肿瘤遗传学

激活的癌基因可以引起家族性肿瘤吗？
体细胞的遗传改变不能传递给后代。相反生殖 系突变可能传递给后代。那么，如果多数散发 性肿瘤是由于多个癌基因在体细胞内连续突变 所致，是否某些家族性肿瘤是由于生殖系的癌 基因激活所致的呢？
但研究发现，尽管原癌基因突变在散发性肿瘤 的体细胞突变中发挥重要作用，但在家族性肿 瘤的生殖系中一般没有该基因的突变。
RB
Cyclin/cdk
E2F
磷酸化 E2F
G1
S
M
G2
细胞周期蛋白依赖性激酶抑制蛋白 (cyclin-dependent kinase inhibitor, CKI)
对细胞同期调控机制的深入了解导致一类重要 的抑癌基因——CKI的发现，包括多种成员， 其中P21、P27、P57属广谱的CDK抑制特，而 P15、P16、P18、P19是CDK4/CDK6的特异性 抑制物。它们在细胞同期调控及肿瘤发生中的 作用已引起广泛的关注。
进一步分析表明，许多视网膜母细胞瘤中， 这个RB发生缺失，在另外一些RB瘤中，基因 虽完整，但在剪接点有一个点突变，从而产生 异常的RB蛋白，用表达载体把RB基因导入肿 瘤细胞，可使其生长特性恢复正常，说明这个 克隆的基因具有人们期待的肿瘤抑制基因的应 有特性，RB基因是人们克隆的第一个肿瘤抑 制基因。
胞进程
人类c-onc编码蛋白质的功能
癌基因的激活机制：
1、点突变 如RAS蛋白产物12位密码子突变阻止 Ras从活性形成向失活形成的转变，从而引起 细胞生长失控。
2、病毒诱导与启动子插入 细胞癌基因附近一旦 被插入一个强大启动子，如逆转录病毒的LTR， 也可被激活。
3、基因扩增 某些癌基因DNA片断有时可扩增 数十倍乃至数百倍
癌基因和肿瘤抑制基因之间在遗
传学上的重要区别是：对肿瘤表型的 形成而言，原癌基因是显性基因，一 个等位基因突变即可显示致癌效应； 而肿瘤抑制基因的突变，则是隐性的， 即只有一个肿瘤抑制等位基因发生突 变，不会发生致癌效应，因此，肿瘤 抑制基因又称为隐性癌基因。
细胞周期的调控:
细胞周期是指一次有丝分裂结束至下一次有丝 分裂完成所经历的整个连续过程，分为G1期、 S期(DNA合成期)，G2期，M期(有丝分裂)。
即便是最简单的单细胞生物，为适应个体种族 的生存需要，也需要对细胞周期进行控制，从 而决定是否开始新的分裂。
细胞周期有两个最为基本的调控点，G1/S限制 点(restriction point)决定是否进入细胞周 期，G2/M限制点，决定细胞立即进入M期完成 有丝分裂或停滞一段时间，即决定细胞一分为 二的调控点。
病毒癌基因与细胞癌基因的关系
• 序列上高度同源 • c-onc有内含子，v-onc无内含子 • v-onc有致癌能力，而c-onc无，但突变后可
能致癌 • v-onc来源于c-onc
原癌基因的发现，说明我们自己的基 因组携带着具有杀死我们潜力的基因。目 前已发现了超过100余种原癌基因。不仅存 在于灵长类和人类，也存在于果蝇和酵母。 在如此漫长的进化过程中这些危险基因保 持下来，说明有其重要的生理功能。目前 已查明这些基因的产物主要参与细胞的增 殖，分裂周期，凋亡和其他相关的重要细
肿瘤研究历史上的几个具 有开创性意义的实验
1970年前后，B. Ames的实验证明:化合 物的突变性和致癌性之间有很大的相关性，
提示了致癌作用的最终靶分子是剂
致癌性诱变剂
89.7%
M-
10.3%
M+
13.0%
87.0%
非致癌性非诱变剂 非致癌性诱变剂 C-
这种观点的实质是：遗传物质的损
肿瘤抑制基因的发现：
20世纪70年代初，Alfrod Kundson为解 释家族性(遗传型)视网膜母细胞瘤首次提 出了肿瘤抑制基因模型，即2次打击学说， 至80年代中期，一系列精心设计的实验 证明Kundson假说非常精确。
视网膜母细胞瘤
1、多为1-5岁发病 2、瞳孔出现黄白色光反射
“猫眼” 3、眼底镜可见瘤体 4、双侧发病为遗传型 （90%）单侧发病多为非 遗传 5、恶性程度高
细胞周期主要的调控者——Cyclin，通过与CDK 结合并激活它们，发挥对细胞同期的调控作用。
cyclin－CDK的状态决定这时细胞应呆在什么周期时 相状态，可简单地表达为：D－CDK4或D－ CDK6E-CDK2A-CDK2A-CDK1B-CDK1。
cyclin－CDK就是内在的细胞周期分子机制。
在逆转录病毒的病毒癌基因的研究领域同样 意外地发现了正常细胞内存在与病毒癌基因 同源的基因,称为细胞癌基因。
细胞癌基因在正常细胞中具有重要功能，它 们的产物与细胞的生长与分化有关，这些基 因又被称为原癌基因。
在肿瘤细胞中原癌基因往往被激活，处于活 跃表达的状态，因此，以后原癌基因概念扩 大为正常细胞中存在的，与细胞生长和分化 相关，激活后可促使癌变的基因（与病毒癌 基因同源或不同源）。
这个发现令人兴奋和惊讶之处在于：在受体细 胞千万个基因中只是一个基因发生一个核苷酸 的点突变，竟然是使之恶性转化为驱动力量。
上述转化实验所用的受体细胞并非真正正常细胞， 而是永生化的稳定细胞系，即是已经处于转化边 缘的细胞。
进一步利用直接来自动物的原代细胞如：大鼠胚 胎成纤维细胞进行这类实验发现，只用一个激活 的ras基因，并不足以把这类细胞转化为恶性表型， 只使其发生过量增殖，在此情况下，常需要植入 两个以上的癌基因，才能奏效。而且引人注意的 是，只有在癌基因的一定组合时才能成功，例如 ras和myc或ras与腺病毒E1A联合。
4、染色体断裂与重排：
原来无活性或低表达的癌基因 易位到一个强大启动子，增强子附 近，或由于易位而改变了癌基因的 结构，与其他高表达的基因形成融 合基因，使癌基因的正常调控作用 减弱，使其激活 Ph染色体 （费城1号染色体） t(9;22)(q34;q11)
肿瘤是一种体细胞遗传病：
在研究的最初阶段，认为单一的癌基因的激活，就足 以使正常细胞转变成肿瘤细胞。
研究思路为：如果细胞基因的特异突变 能够引起人类癌症的恶性表型，并且这 些突变能在细胞水平发挥显性作用，那 么将恶性细胞的DNA序列转移到正常细 胞，预期可导致其转化为恶性表型。
1981年这个实验在三个实验室同时获得 成功。
实验模型： 体外培养细胞的转化
1、原代细胞（primary cell)：忠实表现体内表 型， 但经过几次分裂就进入衰老状态，随后 进入临界点，此时绝大部分细胞死亡，但有 时有极少数可以越过临界点。
生长因子通过其受体和多级信号转导，调控一系列基 因表达，最终导致其晚期应答基因cyclin D的表达， cyclin D导致细胞通过G1期限制点，启动了一轮分裂同 期，这时生长因子的作用已完成，可以不再被后续周 期需要，我们前面的讨论，多种癌基因的激活可以导 致该路增殖信号的异常活跃。
Rb基因的功能：肿瘤抑制基因P16、P21、P27等
第一次证明膀胱癌DNA确实含有显性作用的癌 症基因，实验者将其命名为癌基因。
这个基因与称为H-ras的反转录病毒癌基因序 列极其相似。
来自膀胱癌的ras癌基因可引起转化，但来自 正常细胞的ras基因不能引起转化。
在膀胱癌ras基因中，只发现了一个核苷酸的 改变，即第12位上编码甘氨酸的密码子GGC点 突变成了结负氨酸的密码子GTC。
随后认识到正常细胞的肿瘤转化通常要有两个或两个 以上癌基因的协同。
通过在适当靶组织中表达多种癌基因，已使转基因小 鼠产生肿瘤。
有理由推测在一个特定的体细胞内连续的遗传突变的 累积，导致单个体细胞转化为癌细胞。
观察到几乎所有的癌症都是单克隆起源的，即在大多 数情况下，某一患者的所有癌细胞都起源于单一的原 始前体细胞。因此肿瘤是一种体细胞遗传病。
2、稳定的细胞系和永生化(immortalization)： 越过临界点存活，可无限制进行细胞分裂， 但仍具有贴壁依赖性、生长因子依赖性和接 触抑制作用。
3、转化的细胞（transformed cell)：永生化细 胞受到致癌物质的诱导，逐渐产生肿瘤细胞 的特征。体内接种可以致瘤。
转化细胞的特性：
病毒癌基因(Virns oncogone, V-onc)
1970年，Martin等通过分析野生型RSV 和缺失转化能力的变异株病毒基因的差 别，发现细胞的恶性转化与RSV基因组 中的一个特定基因Src相关，此基因为第 一个命名的病毒癌基因，V-Src。
此后陆续发现与肿瘤发生密切相关的病 毒癌基因：V-fms,V-mos,V-erbB,Vkit,V-ros,V-yes，V-fps, V-fes, Vabl, V-sis, V-ras,V-myc。
肿瘤遗传学
肿瘤遗传学（cancer genetics）： 研究肿瘤发生发展的遗传因素，研 究恶性变、发展、转移的遗传基础， 以阐明肿瘤的病因和发病机制，并 对肿瘤的诊断、预防和治疗提供依 据。
什么是肿瘤？
肿瘤泛指一群生长失去正常调控的细胞形成的 新生物（neoplasm）。
肿瘤85%为癌，起源于上皮细胞；2%为肉瘤， 来源于结缔组织、骨或肌肉组织；5%为淋巴 瘤，来源于免疫系统特别是脾及淋巴结的白细
无限生长特性 生长刺激因子非依赖性 无接触抑制性 无贴壁依赖性 形态发生恶性转化 体内接种可以致瘤
用人类肿瘤DNA使小鼠3T3细胞发 生恶性转化的转染实验
内源性癌基因的发现：
上述工作建立了一套测定DNA片段的恶性转化 活性的检测方法。在此基础上，人们可以利用 分子生物学手段分离人类肿瘤细胞中具有转化 活性的DNA片段。
视网膜母细胞瘤：
遗传型： 1、发病年龄低 2、 多双侧发病 3、具有明显的家族性
上一代父母常有此病
散发型： 发病晚 多单侧发病 不具有家族性
二次打击学说：