可以導(dǎo)致腫瘤的假設(shè)存在缺陷；8 以前人們認為細胞的生物化學(xué)反應(yīng)受一些特定限速酶的控制，但是近25年研究表明復(fù)雜系統(tǒng)并

11、不受限速酶的控制，所以建立在“限速酶”假說之上的腫瘤基因變異假說存在難以克服的缺陷。 第18頁，共29頁。Duesberg能夠否定有數(shù)量龐大的實驗依據(jù)支持的基因突變假說嗎？問題的關(guān)鍵在于在腫瘤細胞中非整倍體作用是什么。除此之外，從兩種對立假說的矛盾焦點出發(fā)也可能會發(fā)現(xiàn)問題的癥結(jié)所在。因此需要明確下列問題： 第19頁，共29頁。是否某些非整倍體可以作為獨立因素導(dǎo)致腫瘤細胞發(fā)生？ 人們按照基因變異假說轉(zhuǎn)移癌基因來轉(zhuǎn)化正常細胞，那么按照非整倍體假說用微細胞介導(dǎo)的染色體轉(zhuǎn)移技術(shù)或非致突變劑人工制造非整倍體細胞是否也可以轉(zhuǎn)化正常細胞？因為非整倍體假說認為非整倍體可以導(dǎo)致細胞遺傳性不穩(wěn)定從而引起非整倍體自

12、身催化現(xiàn)象，最終導(dǎo)致腫瘤細胞發(fā)生。 第20頁，共29頁。促癌劑是通過什么原因促進腫瘤發(fā)生？ 化學(xué)致癌作用一般分為激發(fā)和促進兩個階段。激發(fā)過程是由致癌物引起不可逆的DNA永久損傷（突變）過程。激發(fā)的細胞具有形成腫瘤的潛能。促癌劑本身不致癌，卻可誘導(dǎo)激發(fā)的細胞發(fā)生腫瘤。那么促癌劑是通過什么原因促進腫瘤發(fā)生？是通過促進被激發(fā)的細胞產(chǎn)生附加突變？是促進非整倍體的產(chǎn)生？是促進被激發(fā)的非整倍體細胞向腫瘤細胞核型的轉(zhuǎn)化速率？還是促癌劑本身可以產(chǎn)生并加速非整倍體產(chǎn)生和演化？ 第21頁，共29頁。特定基因變異的細胞和動物腫瘤發(fā)生率高是什么原因？ 實驗表明p53等特定基因突變的細胞和動物的腫瘤發(fā)生率升高，那么原因

13、是什么呢？是由于這些基因突變增加了其它基因突變的幾率？還是由于這些基因突變增加了細胞產(chǎn)生非整倍體的機會？第22頁，共29頁。腫瘤細胞的各種表型能否遺傳？這些表型之間是否存在確定關(guān)系？ 基因變異假說和非整倍體假說最典型的區(qū)別是關(guān)于腫瘤表型能否遺傳的問題。按照基因變異假說，在腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中腫瘤細胞的各種表型的獲得是由于不可逆性的積累突變基因的結(jié)果，因此腫瘤細胞各種表型也應(yīng)當(dāng)具有遺傳性、積累性和不可逆性特點。相反，非整倍體假說認為腫瘤細胞的各種表型獲得是由于腫瘤細胞染色體的隨機分組產(chǎn)生不同細胞核型的結(jié)果，由于非整倍體總是引起腫瘤細胞染色體的不對稱分配造就不同的細胞核型，因此腫瘤細胞的表型除了只

14、受自然選擇的控制外不具有遺傳性、積累性和不可逆性特點。 第23頁，共29頁。是否存在二倍體的腫瘤干細胞和永生化細胞？ 腫瘤干細胞是指腫瘤組織中具有自我更新能力并能產(chǎn)生其它具有不同增殖能力腫瘤細胞的一類特殊腫瘤細胞。按照基因變異假說腫瘤干細胞可以是二倍體細胞，它們與正常二倍體細胞的區(qū)別只是含有一些突變的特定基因。相反，非整倍體假說認為非整倍體是腫瘤的最大特征，腫瘤細胞的克隆性就是非整倍體性，因此不存在整二倍體的腫瘤干細胞。而且，除了由病毒和人工轉(zhuǎn)化的永生化細胞以及體內(nèi)干細胞（假設(shè)人體組織不死）外，其他所有動物和人的永生化細胞都是非整倍體核型。 第24頁，共29頁。為了解決上述問題，我們決定應(yīng)用微細胞介導(dǎo)的染色體轉(zhuǎn)移技術(shù)、染色體分析技術(shù)、連續(xù)克隆形成實驗等技術(shù)方法分析非整倍體與腫瘤發(fā)生發(fā)展以及與腫瘤細胞一些特征表型和遺傳型之間的關(guān)系，為最終明確腫瘤發(fā)生發(fā)展機制提供實驗依據(jù)。 第25頁，共29頁。項目的研究內(nèi)容1） 人工制造非整倍體細胞誘導(dǎo)腫瘤發(fā)生； 2） 探討促癌劑在促進腫瘤發(fā)生過程中非整倍體的作用；3） 細胞和動物的特定基因變異導(dǎo)致腫瘤發(fā)生率高與非整倍體的產(chǎn)生關(guān)系研究；4） 腫瘤細胞轉(zhuǎn)移能力能否遺傳研究；5） 腫瘤干細胞和永生細胞系是否存在二倍體細胞研究。 第26頁，共29頁。研究目標(biāo)1） 明確非整倍體與腫瘤發(fā)生發(fā)展關(guān)系；2）