癌癥遺傳學基礎

1、關于癌癥的遺傳學基礎第一張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月一個人乳腺癌細胞（human breast cancer cell）第二張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月人肺癌細胞第三張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月第一節(jié) 細胞周期與癌一、細胞周期（cell cycle）第四張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月二、細胞周期的控制1. 細胞周期的控制點（Checkpoints）The G1 checkpoint:DNA是否有損傷？The G2 checkpoint: DNA 是否有損傷？MG2SG1The M checkpoint:紡錘體是否形成，動粒是否與紡錘絲相連？

2、The S checkpoint: DNA是否都復制了？第五張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 G1/S過渡（transition）決定細胞是否進行DNA復制。（1）細胞周期的主要checkpoints有兩個： G2/M過渡（transition）決定細胞是否進行分裂。第六張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月2. 對細胞周期控制點的控制主要通過兩類蛋白質之間的相互作用。蛋白激酶（protein kinases）：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-dependent kina

3、ses）第七張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）cyclins通過調節(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。第八張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月（3）CDK與cyclin的相互作用 對G1/S 控制點的作用CDK4與cyclin D結合成復合物，激活一系列的基因轉錄，啟動DNA復制。 對G2/M 控制點的作用大多數(shù)真核細胞中：CDK1與cyclin B結合成復合物，激活caldesmon，引起核膜破裂。許多種癌的細胞的G1 checkpoint都發(fā)生了異常。第九張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月第十張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作

4、于2022年6月第二節(jié) 控制細胞分裂的基因一、調節(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（tumor suppressor genes）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。第十一張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月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）突變第十二張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月癌的易患性基因染色體位置早發(fā)性家族性乳腺癌（Earl

5、y-onset familial breast cancer）家族性腺瘤息肉（Familial adenomatous polyposis）家族性黑色素瘤（familial melenoma）Gorlin 綜合癥遺傳性非息肉性結腸癌（hereditary nonopolyposis colon cancer）Li-Fraumeni 綜合癥I型多發(fā)性內分泌瘤（mulitiple endocrine neoplasia,type I）II型多發(fā)性內分泌瘤（mulitiple endocrine neoplasia, type II）I型神經(jīng)纖維瘤（neurofibromatous, type I）

6、II型神經(jīng)纖維瘤（neurofibromatous, type II）視網(wǎng)膜瘤（retinoblastoma）Von Hippel-Lindau綜合癥Wilms腫瘤17q5q9p9q2p17p11q22q17q22q13q3p11p二、 癌的易患性（predisposition）基因第十三張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月三、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 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。第十四張，PPT共五十九頁

7、，創(chuàng)作于2022年6月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修復的酶類盡管DNA修復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RB（視網(wǎng)膜瘤、眼癌）發(fā)病率：1/14000-1/20000發(fā)病年齡：1-3歲第十五張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月第十六張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 RB基因常染色體隱性基因。位于13q。 RB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?。?。第十七張，PPT共

8、五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月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?。愃频那闆r還有結腸癌的APC基因、 乳腺癌的BRCA1基因）。第十八張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月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！第十九張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 RB基因的產物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的作用在調節(jié)細胞周期G1S起重要作用。pRB在非磷酸化形式時，與E2

9、F轉錄因子家族成員結合，抑制DNA復制所需的蛋白基因的轉錄，細胞停留在G1期。cyclin D激活CDK4，CDK4使pRB磷酸化，不能再與E2F結合，細胞進入S期。第二十張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月第二十一張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）p53 基因組的監(jiān)護人（guardian）視網(wǎng)膜瘤細胞中，兩個RB基因突變導致不能產生pRB，E2F永遠激活DNA合成所需的基因，使細胞通過G1/S checkpoint。編碼一個轉錄因子。p53突變存在于多種癌（肺癌、乳腺癌、膀胱癌、結腸癌等）。估計50-60%的癌與p53的突變有關。第二十二張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于202

10、2年6月 p53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復合物結合，并抑制Cdk的活性（如CDK4/cyclin D），結果細胞被阻止在G1期直到DNA損傷被修復，然后P53和P21減少，細胞周期才能繼續(xù)進行。第二十三張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月p35p21CDK4/cyclin DE2F激活抑制磷酸化RB/E2F釋放DNA復制第二十四張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 p53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

11、個4聚體不能形成，呈顯性遺傳。p53雜合子導致癌癥的頻率是90-95%。第二十五張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月（3）乳腺癌基因（Breast cancer genes） BRCA1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致乳腺癌。（與卵巢癌也有關）雖然是隱性基因，但呈顯性遺傳。第二十六張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月位于13q。 BRCA2基因BRCA1和BRCA2與10%的乳腺癌有關。BRCA1和BRCA2基因產物的作用 與DNA雙連斷裂的修復有關。BRCA1被磷酸化后與BRCA2、mRAD51等蛋白參與DNA修復

12、。DNA損傷也同時激活p53，使DNA停止復制。第二十七張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月第二十八張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月四、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致癌變。顯性基因。第二十九張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月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骨瘤病毒小鼠轉錄因子sis猿肉瘤病毒猴血小板來

13、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結合蛋白幾種有代表性的癌基因第三十張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月5. 癌基因的起源（1）第一個被發(fā)現(xiàn)的癌基因1910年，F(xiàn)rancis Peyton Rous在研究記得結締組織瘤（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出同樣的肉瘤。Rous認為提取液中有某種物質能夠傳播肉瘤！數(shù)十年后其他科學家分離到這種能引起肉瘤的病毒（Rous sarcoma virus，RSV）。但Rous獲得1966年

14、Nobel prize。 Rous的工作第三十一張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 RSV 單鏈RNA病毒。反轉錄病毒（retrovirus）。 gag（病毒內殼蛋白）, pol（反轉錄酶）, 和 env（病毒外殼蛋白）能感染雞，但不能引起腫瘤。第三十二張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 RSV的生活史基因組RNA反轉錄成DNA, 插入宿主基因組中成為前病毒，轉錄出RNA并合成外殼蛋白，組裝成新的病毒顆粒。第三十三張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月動畫演示反轉錄病毒的生活史反轉錄病毒的復制反轉錄病毒的轉錄第三十四張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 RSV的基因組

15、線性RNA。LTRU5gagpolenvU3LTR正常RSV基因組包含: gag（病毒內殼蛋白）, pol（反轉錄酶）, env（病毒外殼蛋白）三個基因。兩頭各有一個LTR(長末端重復) RSV引起腫瘤的原因：v-src第三十五張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月能夠引起肉瘤的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，Michael Bishop 和 Harold Varmus 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。The landmark discovery showed that cancer m

16、ay be induced by the action of normal, or nearly normal, genes. LTRU5gagpolenvU3LTRv-src 細胞癌基因：c-src第三十六張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 v-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SH2 domain結合，使激酶活性部位被包埋。第三十七張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月當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。第三十八張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于20

17、22年6月v-src中，Tyr527缺失或突變成其它氨基酸，使src成為結構性激活蛋白。 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第三十九張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月6. 癌基因的形成機制原癌基因通過三種機制轉化為癌基因:（1）點突變原癌基因的點突變導致產生結構性激活的蛋白。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

18、是第一個被確認的非病毒性癌基因。第四十張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）易位染色體易位將生長調節(jié)基因帶到其它啟動子的控制下，導致基因不適當?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，導致過量表達。第四十一張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月慢性粒細胞白血?。–ML）的費城染色體，是9和22號染色體易位，導致bcr-abl 原癌基因融合。第四十二張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月（3）原癌基因的原位擴增（amplification）原癌基因的原位擴增導致原癌基因的產物過量表達。人神經(jīng)母細胞瘤中v-myc基

19、因復本多（N-myc）。第四十三張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月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（第和期）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結腸癌細胞株COLO201/205人1

20、0?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、結腸癌、膀胱癌和直腸癌，結腸癌細胞株SW480人4-20?c-Ki-ras腎皮質癌細胞株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張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月第三節(jié) 癌的遺傳模型結腸癌一、結腸癌（colon cancer）的類型1. 家族性腺瘤息肉（familial adenomatous polyposis，F(xiàn)AP）常染色體顯性遺傳。2. 遺傳性非息肉性結腸癌（hereditary nonpolyposis colore

21、ctal cancer，HNPCC）占結腸癌的1%。占結腸癌的2-4%。第四十五張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月占59%。二、FAP相關的結腸癌3. 散發(fā)病例1. 遺傳基礎APC基因的突變所致。（1）APC基因后期啟動復合物（anaphase-promoting complex）基因是一個調節(jié)細胞分裂的基因。 APC的功能：第四十六張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月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合物連在一起。i）啟動姐妹染色單體分裂APC能指導降解后期抑制劑（anaphase inhibitors ），使阻礙姐妹染色單體分裂的蛋白質失活。中期后

22、期第四十七張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 APC基因的位置ii）啟動降解細胞分裂期的各種CDK后期結束時，APC指導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。第四十八張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）APC的突變與結腸癌形成結腸息肉（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相關的結腸癌的形成過程：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腸息肉。但多數(shù)情況下，結腸息肉的晚期，另一個等位基因APC也突變了。 癌前狀態(tài)第四十九張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月正常結腸壁密集的結腸息肉第五十張，PPT共五十九頁，創(chuàng)作于2022年6月 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。 晚期腺瘤（late adenoma）形成再發(fā)生DCC基因突變才能成為晚期腺瘤。ras位于第12號染色體上。DCC位于18號染色體上。腺瘤癌化17p上的p53