肿瘤分子生物学培训课件.ppt
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1、肿瘤分子生物学肿瘤分子生物学Tumor 肿瘤是机体中正常细胞,在不同始肿瘤是机体中正常细胞,在不同始动与促进因素长期作用下所产生的增动与促进因素长期作用下所产生的增生与异常分化所形成的新生物生与异常分化所形成的新生物 2肿瘤分子生物学良性恶性肿瘤(tumor)Carcinoma癌Sarcoma 肉瘤Leukemia 白血病癌症(cancer)3肿瘤分子生物学肿瘤的特点肿瘤的特点1不受控制的异常生长不受控制的异常生长(新生物一旦形成,不因病因消除而停止增生新生物一旦形成,不因病因消除而停止增生)2侵袭侵袭转移转移3威胁生命威胁生命难以治愈难以治愈4 通过许多年变异和自然选择,癌细胞学会了多变,能
2、规避人体精通过许多年变异和自然选择,癌细胞学会了多变,能规避人体精复杂的生长控制系统复杂的生长控制系统5 打破消灭异常细胞的细胞自杀机制打破消灭异常细胞的细胞自杀机制6 进化出对免疫系统监视的抵抗力。进化出对免疫系统监视的抵抗力。4肿瘤分子生物学目前肿瘤治疗的现状目前肿瘤治疗的现状n诊诊断:中、晚期断:中、晚期 n治疗:放射治疗、化学治疗、手术治疗(盲目、治疗:放射治疗、化学治疗、手术治疗(盲目、被动)被动)n近近40余年余年,美国政府耗资美国政府耗资1000亿用于肿瘤的研亿用于肿瘤的研究和治疗究和治疗n原因原因:基因组改变基因组改变信号转导异常信号转导异常细胞转细胞转化化细胞恶性增殖等的机制
3、不确定细胞恶性增殖等的机制不确定5肿瘤分子生物学肿瘤发病机理的研究历史肿瘤发病机理的研究历史n1775年年:英国内科医生英国内科医生Percival Pott 发现发现肿瘤的发生与环境因素有关肿瘤的发生与环境因素有关n1838年年:Muller 首次提出肿瘤发生是由于首次提出肿瘤发生是由于正常细胞结构破坏正常细胞结构破坏的的 累积所致累积所致,导致导致实验肿瘤学实验肿瘤学的诞生的诞生n 1952年年:Boyland 第一次证明了第一次证明了致癌物主要作用于致癌物主要作用于DNA而非酶和蛋白质而非酶和蛋白质n1964年年:Brooks用实验证明用实验证明致癌物可以使致癌物可以使DNA发生突发生突
4、 变变,同时也明确了某些致癌物的致癌性与同时也明确了某些致癌物的致癌性与DNA亲合性之间有直接关系亲合性之间有直接关系n1969年年:Harris 提出恶性肿瘤中可能有一种提出恶性肿瘤中可能有一种抑制肿瘤恶性生长的基因抑制肿瘤恶性生长的基因n1970年年:认为肿瘤的发生认为肿瘤的发生发展是环境和遗传因素相互作用的结果,发展是环境和遗传因素相互作用的结果,确立确立了环境致癌和遗传因素与细胞癌变关系了环境致癌和遗传因素与细胞癌变关系6肿瘤分子生物学(一)外界因素一)外界因素1.化学因素化学因素:(1)(1)烷化剂:如有机农药、硫芥等烷化剂:如有机农药、硫芥等(2)(2)多环芳香烃化合物:多环芳香烃
5、化合物:3 34-4-苯并芘苯并芘(3)(3)氨基偶氮类:染料类氨基偶氮类:染料类(4)(4)亚硝胺类亚硝胺类(5)(5)真菌毒素和植物毒素:黄曲霉菌、苏铁素等真菌毒素和植物毒素:黄曲霉菌、苏铁素等(6)(6)其他:重金属其他:重金属2.2.物理因素物理因素(1)(1)电离辐射电离辐射(2)(2)紫外线紫外线(3)(3)其他:石棉纤维其他:石棉纤维滑石粉滑石粉3.3.生物因素生物因素 主要是病毒感染:如主要是病毒感染:如EBEB病毒病毒乙型肝炎病毒、人乳头状瘤病毒乙型肝炎病毒、人乳头状瘤病毒7肿瘤分子生物学(二)内在因素二)内在因素1.遗传因素(遗传因素(DNA损伤修复功能)损伤修复功能)2.
6、内分泌因素内分泌因素3.免疫因素免疫因素8肿瘤分子生物学基因组遗传型、表型和环境的相互作用环境因素环境因素物理因素物理因素化学因素化学因素生物因素生物因素体内微环境体内微环境做做“人人”很难很难人类基因人类基因组组9肿瘤分子生物学 分子肿瘤学n 应用分子生物学理论阐明肿瘤发生应用分子生物学理论阐明肿瘤发生发展及其发展及其本质本质,运用分子生物学技术研究运用分子生物学技术研究肿瘤相关基因及肿瘤相关基因及其表达产物其表达产物在肿瘤发生在肿瘤发生、发展中的作用发展中的作用,为肿瘤为肿瘤的预防的预防诊断和治疗提供新措施的一门学科诊断和治疗提供新措施的一门学科n从根本上揭示肿瘤发生发展的机制,是目前肿从
7、根本上揭示肿瘤发生发展的机制,是目前肿瘤学研究的基石瘤学研究的基石10肿瘤分子生物学目前国际上对于肿瘤发生分子机制的目前国际上对于肿瘤发生分子机制的基础研究主要集中在以下三大领域基础研究主要集中在以下三大领域:1.肿瘤相关基因的克隆和功能分析肿瘤相关基因的克隆和功能分析2.细胞信号传导通路细胞信号传导通路3.细胞周期调控细胞周期调控11肿瘤分子生物学肿瘤产生的分子基础肿瘤产生的分子基础n1953年沃森和克里克提出了年沃森和克里克提出了DNA 的双螺的双螺旋结构,他们在旋结构,他们在Nature上写道上写道:这种结构具这种结构具有在生物学上相当重要的新特征有在生物学上相当重要的新特征nDNA结构
8、和中心法则的发现,使肿瘤分子结构和中心法则的发现,使肿瘤分子生物学的研究取得了突破性的进展生物学的研究取得了突破性的进展,为研究为研究基因缺陷与肿瘤的关系开创了一个新时代基因缺陷与肿瘤的关系开创了一个新时代12肿瘤分子生物学 A T A T G G G T A C G G T T A T A C C C A T G C C AA T G C G T A G TT A C G A T C A13肿瘤分子生物学DNA DNA 分子的结构改变分子的结构改变nDNA 分子的自发断裂和碱基的丢失分子的自发断裂和碱基的丢失nDNA的自我复制造成的错误的自我复制造成的错误n各种各样的致癌剂对各种各样的致癌剂
9、对DNA分子的损伤分子的损伤n病毒的病毒的DNA分子可整合到细胞的分子可整合到细胞的DNA中去中去,引起引起DNA结构的改变结构的改变14肿瘤分子生物学DNADNA分子结构改变最基本的方式分子结构改变最基本的方式碱基对的改变碱基对的改变的主要形式有的主要形式有:替代、替代、缺失、缺失、插入、插入、颠换颠换15肿瘤分子生物学致癌剂对致癌剂对DNADNA分子的损伤分子的损伤n碱基二聚体形成碱基二聚体形成n碱基加合物形成碱基加合物形成n碱基缺失碱基缺失n碱基取代和碱基错配碱基取代和碱基错配16肿瘤分子生物学致癌剂对致癌剂对DNADNA的损伤的损伤DNA加合物的形成加合物的形成是是DNA分子结构改变的
10、重要方式之一分子结构改变的重要方式之一17肿瘤分子生物学致癌物转化为致癌物转化为DNA加合物及其后果加合物及其后果18肿瘤分子生物学病毒对病毒对DNA分子的损伤分子的损伤nRNA病毒基因整合到细胞DNA的基因组上,引起基因的突变19肿瘤分子生物学nDNA损伤使损伤使DNA分子的结构分子的结构性质和功能发性质和功能发生改变生改变n维持维持DNA损伤的存在和积累损伤的存在和积累,存在于存在于DNA分子分子上的基因就会改变上的基因就会改变 基因的改变基因的改变 细胞癌变细胞癌变20肿瘤分子生物学n肿瘤是一种环境因素与遗传因素相互作用导致的疾肿瘤是一种环境因素与遗传因素相互作用导致的疾病病,大多数的环
11、境致病因素的致癌作用都是通过影响大多数的环境致病因素的致癌作用都是通过影响遗传基因起作用的遗传基因起作用的n肿瘤的发生是由于细胞中基因改变积累的结果,包肿瘤的发生是由于细胞中基因改变积累的结果,包括括 (1)癌基因的激活、过度表达)癌基因的激活、过度表达 (2)抑癌基因的突变、丢失)抑癌基因的突变、丢失 (3)微卫星不稳定,出现核苷酸异常的串联重复分微卫星不稳定,出现核苷酸异常的串联重复分 布于基因组布于基因组 (4)错配修复基因突变,导致细胞遗传不稳定或致)错配修复基因突变,导致细胞遗传不稳定或致 肿瘤易感性肿瘤易感性21肿瘤分子生物学22肿瘤分子生物学癌基因癌基因(Oncogene)Onc
12、ogene)OncogenesOncogenes are essential for human life are essential for human life activity,whose normal function is to control activity,whose normal function is to control cellular growth and differentiation/apoptosis cellular growth and differentiation/apoptosis or,in different terms,cell birth an
13、d cell death.or,in different terms,cell birth and cell death.Correspondingly,their structural and/or Correspondingly,their structural and/or functional alterations lead uncontrolled functional alterations lead uncontrolled cellular growth and abnormal cellular growth and abnormal differentiation/apo
14、ptosis differentiation/apoptosis 23肿瘤分子生物学 原癌基因(原癌基因(proto-oncogene)proto-oncogene)细胞中固有的基因,在正常情况下参与细细胞中固有的基因,在正常情况下参与细胞的增殖与分化的调控胞的增殖与分化的调控,是调控细胞增殖与分化是调控细胞增殖与分化的一类基因的一类基因,当基因结构和功能发生变异并使细当基因结构和功能发生变异并使细胞发生恶性转化时,这样的基因才叫胞发生恶性转化时,这样的基因才叫癌基因癌基因(oncogene).由于细胞癌基因在正常细胞中以由于细胞癌基因在正常细胞中以非激活形式存在,故又称为非激活形式存在,故又
15、称为原癌基因原癌基因.24肿瘤分子生物学原癌基因的特点原癌基因的特点n广泛存在于生物界广泛存在于生物界中,从酵母到人的细胞普遍存在中,从酵母到人的细胞普遍存在n在进化进程中,在进化进程中,基因序列呈高度保守性基因序列呈高度保守性n它的它的作用是通过其表达产物蛋白质来体现作用是通过其表达产物蛋白质来体现的;它们的存的;它们的存在对正常细胞不仅无害,而且对维持正常生理功能、调在对正常细胞不仅无害,而且对维持正常生理功能、调控细胞生长和分化起重要作用,是细胞发育、组织再生、控细胞生长和分化起重要作用,是细胞发育、组织再生、创伤愈合等所必需创伤愈合等所必需n在某些因素(如放射线、某些化学物质等)作用下
16、,一在某些因素(如放射线、某些化学物质等)作用下,一旦旦被激活,发生数量上或结构上的变化时,就会形成癌被激活,发生数量上或结构上的变化时,就会形成癌性的细胞转化基因性的细胞转化基因25肿瘤分子生物学癌基因研究的发展历史癌基因研究的发展历史n1969年年,Rous医生等在研究鸡肉瘤时发现罗氏肉瘤病毒医生等在研究鸡肉瘤时发现罗氏肉瘤病毒(Rous Sarcoma Virus,RSV)n1975年年,Bishop 从从RSV中分离到中分离到第一个病毒癌基因(第一个病毒癌基因(v-Src),Src基因编码基因编码60-kDa 的酪氨酸蛋白激酶的酪氨酸蛋白激酶n1976年年,Sehelin以实验证明正常
17、鸡成纤维细胞基因组中存在以实验证明正常鸡成纤维细胞基因组中存在有病毒癌基因有病毒癌基因v-Src的同源序列的同源序列c-Src Huebner RJ,Todaro GJ.Oncogenes of RNA tumor viruses as determinants of cancer.Proc Natl Acad Sci U S A.1969,64(3):1087-94.26肿瘤分子生物学n19821982年年WeinbergWeinberg等通过等通过基因转染技术基因转染技术从从不同的不同的人膀胱癌细胞系中分离到具有致癌活性的活化人膀胱癌细胞系中分离到具有致癌活性的活化癌基因癌基因H-ras,
18、并发现其相对应的细胞原癌基并发现其相对应的细胞原癌基因之间只有一个碱基对的区别因之间只有一个碱基对的区别n目前已发现目前已发现100100多种癌基因包括多种癌基因包括RasRas、c-mycc-myc、Bcl-2Bcl-2等等27肿瘤分子生物学原癌基因的种类n生长因子受体生长因子受体n信号转导分子信号转导分子n转录因子转录因子n细胞程序性死亡及凋亡细胞程序性死亡及凋亡 蛋白蛋白n细胞周期蛋白细胞周期蛋白n细胞核细胞核n细胞浆细胞浆n细胞膜细胞膜n分泌到胞外分泌到胞外生物学功能存在位置28肿瘤分子生物学29肿瘤分子生物学人类肿瘤中原癌基因的激活途径人类肿瘤中原癌基因的激活途径Over-expre
19、ssion原癌基因原癌基因基因扩增Over-expression点突变Structural/functionalchange染色体重排Over-expression orprotein with novel activities30肿瘤分子生物学1.1.点突变与癌基因点突变与癌基因原癌基因原癌基因点突变结构功能的改变结构功能的改变癌基因激活的主要方式癌基因激活的主要方式一个碱基一个碱基对被另一碱基对所置换对被另一碱基对所置换31肿瘤分子生物学癌基因变异方式和活化癌基因变异方式和活化n点突变经常可以在点突变经常可以在RasRas原癌基因家族原癌基因家族(K-Ras,H-(K-Ras,H-RAS,
20、N-Ras)RAS,N-Ras)中检测到中检测到n人类肿瘤中主要是人类肿瘤中主要是K-rasK-ras第第1212位密码子位密码子GGCGGC变为变为GTC,GTC,编码的氨基酸由甘氨酸变为颉氨酸,这样其编码的氨基酸由甘氨酸变为颉氨酸,这样其产物产物p21-Rasp21-Ras蛋白的结构发生变化而导致基因的蛋白的结构发生变化而导致基因的活化活化n30%30%的肺癌的肺癌、50%50%结肠癌、结肠癌、90%90%胰腺癌中有胰腺癌中有K-RasK-Ras突突变变32肿瘤分子生物学点突变的检测方法点突变的检测方法n限制性内切酶长度多态性(限制性内切酶长度多态性(restriction endonuc
21、lease fragement longth polymophism,REFLP)n单链构向多态性(单链构向多态性(single strand conformation polymorphism,SSCP)n寡核苷酸探针杂交寡核苷酸探针杂交n变性高压液相色谱(变性高压液相色谱(DHPLC)nPCR直接测序直接测序33肿瘤分子生物学2.DNA2.DNA扩增和癌基因扩增和癌基因原癌基因原癌基因基因扩增Over-expression原癌基因原癌基因myc,erbB 和和Ras的扩的扩 增在人增在人 类肿瘤中最为常见类肿瘤中最为常见34肿瘤分子生物学染色体重排Over-expression orpro
22、tein with novel activities原癌基因35肿瘤分子生物学Chromosomes involved in the Ph-translocation.Banded chromosomes 9 and 22 are shown,as well as the products of the t(9;22)including the 9q+and 22q-(Ph)chromosomesTranslocations-Bcr/AblOncogene 21;8536-8540(2002)36肿瘤分子生物学4.4.基因缺失与癌基因基因缺失与癌基因 肿瘤细胞中常发现有肿瘤细胞中常发现有原癌基
23、因原癌基因DNA片段缺失片段缺失,原癌基因内小的缺失,可使在正常情况下抑原癌基因内小的缺失,可使在正常情况下抑制蛋白活性的那部分蛋白缺失或诱导产生类制蛋白活性的那部分蛋白缺失或诱导产生类似于正常的刺激信号,导致细胞的过度增殖似于正常的刺激信号,导致细胞的过度增殖37肿瘤分子生物学38肿瘤分子生物学DNADNA甲基化甲基化nDNADNA甲基化是一种表观遗传修饰,它是由甲基化是一种表观遗传修饰,它是由DNA甲甲基转移酶基转移酶(DNA methyl-transferase,DnmtDNA methyl-transferase,Dnmt)催催化化S-S-腺苷甲硫氨酸作为甲基供体,将腺苷甲硫氨酸作为甲
24、基供体,将胞嘧啶转变胞嘧啶转变为为5-甲基胞嘧啶(甲基胞嘧啶(mC)的一种反应的一种反应n在真核生物在真核生物DNADNA中,中,5-5-甲基胞嘧啶是唯一存在的甲基胞嘧啶是唯一存在的化学性修饰碱基化学性修饰碱基39肿瘤分子生物学n在人类基因组在人类基因组DNA中,中,约约34%的胞嘧啶的胞嘧啶碱基以碱基以5-甲基胞嘧啶形式存在甲基胞嘧啶形式存在n大约大约7080的的5-甲基胞嘧啶存在于甲基胞嘧啶存在于CpG序序列中,列中,CpG二核苷酸集中的区域称之为二核苷酸集中的区域称之为CpG岛岛n限制性内切酶限制性内切酶HapII 和和MspI 均能识别均能识别CCGG,但不能识别但不能识别 Cm Cm
25、GG40肿瘤分子生物学DNADNA甲基化的生物学功能甲基化的生物学功能n通过基因启动子区及附近区域通过基因启动子区及附近区域CpG岛胞嘧啶岛胞嘧啶的甲基化可以在转录水平调节基因的表达的甲基化可以在转录水平调节基因的表达,从而引起相应基因沉默,去甲基化又可恢复从而引起相应基因沉默,去甲基化又可恢复其表达其表达nDNADNA的甲基化对维持染色体的结构和肿瘤的发的甲基化对维持染色体的结构和肿瘤的发生发展都起重要的作用生发展都起重要的作用,是细胞癌变过程中的是细胞癌变过程中的重要一步重要一步41肿瘤分子生物学肿瘤中肿瘤中DNA甲基化的作用甲基化的作用n 肿瘤局部相关基因的高甲基化:肿瘤局部相关基因的高
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