喉癌的比较基因组杂交研究
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遗传学报ActaGeneticaSinica,June2004,31(6):539—544
ComparativeGenomicHybridizationAnalysis
ofLaryngealCarcinoma
ISSN0379—4172
SHANGCha01,FUWei。
Nen91,XUZhen—Min93,LIFu.Cail,HUANGDai.Fal,2,SUNKai.Lail-①(1.TheDepartmentofMedicalGenetics,ChinaMedicalUniversity,Shenyang110001,China;
2.TheGeneralHospitalofShenyangMilitaryRegion,Shenyang110015,China;
3,TheE.Ⅳ.rDepartment,463HospitalofShenyangAirForce,Shenyang110042,China)
Abstract:Inordertofindoutthegenesinvolvedinthetumorigenesisoflaryngealcarcinoma,weanalyzed18laryngealcar—cinomawithcomparativegenomichybridization.Resultsshowthateachonehasdifferentdegreeofvariances,includedgainsandlossesofpartialandwholechromosome.Eacheasehas12.9abnormalregionsaveragely;lossesaremorethangains,equalto7.2and5.7percaserespectively.Mainregionsaregainsinchromosomes3q(78%),5p(61%),11q(56%),1q(50%),8p(44%),8q(39%)and15q(39%),andlossesof3p(70%),5q(78%),9p(67%),13q(50%),1P(44%)and14q(39%).Therearemanyspecificgainsandlossesinseveralchromosomes,especiallytheincreaseofcopynumberkaryotypein1p13・21(8/18),3p21—23(14/18),5p21—22(14/18),9p12一pter(10/18)and13q21—31(8/18),whilethede—creasein1qlI一21(11/18),3q15-21(12/18),8p22-24(6/18),11q12—13(8/18),15q21-23(7/18)和18p11(8/18)arethecharacteristicvarieties.Theseresultssuggestthatthereareoncogene、tumorsuppressorgeneandotherassociatedgenesinvolvedinthetumorigenesis.
Keywords:laryngealcarcinoma;comparativegenomichybridization;oncogene;tumorsuppressorgene
喉癌的比较基因组杂交研究
尚超1,富伟能1,徐振明3,李福才1,黄带发1’2,
(1.中国医科大学医学遗传学教研室,沈阳110001;2.沈阳军区总医院,沈阳110015;3.沈阳市空军463医院耳鼻喉科,孙开来1,①沈阳110042)
摘要:寻找与喉癌发生进展的相关基因,应用比较基因组杂交技术分析了18例喉癌患者。
结果显示,每例喉癌细胞染色体均有不同程度的变化,包括染色体全部或部分的扩增或丢失。
平均每例有12.9处异常区域,丢失多于扩增,分别为每例7.2处和5.7处。
主要为3q(78%)、5p(6l%)、1lq(56%)、1q(50%)、8p(44%)、8q(39%)和15q(39%)的扩增;3p(70%)、5q(78%)、9p(67%)、13q(50%)、1P(44%)和14q(39%)的丢失。
有多条染色体区带上出现特异的扩增或丢失,特别是1p13-21(8/18)、3p21—23(14/18)、5p21-22(14/18)、9p12-pter(10/18)和13q21.31(8/18)的拷贝数增加明显,而1q11—21(11/18)、3q15—21(12/18)、8p22-24(6/18)、11q12.13(8/18)、15q21.23(7/18)和18p11(8/18)区域的丢失为喉癌的特征性变化,说明这些区域中存在与喉癌发生发展密切相关的癌基因、抑癌基因或其他相关基因。
关键词:喉癌;比较基因组杂交;癌基因;抑癌基因
中图分类号:R739.6文献标识码:A文章编号:03794172(2004)06-0539-06
收稿日期:2003—12—16;修回日期:2004—03—26
基金项目:国家自然科学基金(编号:39770794)项目资助[Supp。
rtedbyChineseNationalNaturalScienceFound8ti。
n(No.39770794)]
作者简介:尚超(1978一),男,辽宁沈阳人,硕士研究生,专业方向:肿瘤遗传学
①通讯作者。
E-mail:klsunt@vip.sina.tom;Tel:024.23265842
遗传学报ActaGeneticaSinicaV01.31No.62004
喉癌是上呼吸道常见的恶性肿瘤,为人体第6位高发肿瘤,占全身肿瘤的1%~8.4%。
我国东北地区高发,且发病率呈逐年上升趋势,手术及术后放化疗虽有一定疗效,但术后复发率较高,且导致患者发声功能丧失,给患者造成极大痛苦¨。
与其他人类肿瘤相同,喉癌的发生和进展是一个包括多种遗传变化的多步骤过程,其中一条重要的途径就是癌基因的激活和抑癌基因的失活旧1。
目前,应用先进的分子细胞遗传学技术寻找肿瘤相关的癌基因和抑癌基因并研究这些基因在肿瘤形成过程中的变化,是当前恶性肿瘤研究的重要领域,对揭示肿瘤发生发展机制具有重要的意义。
比较基因组杂交(ComparativeGenomicHybrid.ization,CGH)技术是Kallionimi等¨。
于1992年在消减杂交和荧光原位杂交(FluorescenceinsituHybrid.ization,FISH)基础上建立起来的一种分子细胞遗传学技术,仅在一次实验中就可以在全部染色体区带上检测基因组间DNA拷贝数变化并定位。
本研究采用CGH技术,分析了18例喉癌的DNA样本,所获结果为克隆喉癌发生发展相关基因提供了重要依据。
1材料和方法
1.1材料
18例喉癌组织标本来自空军463医院全军耳鼻喉中心,病例诊断证实为喉鳞状细胞癌(LaryngealSquamousCellCarcinoma,LSCC),取材前患者均未接受放疗和化疗。
患者的临床和病理资料见表1。
表118例喉癌样本的临床和病理资料
Table1Clinicalandpathologicaldataof18laryngealcarcinoma
1女Woman55喉癌Laryngealcarcinoma鳞癌Squamouscarcin。
oma
T2NoMo
2女Woman54喉癌Laryngealcarci。
noma鳞癌Squamouscarci‘nomaT2No
Mo
3男Man60喉癌Laryngealcarci’noma鳞癌Squamouscarci’nomaT3No
Mo
4男Man54喉癌Laryngealcarc‘inoma鳞癌Squamouscarci’noma
T3NoMo
5女Woman78喉癌Laryngealcarci。
noma鳞癌
Squamouscarcl‘nomaT4NoMo
6男Man49喉癌Laryngealcarci’noma鳞癌
Squamouscarcl’nom8T4NoMo
7男Man46喉癌Laryngealcarci‘noma鳞癌squamou8carcl。
noma
T2NoMn
8男Man69喉癌Laryngealcarcin’oma鳞癌Squamouscarci。
noma
T2NoMo
9男Man44喉癌Laryngealcarci‘noma鳞癌
Squamou8carcI‘nomaT4NlMo
10女Woman52喉癌LaryngealCarCi。
noma鳞癌
Squamouscarcl‘nomaT4NlMo
11男Man76喉癌Laryngealcarci‘noma鳞癌
Squamouscarcl’nomaT3NoMo
12男Man50喉癌Laryngealcarcl’noma鳞癌
Squamou8cal℃l‘nomaLNoMo
13男Man66喉癌Laryngealcarci’noma鳞癌
Squamouscarcl。
nomaT2NoMo
14女Woman48喉癌Laryngealcarcl。
noma鳞癌
Squamouscarcl’nomaT3NoMo
15男Man62喉癌Laryngealcarcinoma鳞癌
Squamou8carcl’nomaT2NoMo
16男Man61喉癌Laryngealcarcinoma鳞癌
Squamou8carcinomaTINoMn
17男Man65喉癌Laryngealcarcinoma鳞癌
SquamouBcarcinomaT4NMo
18男Man44喉癌Laryngealcarcinoma鳞癌
Squamouscarcl‘nomaT3NoMl
1.2方法
1.2.1染色体标本的制备
按常规方法制备染色体标本,自然干燥,保存。
1.2.2DNA探针的制备
按常规酚/氯仿法提取肿瘤组织DNA,DNA探针用切El平移法标记。
肿瘤组织用SpectrumGreen
dUTP(VYSIS)标记,正常人DNA用SpeetrumRed一20。
CdUTP标记。
通过调整反应时间和酶的用量,使探针片段长度集中于600~2000bp,以产生均匀一致、
强烈的杂交信号。
标记后的探针过柱纯化。
54l
1.2.3比较基因组杂交
1.2.3.1杂交混合液的制备
分别取200ng不同标记的探针以及10斗g人Cot.1DNA,混合后经乙醇二次沉淀,气干。
加入2pL去离子水,基本溶解后再加入8斗L杂交缓冲液[体系终浓度为50%去离子甲酰胺、10%(W/V)硫酸葡聚糖、2×SSC,pH7.0],73℃变性5min,37℃孵育30min。
1.2.3.2染色体标本的处理
60℃烤片2h,于0.1I.tg/IxLRNase中37℃孵育1h,2×SSC摇洗,70%、85%、100%乙醇梯度脱水,气干;于73℃变性缓冲液[70%去离子甲酰胺、2xSSC,pH7.0]中作用5min,脱水同前,气干;在0.1Ixg/l山[。
蛋白酶K(溶于20mmol/LTris-HCl、2mmol/LCaCI:,pH7.4)中37℃孵育7min,脱水同前,气干。
I.2.3.3杂交
将杂交混合液加于载玻片上的正常染色体区域,盖好盖玻片,置于湿盒中,37。
C孵育48~72h。
1.2.3.4洗脱、复染、封片
取下盖玻片,于74℃的0.4xSSC/0.3%NP-40中洗2rain,2×SSC/O.1%NP-40中洗30S。
避光气干。
用DAPI复染。
加含有抗荧光淬灭剂的50%甘油封片。
1.2.4数字图像摄取和分析
应用装有冷CCD照相机的荧光显微镜摄取图像,经QCGH(Leica公司)软件分析得到每例喉癌的分析图。
红绿荧光比值相等处定为l,阈值分别定为1.2(绿)和0.8(红),超过阈值处分别定义为扩增和丢失。
(有时端粒或着丝粒会干扰结果,出现超出闽值的现象,这时需要将它们从阳性结果中剔除。
)每例标本分析至少5个高质量的核型,并将结果综合得出该标本整套染色体拷贝数扩增和丢失的全貌。
2结果
根据所扩增的荧光染色体图像和软件分析所扩增的分析图见图1和图2。
用CGH方法对18例喉癌标本进行了分子细胞遗传学分析,结果显示每例喉癌细胞染色体均有不同程度的变化,包括染色体全部或部分的扩增或丢失,结果详见表2和图3。
平均每例有12.9处异常区域,丢失多于扩增,分别为每例7.2处和5.7处。
其中扩增最多的是3q,占78%,此外扩增超过30%的染色体有5p(61%)、11q(56%)、1q(50%)、18p(44%)、8q(39%)和15q(39%)。
其中丢失最多的是5q,占78%,此外扩增超过30%的染色体有3p(70%)、9p(67%)、13q(50%)、1P(44%)和14q(39%)。
图2病例4的CGH结果分析图
模式图右侧的绿色线条示染色体扩增区段,左侧的红色线条
示染色体丢失区段。
Fig.2Comparativegenomichybridizationanalysis
profileofcase4
GreenlinesOilthe
rightsideofkaryogramshowgainregions.
redlines
ontheleftsideofkaryogramshowloss
regions.
542
遗传学报ActaGeneticaSinica
V01.31No.62004
表2
18例喉癌比较基因组杂交分析结果
Table
2
Comparativegenomlchybridization
analysis
resultof18laryngealcarcinoma
例号
扩增区
丢失区
Case
No.
Gain
Loss
11q,3q,5p,9q22-33,llq,12p12-13,15q15一qter,Igpip,3p,5q,8p11-12,9p,10q21-23,13Xq21-25
22q32-qter,3q,5p,1iq22-24
3p13-23,4p+4qll—13,5q,9p,1lpl4-pter,14q21-3l,2033q15-qter.5p13-16.8p+8q11-12,15q15・qter
3p,5P,13q11-12,22q12一qter,X
43q.4p12-13,5p12-14,7p,8q22-24,10q23-25,15q,18p
1pll-31,6q11-22,8p2l—pter,9p+9q11-13,11P,12p+12q11—14,13,14q12-qter,18q22-qter,Y
5
678910
11121314
161718
1q11-22.2q31-qter,7p+7q11,9q13,11q,12q21一qter,16p12-13,17q12・22
1q,6p,8q22-24
1q11-21,3q21-qter,6p12,10q24-25,11q12-13,15q14,22q111,3q,4p,8q13-qter,11q12・13,12p13,15q21-23
1q+1p31一pter,2q+2p11-25,3q15-21,5p,9q13-22,11q,18p5p,17q12-25
1q+1p32-35,9q13-22,12q21-22,15q15-qter,18p2q11-21,5p,9q13-qter,11q21,15q21-23,17q12・1311q,16p13
1q,2q13-25,3q12-26,5p12—14,7q11,8q12一qter,10q24-25,15q15-qter,18pl15P,8q21—24,11q12-13
1q,5p13-14,12q13,15q15-qter,18p1q,3q15-22,5p,7q,11q,lgpll
2p15-23,4q,5q,9p12-pter,18q,20q11-12
1q,3P,9p,10p11-12,15q11・13,18p,Xpl2-225q13-22,9p,13q14-32,14,18p11,Y
3p,5p,9q13・21,13q21-31,17p,20q12-13,X7q32,9p13-ter。
14q12-14,16q22-qter,1,Xql2-21
1p11-21,3p,4q,5q,6q15—24,8q23,9p+9q33・qter,13p,15q13・14,22,Xq23・24
2p15-16,3p,5q21—23,10p13一pter,18q12-qter,211p12-31,3p21—23,5q,9p,11p12-14,13,14q133p,5q,18q,X
1p13-21,3p,5q21—23,6q21-24,11q13・qter,13q21-34,14q12・21.Y
1p13-31,3p,4q,5q,6q11-22,9p,14q12-21,15q11-14,18q11・12,20,2lpll。
X
1p11-21,3p,4q,5q,22
1p12-21,2q25-32,5q,8q13・23,9p,13,Xp21—223p,5q,9p,11q23,15q13-14,Xq21-24
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艚””“
18
崎
Y
图3
18例喉癌的CGH分析结果
模式图右侧线条示染色体扩增区段,左侧线条示染色体丢失区段。
Fig.3
CGH
analysisresultof18
laryngeal
carcinoma
Vertical
lines
on
thefightsideofkaryogramshowgainregions,verticallines
on
theleftside
ofkaryogramshowlossregions.
3
讨论
在18例喉癌的CGH分析中,有多条染色体区
带上出现特异的扩增或丢失,特别是1p13-21(8/
18)、3p21—23(14/18)、5p21—22(14/18)、9p12一pter
(10/18)和13q21—31(8/18),这几个区域在喉癌基因组DNA中扩增明显,而1q11-21(11/18)、3q15.21
(12/18)、8p22—24(6/18)、11q12—13(8/18)、15q21.
23(7/18)和18p11(8/18)区域的丢失在喉癌基因组DNA中出现较为频繁,可能为喉癌的特征性变化,说明这些区域中存在与喉癌发生发展密切相关的癌基因或抑癌基因。
本研究发现在上述扩增或丢失区域中存在大量与喉癌发生发展密切相关的癌基因、抑癌基因或其他相关基因。
新近克隆的抑癌基因剧Ⅳr位于3p14.2”。
,该基因在消化道和呼吸道肿瘤中均发现有异常p’61。
我室富伟能"3应用RT—PCR、测序及微卫星分析方法分析80例喉癌标本和两个喉癌细胞
系,发现朋刀基因在两个细胞系和70%的喉癌标
本中出现异常转录本,并同时存在该基因的杂合性丢失和微卫星不稳定,证明F日,r基因参与喉癌的发生、演进,为重要的候选抑癌基因之一。
c.myc基
旧旧烈
SHANGChaoeta1.:ComparativeGenomicHybridizationAnalysisofLaryngealCarcinoma543
因定位于8q23.24,郭睿等旧1利用组织芯片技术,采取链霉亲合素一生物素化过氧化酶复合物(SABC)法对574例喉癌组织及39例正常喉组织中c-myc基因蛋白的表达进行测定。
其中c・myc在喉癌复发组的表达明显增强,与未复发组的表达差异有极显著性意义(P<0.01)。
定位于11q13的cyclinD1基因与喉癌的相关性亦在孙余才p1应用免疫组化方法对41例喉癌组织的研究中得到确证。
这些结果与以往的相关研究相似,如1q、3q、5p和11q的扩增,3p、5q、9p和13q的丢失¨0’“。
本研究还发现大量的喉癌染色体异常涉及整条染色体臂的扩增和丢失,如3p(11/18)、3q(9/18)、5q(12/18)、5p(12/18)、5p(7/18)、9p(9/18)、11q(5/18)、18p(6/18)等;推测在喉癌的发生中存在高频率的着丝粒断裂,形成等臂染色体(isochromosome),并在随后的有丝分裂中不均衡地分配给子代细胞,才造成如此众多的等臂扩增和丢失。
这与HermsenM等¨叫应用CGH分析42例晚期喉咽癌的结果相符。
JinY等¨2‘发现在头颈部鳞状细胞癌中8号染色体着丝粒的断裂频率较高,导致等臂染色体i(8q)的形成和子代细胞整臂扩增或丢失。
我室李福才等¨纠应用常规和高分辨G显带方法对喉鳞状细胞癌Hep-2细胞系进行核型分析,发现涉及易位、缺失和等臂染色体的结构缺失。
整臂染色体的丢失和等臂染色体的形成在其他肿瘤中(如肝癌和乳腺癌等)也得到证实¨4““,说明喉癌的发生演进过程与其他肿瘤可能有共同的规律,可以在今后的研究中相互借鉴,相互促进。
在候选的异常染色体区域中,定位着一些重要的肿瘤相关基因,它们与喉癌的相关研究尚未见报道。
结合这些基因在其他肿瘤中的研究成果,验证其在喉癌发生发展中的作用是一条便捷有效的途径。
DNA错配修复基因(hMLHl)定位于3p21.23,其丢失所致的功能丧失可导致DNA链特异性错配修复功能的缺陷,造成频发的复制错误,进而在肿瘤形成中发挥作用。
这一观点在遗传性非息肉性大肠癌(HNPCC)中得到证实,其中hMLHl的突变占33%¨“。
SakakuraC等¨驯应用CGH对58例原发性胃癌进行分析,亦显示3p21—23区段有22%的丢失率。
人类端粒酶RNA基因(hTR)定位在3q26.3,在97%的肿瘤中出现拷贝数增加¨引。
NowakJ等¨叫应用RT—PCR方法发现hTR在胃癌及结肠癌中有明显上调,在肿瘤细胞的永生化和克隆演进中发挥作用,可作为较好的肿瘤标志物应用于肿瘤的临床诊断和基因治疗。
此外,本研究还发现一些喉癌染色体的异常区域尚未有明确的肿瘤相关基因定位于其中,如1p13—21、1q11—21和5p21—22等,这对今后研究是重要的。
思考肿瘤发生发展的可能途径,结合其他分子细胞遗传学技术,在这些候选区域中,寻找新的喉癌发生进展的相关基因。
上述基因是否参与了喉癌的发生和进展?或者在这些候选区域中是否还存在其他与喉癌发生进展有关的癌基因和抑癌基因?还有待于进一步研究。
本研究所选取的标本多为晚期患者,无法进行不同分期之间的对比,也就无法了解喉癌演进过程中染色体不平衡的变化。
但HermsenM等"1经统计学分析,喉癌标本的平均扩增、丢失数和染色体特异区段的异常等信息在喉癌不同分期和分化程度上无明显差异。
肿瘤的发生是复杂多阶段多因素过程,其中癌基因的激活和抑癌基因的失活占有重要地位,因此得到有关肿瘤遗传异质性的准确资料显得特别重要。
国外的CGH相关报道大都针对头颈部肿瘤,针对喉癌的报道罕见。
本研究在国内首次应用CGH等方法对18例喉癌进行了分析,发现大量染色体失衡区域,我们推测这些区域内可能含有与喉癌发生发展相关癌基因、抑癌基因或其他相关基因,对这些区域进一步研究并于其中克隆这些相关基因十分重要,这将为喉癌的病因发病机理提供一定的实验依据,加速了喉癌相关研究的进展。
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(责任编辑:陈晓芳)。